[发明专利]增强燃烧灰及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧灰，更具体地，本发明涉及对燃烧灰进行强化的方法，所述燃烧灰可用作混合水泥或水泥窑原料的水泥质添加剂或火山灰添加剂。

背景技术

火山灰是一种在水存在下将其与氢氧化钙结合时展示水泥质性质的材料。如果火山灰满足特定的品质规格或进行充分改良，则能够将其用作混合水泥的组分。在将火山灰转化成水泥质材料所必要的水合期间，水泥溶渣(clinker)组分释放氢氧化钙。一部分灰自身是水泥质的，例如次烟煤灰或大部分褐煤灰。

由添加这种物质获得的技术优势包括降低了每单位体积混凝土中波特兰水泥的用量、并提高了混凝土产品的强度且降低了混凝土产品的透水性，所述这种物质包括火山灰或煤由来的水泥质灰，尤其是非常细的材料。例如，通常所公认的，在混合水泥混凝土的水泥质反应中，细颗粒的飞灰比粗颗粒的飞灰沉淀的更快且更彻底。与初始的粗灰相比，经筛分的灰在混凝土中提供了更高的压缩强度并需要更少的水(″Pulverised Coal Ash-Requirements for Utilization(粉碎的煤灰-使用要求)″，IEA Coal Research(IEA煤研究)，1996年)。经济优势源自减少了波特兰水泥的用量，并生产了更高品质的混凝土。环境优势源自在水泥制造中降低了能耗(例如减少了温室气体的排放)。将诸如高碳烟煤飞灰的废料用作火山灰，通过减少必须在垃圾掩埋法中进行处置的物质的量等而提供了其他的经济和环境优势。

作为火山灰的烟煤飞灰的价值因其碳内容物而受到限制，所述碳内容物吸附昂贵的有机混凝土添加剂如空气夹带剂、并影响混凝土的颜色。作为火山灰的烟煤飞灰的价值通过降低其粒度而得以提高，降低其粒度会增大表面积并提高二氧化硅和硅质材料对因波特兰水泥的水合而产生的游离氢氧化钙的活性，同时降低了制得的混凝土的水孔隙率并提高了得到的混凝土的压缩强度。粒度的下降还导致碳释放(碳和硅质灰的分离)，由此有助于碳与矿物灰的分离。

熟知的是，在水泥质材料和火山灰中氨的含量高对混合水泥和混凝土的应用是不利的，因为在添加水时碱性水泥(例如波特兰水泥)变为高碱性，这使得在水泥质或火山灰材料中释放氨而达到不期望的水平。期望降低含飞灰的水泥质材料和火山灰中氨的含量。

鉴于上述问题，本领域中的个人和团体已经尽力提高火山灰产品的品质。例如，熟知的是，粒度的下降会提高用于混合水泥应用和水泥窑原料输入两者的火山灰质或水泥质燃烧灰的价值。例如，更具体地，灰的粒度的下降提高了混合水泥的早期强度。ASTM法C618要求，保留在45微米筛上的灰的量应为输入到混合水泥中的灰的不到34％。在不进行研磨的条件下，某些灰符合这种规范。

Minkara和Heavilon(美国专利5,840,179)描述到，在通过泡沫浮选将碳除去之前，使用超声波能量对飞灰-水的浆料进行调理。所述专利描述了“料理”处理，其中将飞灰-水的浆料进行高强度的超声处理。“调理”或表面活性剂利用亲油物质选择性地对碳表面进行润湿。在通过浮选进行调理之后，对富集碳的颗粒进行回收，从而提供改良的飞灰火山灰产品。该发明的目的是对作为火山灰的飞灰进行改良，从而降低其碳含量和/或提高细度(降低粒度)并提高表面积。该专利显示，先前技术典型地在碳浮选之前对灰进行机械调理并持续一个半小时以上，据信这会降低或劣化飞灰火山灰的火山灰品质(参见第2栏，第11～43行)。该发明对美国和哥伦比亚次烟煤飞灰分别实现了31％和59％的中值粒度的下降(参见第5栏，第1～4行)。最后，该发明实现了颗粒表面积的最大增大，65％(参见第9和10栏中的表)。

尽管Minkara和Heavilon的方法对飞灰火山灰的强化是有用的，但是所述方法存在几个不利条件，包括成本高并限制了超声换能器和喇叭的寿命；能量的使用效率低下；且存在在设备周围发生浆料短路的风险，其为有效的点源。

Gray等人(美国专利6,126,014)描述了对飞灰中含碳材料进行浓缩的团聚/浮选方法。尽管这种方法在中等纯度下提供了高的碳回收率，但是未具体说明残留的灰组成和火山灰性能。Gray法的缺点包括使用了具有有限回收率的昂贵的轻质烃溶剂；在空气存在下具有爆炸的危险；以及使粘附到矿物灰的碳颗粒释放的能力有限。