[发明专利]煤矸石活性激发与变色方法

说明书

本发明涉及煤矸石活性激发与变色方法，包括高温煅烧和催化变色的两个工序，高温煅烧：将煤矸石置于活化窑炉中在氧化氛围中煅烧至黑灰色后保温，在保温过程中，高温的煤矸石处于氧化氛围中,煤矸石的颜色从黑灰色转变为淡红色；催化变色：在氧化还原气氛中向煤矸石喷淋改良剂溶液，其中，改良剂是木质素磺酸盐溶液，煤矸石快速冷却，且煤矸石的表面生成致密的四氧化三铁膜，使冷却后的煤矸石呈青灰色。本发明在氧化还原气氛中向煅烧后的煤矸石喷淋改良剂，使煤矸石急速冷却，煤矸石中的三氧化二铁及单质铁转化为四氧化三铁，使冷却后的煤矸石呈青灰色并具有较高的活性。

技术领域

本发明涉及煤矸石活性激发技术领域，更具体地说，它涉及煤矸石活性激发与变色方法。

背景技术

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石由于本身所具有的活性低，其利用效率并不高。煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。但煤矸石中含有大量的矿物质可作为资源进行开发利用，实现固体废弃物的循环利用。目前煤矸石的循环利用一般是作为建筑材料使用或以煤矸石为原料生成胶凝材料。

天然煤矸石活性低有多方面的原因，其主要原因可以归结为：一、煤矸石伴随煤层而生，含有不同程度的碳，碳吸水性强，可降低水泥的强度、耐久度等。二、煤矸石主要由二氧化钙和氧化铝组成，二氧化硅由硅原子和氧原子形成规则的四面体结构晶体，属于活性很低的酸性氧化物，氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，熔点及沸点很高，活性低。三、煤矸石在长期形成过程中，结构不断趋于紧密规则排列，以降低本身的能量，来实现最稳定的存在状态，内部形成相对疏松的结构，而外表面形成致密稳定的结构，外壳的阻挡作用使煤矸石与其他物质反应时活性无法发挥。

由于煤矸石的活性较低，因此循环利用煤矸石的第一步就是先激发煤矸石的活性。现在提高煤矸石活性的方法主要是热活化、机械活化、化学活化和复合活化。其中，机械活化是指，通过机械作用使煤矸石细化，增加煤矸石比表面积，提高煤矸石与其他反应物的接触面，提高反应速率，增加活性；化学方法是使用碱性激发剂和硫酸盐类激发剂，其作用原理是，通过引入少量的激发剂，参加并加速煤矸石与水泥水化产物的二次反应；复合活化是采用两种或两种以上基本活化方式结合的活化方法，如热-化学，机械-化学，复合活化具有取长补短的作用，能使煤矸石的活性得到较大激发。

不同活化的方法各有优劣，其中热活化比较常用，但是高温煅烧完煤矸石的表面会存在赤红色的三氧化二铁(Fe₂O₃)，从而带来以下问题：1.三氧化二铁是疏松结构，煤矸石内部的铁会在有氧环境下继续氧化，即出现生锈的问题；2.行业内一般不采用红色的材料作为建筑材料。因此有必要提出一种不影响煤矸石活性激发同时又能使煤矸石变色的方法解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种煤矸石活性激发与变色方法，在氧化还原气氛中向煅烧后的煤矸石喷淋改良剂，使煤矸石急速冷却，煤矸石中的三氧化二铁及单质铁转化为四氧化三铁，使冷却后的煤矸石呈青灰色。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

煤矸石活性激发与变色方法，包括高温煅烧和催化变色的两个工序，

高温煅烧：将煤矸石置于活化窑炉中在氧化氛围中煅烧至黑灰色后保温，在保温过程中，高温的煤矸石处于氧化氛围中,煤矸石的颜色从黑灰色转变为淡红色；经煅烧后，煤矸石中的碳及其他有机成分均转化为二氧化碳，同时黏土分解生成具有较高活性的不定型偏高岭土、二氧化硅和氧化铝；当煤矸石被煅烧至黑灰色时，说明煤矸石的表面覆盖有四氧化三铁，但是在高温条件下，一部分单质铁及氧化亚铁被氧化生成三氧化二铁，因此在高温煅烧工序至催化变色工序之间，高温的煤矸石的颜色会从黑灰色转变为淡红色，其化学方程式是：