[发明专利]一种脱硫灰基胶凝材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种脱硫灰基胶凝材料及其制备方法和应用。脱硫灰基胶凝材料包含以下组分：脱硫灰、矿粉、锅炉灰渣、水泥熟料、粉煤灰和H₄₀₀₀母料表面活性剂；所述H₄₀₀₀母料表面活性剂包含以下组分：脱硫石膏、萘系减水剂、碳酸钠、硅酸钠、聚合多元醇和三乙醇胺。该胶凝材料具有早期强度高、软化系数大、后期强度持续增长等特点，且固化强度高，可作为墙体材料或道路路基材料应用，该脱硫灰基胶凝材料在常温常压下即可制备，且生产工艺简单、原料来源广泛、不添加强酸强碱等易腐蚀试剂、生产能耗低、二次污染小，可大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种凝胶材料，特别涉及一种以脱硫灰、矿粉、锅炉灰渣、粉煤灰等固废为主要原料的胶凝材料，还涉及其制备方法和在建筑材料中的应用，属于固体废物资源化技术领域。

背景技术

钢铁企业在生产中会释放出大量的SO₂，以我国2019年粗钢产量9.96亿吨，按中国钢铁协会公布的“生产每吨钢铁时，SO₂排放量1.95kg”计算，SO₂排放量可达1.94×10⁶t，脱硫灰产量将达到4.85×10⁶t。目前，脱硫灰不仅占用了大量的土地资源，且可能会对环境造成二次污染。

目前，循环流化床半干法烟气脱硫工艺以脱硫反应速度快、无污水和废酸排放和运行费用低等优势成为工业生产烟气脱硫的首选，半干法烟气脱硫技术的副产物脱硫灰中含有大量亚硫酸钙，性质不稳定，如何科学的处置和精细化利用，实现脱硫灰的资源化和无害化，是我国钢铁行业亟待解决的技术难题。

由于脱硫灰中主要含有氢氧化钙、氧化钙、氟化钙、碳酸钙、亚硫酸钙、硫酸钙以及飞灰等成分，其组成复杂，利用起来十分困难。国外的脱硫灰由于年产量少，其大部分得到了应用。美国将脱硫灰主要应用于生产石膏墙板、蒸压砖、水泥混凝土及用于改进土壤等；据统计，欧洲年产上百万吨脱硫灰，主要将其用于建筑工业回填、在土壤修复、路基材料和生产水泥；日本由于天然石膏缺乏，早在上世纪50年代就开始研发并大量利用脱硫副产物制备石膏板材等，或将脱硫灰与粉煤灰、石灰等混合以生产烟灰材料。

我国脱硫灰研究起步较晚，且脱硫灰年产量大，近年来科研工作者对脱硫灰的研究主要集中在部分替代水泥作为混凝土掺料、生产蒸压砖、地坪转等墙体材料，虽能部分消纳脱硫灰，但存在能耗大、资源化产品因存在亚硫酸钙而不稳定、力学强度低、重金属及氯离子侵蚀等问题，因此,亟待开发一种常温常压下高性能低成本的脱硫灰基胶凝材料，解决脱硫灰的出路问题。

发明内容

针对现有技术中对脱硫灰的处置方法及主流资源化存在的技术问题，本发明从固体废物减量化、资源化和无害化角度出发，第一个目的是在于提供了一种脱硫灰基胶凝材料，该胶凝材料绝大部分原料采用工业废渣，原料成本低，能够消纳大量的脱硫灰等工业固废，实现了这些工业固废的资源化利用，且该胶凝材料在无需高温催化条件下即可解决脱硫灰中亚硫酸盐而不稳定、力学强度低等技术问题，同时能够稳定各固废中的重金属及氯离子，特别是该胶凝材料固结力学性能优良，可用于生产免蒸免烧砖、地坪砖、广场砖等墙体材料及路基材料，具有环境效益、经济效益和社会效益。

本发明的第二个目的是在于提供一种脱硫灰基胶凝材料的制备方法，该制备方法成本低，步骤简单，有利于大规模生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种脱硫灰基胶凝材料的应用，该胶凝材料具有早期强度高、软化系数大、后期强度持续增长等特点，且固化体力学性能好，重金属和氯的稳定化效果好，可广泛作为墙体材料、道路路基材料等应用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种脱硫灰基胶凝材料，其包含以下组分：脱硫灰、矿粉、锅炉灰渣、水泥熟料、粉煤灰和H₄₀₀₀母料表面活性剂；所述H₄₀₀₀母料表面活性剂包含以下组分：脱硫石膏、萘系减水剂、碳酸钠、硅酸钠、聚合多元醇和三乙醇胺。