煤矸石工业废渣用激发剂及其制备方法 【技术领域】
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种煤矸石工业废渣活性激发用激发剂。具体地讲涉及一种各类煤矸石，包括自燃煤矸石、普通煤矸石等的潜在活性激发用激发外加剂，使得活化后的煤矸石可以大量、广泛地应用于水泥基建筑材料中。
背景技术
煤矸石是夹杂在煤层中的含碳量较低、比煤坚硬的岩石，是采煤和洗煤过程中排出固体废弃物的总称。在我国，仅2000年，煤矸石的排放量就达3.1亿吨，约占当年煤炭产量的10％左右。目前，煤矸石占地约22万公顷，近300座煤矸石山发生过或正在发生自燃。大量的煤矸石不仅占用了大量的土地和农田，而且严重污染了环境。减排煤矸石，并使其无害化、资源化已势在必行。
煤矸石建筑材料发展相当迅速，开拓了多种利用途径，发展了较成熟和较先进的技术。但是目前煤矸石的利用率仅有10％，在水泥基材料中主要将其用作水泥的混合材、混凝土的掺合料、混凝土骨料等，利用率尚处于较低水平。与其它固体废弃物相比，影响煤矸石工业废渣利用的关键是煤矸石的活性不高，如何激发其潜在活性是制约煤矸石工业废渣利用的瓶颈。如何利用煤矸石工业废渣，激发出潜在活性，经过一定的工艺处理后，可以广泛、大量地应用与各类水泥基建筑材料，如大掺量煤矸石复合水泥、混凝土掺和料等中，不仅可改善了生态环境，符合社会可持续发展原则，而且具有广阔的市场应用前景与实际意义。
煤矸石的活性大小不仅取决于矿物成分，更取决于对其活性激发的途径。从目前看来，有效激发煤矸石的活性的途径主要有以下几种：物理激发，如煅烧、粉磨等；化学激发，掺加各类激发剂等；复掺其他矿物掺和料，如矿渣、粉煤灰、高钙灰等；特种激发，如微波激发等。而化学激发是煤矸石最有效的激发途径之一。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种高效的煤矸石工业废渣活性激发用激发剂及其制备方法。
本发明提出的煤矸石工业废渣用激发剂，是一种化学激发剂，是包含有下列组分的混合料(记为混合物X)：
成分A：占混合物重量的40-70％地碱激发成分；
成分B：占混合物重量的25-60％的碱凝胶组分；
成分C：占混合物重量的0-10％的调凝组分；
成分A、B、C的百分数总和为100％。
煤矸石组分是一种主要的胶凝材料，具有一定的水硬活性，但这种活性是潜在的。煤矸石煅烧导致的晶体变化和煤矸石晶体结构对活化火山灰性能有很大影响。煤矸石的活性主要由其煅烧脱水后所形成的非晶相含量决定。由三组分组成的混合物X激发剂可以以两种方式掺入煤矸石中，一是在在煤矸石高温煅烧煅烧之前掺入。煤矸石在混合物X激发剂下煅烧，其成分A创造的高碱性条件下，煤矸石矿物显示很大的活性，即其晶格中的一部份铝被溶解于碱性溶液中，随后会有一定量的硅溶出，使得煤矸石活性得到大大提高。
混合物X激发剂也可以在煤矸石煅烧后掺入。一般认为，煤矸石在激发剂的组分作用下，会加速煤矸石矿物的下列水化反应进程：
式中x≤2，y≤3。
式中x≤3。
当煤矸石复合体系中存在有足够量石膏时，铝、石膏、Ca(OH)2便迅速化合形成钙矾石，活性硅与Ca(OH)2生成二次CSH。从而使复合煤矸石体系早期强度较快增长。
经过混合物X激发剂激发的煤矸石或掺入激发剂的煤矸石，可以广泛的用于各类水泥基建筑材料，如大掺量煤矸石复合水泥、水泥混合材、混凝土掺和料等。
本发明中成分A是一种高碱性的化合物。该材料一般包含诸如氢氧化钠、氢氧化钙等碱或碱土氢氧化物。它使得煤矸石的水化不完全依赖于水泥熟料等矿物水化产生的氢氧化钙数量和速度。煤矸石在水化初期就开始以较快的速度参与水化反应，并产生强度，使得煤矸石的潜在水硬活性得以充分发挥。
成分B是一种能加速煤矸石复合体系中水化生成的凝胶组分，并增强煤矸石的强度，同时为煤矸石的活性发挥创造高碱性的环境，它可以包括强碱弱硅酸盐，如硅酸钠，硅酸钾钠等，一般硅酸钠的模数在1-2之间。
成分C是一种调节煤矸石水化凝结时间的调凝组分。其在合适的掺量范围内，可以调整煤矸石的水化速率，并参与煤矸石的水化反应，从而可以调整大掺量煤矸石复合水泥的凝结时间。一般选用二水石膏矿物或半水石膏矿物。
本发明的制备方法是：
首先将成分A、B、C在球磨机粉磨成粉末，比表面积控制在300-400m2/kg左右，然后在混合机中按规定的比例进行混合即成。
使用时，混合物X可以在煤矸石煅烧前掺入，也可以在煤矸石煅烧、粉磨后加入。
本发明制备的煤矸石活性激发用激发剂具有以下优异的性能：
1、激发剂可以在煤矸石煅烧时对其活性充分激发，也可在水化过程中对其活性激发，使得其潜在水活硬性得到充分发挥；
2、激发剂激发煅烧的煤矸石或掺入激发剂的煤矸石，可以广泛的用于各类水泥基建筑材料，如大掺量煤矸石复合水泥、混凝土掺和料等；
3、激发剂的掺量可以根据煤矸石的用途，掺量大小而调整。
【具体实施方式】
下面，将结合实例来进一步说明本发明的实施方案。
实施例1
将A、B、C三种成分按上述制备方法研磨成粉体，然后按下述重量比例进行混合：
成分A：氢氧化钠 60％
成分B：硅酸钠 35％
成分C：二水石膏 5％
由上述比例制备的激发剂可以在煤矸石煅烧前掺入，使其在煅烧过程中可以产生更多活性物质，提高活性。
实施例2
将A、B、C三种成分按上述制备方法研磨成粉体，然后按下述重量比例进行混合：
成分A：氢氧化钠 47％
成分B：硅酸钠 47％
成分C：二水石膏 6％
由上述比例制备的激发剂可以在煤矸石煅烧前掺入，也可以在煤矸石煅烧后掺入；可以在煤矸石煅烧时对其活性充分激发，也可在水化过程中对其活性激发，使得其潜在活性得到充分发挥。
实施例3
将A、B、C三种成分按上述制备方法研磨成粉体，然后按下述重量比例进行混合：
成分A：氢氧化钠 40％
成分B：硅酸钠 58％
成分C：二水石膏 2％
实施例4
将A、B、C三种成分按上述制备方法研磨成粉体，然后按下述重量比例进行混合：
成分A：氢氧化钠 30％
成分B：硅酸钠 60％
成分C：二水石膏 10％
实施例5
将A、B、C三种成分按上述制备方法研磨成粉体，然后按下述重量比例进行混合：
成分A：氢氧化钠 70％
成分B：硅酸钠 25％
成分C：二水石膏 5％
实施例6
将A、B、C三种成分按上述制备方法研磨成粉体，然后按下述重量比例进行混合：
成分A：氢氧化钠 60％
成分B：硅酸钠 40％
由上述实施例(3)-(6)制备获得的激发剂，可以在煤矸石锻烧前或锻烧后掺入，对煤矸石的活性均具有良好的激发效果，使煤矸石的潜在活性得到充分发挥。