CN101423354A - 一种利用造纸污泥生产建筑材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境保护的技术领域，涉及由工业废弃物(造纸污泥、不同钢渣、炉渣、废弃混凝土)为主要原料，应用加速碳化技术，制备建筑材料的方法，特别涉及一种利用造纸污泥生产建筑材料的方法。该方法按重量比为1∶0.5～4将造纸污泥与碳化材料混合，加水，混合均匀，压制成建筑材料半成品，半成品在加速碳化养护下，制成建筑材料成品。该技术有效地利用了造纸污泥等工业废弃物，减少了二氧化碳温室气体的排放，制备了性能优良、外形美观的建筑材料。本发明的有益成果是利废、环保、节能、成本低。

Description

一种利用造纸污泥生产建筑材料的方法
技术领域
本发明属于环境保护的技术领域，涉及由工业废弃物(造纸污泥、不同钢渣、炉渣、废弃混凝土)为主要原料，应用加速碳化技术，制备建筑材料的方法，特别涉及一种利用造纸污泥生产建筑材料的方法。
背景技术
随着大量化石能源的消耗，大气中CO2的含量逐年递增，由温室气体CO2等所引起的温室效应也愈发加剧，这给社会和经济带来严重的负面影响。我国造纸是一个污染比较严重的行业，生产过程中产生了大量的废渣和污泥，对周边环境构成了巨大的污染。在造纸废渣中，污泥是主要废弃物，其产生量是原生纤维浆厂产出污泥的2～4倍，每生产1t纸，含水65％的污泥产量就超过700kg。直到目前为止，大多数污泥的处置方式是填埋、散放或焚烧，而这些处理方式又不同程度地存在投资高，容易造成二次污染等问题。利用加速碳化的技术处理造纸污泥可以有效利用工业废弃物，并吸收大量温室气体CO2，起到利废环保的作用。
发明内容
本发明为了克服以上的技术不足，提供了一种利用造纸污泥生产建筑材料的方法，解决了造纸污泥环境污染问题，缓解了全球变暖，并且制备了性能良好、外形美观的建筑材料。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明是利用造纸污泥生产建筑材料的方法，其特征在于采用以下步骤：
按重量比为1：0.5～4将造纸污泥与碳化材料混合，加水，混合均匀，压制成建筑材料半成品，半成品在加速碳化养护下，制成建筑材料成品；
所述的碳化材料为含有氧化钙、氢氧化钙、硅酸二钙、硅酸三钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、钙矾石、氢氧化镁和氧化镁中的一种或一种以上的碳化成分，碳化成分占碳化材料的重量百分比不少于30％。
上述本发明的方法，所述的造纸污泥与碳化材料的重量比优选为1：1～3。
上述本发明的方法，为了进一步提高碳化效果，所述的造纸污泥与碳化材料中加入激发剂，激发剂的加入量占造纸污泥与碳化材料总量的2～10％；所述的易激发成份为NaHCO3、水玻璃、石膏、Ca(HCO3)2、NaCl和Na2CO3中的一种或一种以上。
上述本发明的方法，为了进一步提高建筑材料的性能，所述的造纸污泥与碳化材料中加入增强剂，增强剂的加入量占造纸污泥与碳化材料总量的2～10％；所述的增强剂为氢氧化钙、氧化钙、硅酸盐水泥或废水泥中的一种或一种以上。
上述本发明的方法，所述的加速碳化养护条件为：碳化气体为二氧化碳气体，二氧化碳浓度大于wt10％，二氧化碳气体压力大于1.0bar，加速碳化温度20-150℃，所述的加速碳化养护时间为2-48小时。
上述本发明的方法，优选为：所述的气体为含二氧化碳的工业废气，二氧化碳浓度为大于wt25％。
上述本发明的方法，优选为：所述的碳化成分占碳化材料的重量百分比为大于50％。
上述本发明的方法，优选为：所述的碳化材料为石灰、钢渣、电石渣或废弃混凝土中的一种以上。
本发明是通过以下技术方案来实现的，利用含有碳化成分的造纸污泥，混合一定量的石灰、钢渣或废弃混凝土等原料，加入外加剂，混合均匀，压制成建筑材料半成品，半成品经吸收固定储存工业尾气二氧化碳，制成建筑材料成品。
本发明的造纸污泥、石灰、钢渣、废弃混凝土中含有氧化钙、氢氧化钙、硅酸二钙、硅酸三钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、钙矾石、氢氧化镁和氧化镁等碳化成分，经加速碳化，可发生以下反应：
CaO+H2O+CO2→CaCO3+H2O
MgO+H2O+CO2→MgCO3+H2O
Ca(OH)2+CO2→CaCO3
C-S-H+CO2→CaCO3+SiO2+H2O
3CaO·SiO2+3CO2+μH2O→SiO2·μH2O+3CaCO3
2CaO·SiO2+2CO2+μH2O→SiO2·μH2O+2CaCO3
碳化材料的经加速碳化后的主要生成组分为碳酸钙和碳酸镁。
本发明是在适量石灰水存在的条件下，利用工业废气二氧化碳加速碳化造纸污泥、钢渣、炉渣、废弃混凝土等工业废弃物半成品。当发生碳化反应时，体系为放热反应，体系中因部分水分蒸发而湿度升高。碳化材料在加速碳化条件下发生碳化反应，生成碳酸盐，产生强度。
本发明的要点是利用加速碳化技术处理造纸污泥、钢渣、炉渣、废弃混凝土等工业废弃物，固化储存温室气体二氧化碳。制备了性能良好、外形美观的建筑材料，同时有效解决造纸污泥环境污染问题，缓解全球变暖。本发明的有益效果是利废、环保、节能、成本低。
附图说明
图1为实施例1的制品碳化前和碳化后的XRD图。其中上图为碳化后的XRD图，下图为碳化前的XRD图
图2为实施例1的制品碳化前的SEM-EDS图
图3为实施例1的制品碳化后的SEM-EDS图
具体实施方式
实施例1
选用淄博某造纸厂的造纸污泥为主要原料，其化学成分和其重量百分比为：
Figure A200810159967D00051
选用工业生石灰为辅助原料，其主要成分为CaO。
取造纸污泥60kg，生石灰40kg，原料共100kg粉碎，加水，混合均匀，压制成76×38×8mm3的半成品板材。采用工业废气二氧化碳进行加速碳化处理，二氧化碳浓度为wt35％，加速碳化温度为30-80℃，经过2小时的反应，制成成品板材。
经过加速碳化后，重量增长即吸收二氧化碳8％左右，碳化率超过16％。碳化造纸污泥板材抗折强度约为3MPa，抗压强度约为12MPa.
上述制品碳化前和碳化后的XRD分析图如图1所示，其中上图为碳化后的XRD图，下图为碳化前的XRD图。
上述制品碳化前和碳化后的SEM-EDS图如图2和图3所示，碳化后的制品中有1-2μm的颗粒状碳酸钙晶体生成。从能谱中可以看出，Ca、C和O的峰明显增高，说明其产物为CaCO3。
实施例2
选用造纸污泥(同实施例1)和济南钢铁集团的钢渣为主要原料。钢渣的化学成分和其重量百分比为：
Figure A200810159967D00061
取造纸污泥25kg，钢渣75kg，原料共100kg粉碎，加水，混合均匀，压制成76×38×12mm3的半成品砖。采用工业废气二氧化碳进行加速碳化处理，二氧化碳浓度为wt35％，二氧化碳气体压力为2.5bar，加速碳化温度为30-60℃，经过6小时的反应，制成成品砖。
经过加速碳化后，重量增长即吸收二氧化碳10％左右，碳化率超过20％。碳化造纸污泥砖抗折强度约为4MPa，抗压强度约为17MPa.
实施例3
选用造纸污泥(同实施例1)、钢渣(同实施例2)、石灰和废弃水泥混凝土为原料。废弃混凝土的化学成分和其重量百分比为：
Figure A200810159967D00062
取造纸污泥35kg，钢渣20kg、石灰20kg和废弃混凝土25kg，原料共100kg粉碎，加入工业石灰水，混合均匀，压制成76×38×12mm3的半成品砖。采用工业废气二氧化碳进行加速碳化处理，二氧化碳浓度为wt25％，二氧化碳气体压力为4bar，加速碳化温度为30-60℃，经过14小时的反应，制成成品砖。
经过加速碳化后，重量增长即吸收二氧化碳5％左右，碳化率超过10％。碳化造纸污泥砖抗折强度约为2.5MPa，抗压强度约为10MPa。
实施例4
选用造纸污泥(同实施例1)、钢渣(同实施例2)、废弃水泥混凝土(同实施例3)为原料；激发剂为石膏和Ca(HCO3)2。
取造纸污泥50kg，钢渣25kg和废弃混凝土25kg，原料共100kg粉碎，再加入2kg的石膏和2kg Ca(HCO3)2，加入工业石灰水，混合均匀，压制成76×38×12mm3的半成品砖。采用工业废气二氧化碳进行加速碳化处理，二氧化碳浓度为wt25％，二氧化碳气体压力为4bar，加速碳化温度为30-60℃，经过14小时的反应，制成成品砖。
经过加速碳化后，重量增长即吸收二氧化碳8％左右，碳化率超过15％。碳化造纸污泥砖抗折强度约为3.5MPa，抗压强度约为18MPa。
实施例5
选用造纸污泥(同实施例1)和济南钢铁集团的钢渣(同实施例2)为主要原料；增强剂为熟石灰，氢氧化钙的含量wt90％。
取造纸污泥25kg，钢渣75kg，原料共100kg粉碎，再加入5kg熟石灰，加水混合均匀，压制成76×38×12mm3的半成品砖。采用工业废气二氧化碳进行加速碳化处理，二氧化碳浓度为wt35％，二氧化碳气体压力为2.5bar，加速碳化温度为30-60℃，经过6小时的反应，制成成品砖。
经过加速碳化后，重量增长即吸收二氧化碳12％左右，碳化率超过22％。碳化造纸污泥砖抗折强度约为4.5MPa，抗压强度约为20MPa.

Claims (8)

1.一种利用造纸污泥生产建筑材料的方法，其特征在于采用以下步骤：
(1)按重量比为1：0.5～4将造纸污泥与碳化材料混合，加水，混合均匀，压制成建筑材料半成品，半成品在加速碳化养护下，制成建筑材料成品；
(2)所述的碳化材料为含有氧化钙、氢氧化钙、硅酸二钙、硅酸三钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、钙矾石、氢氧化镁和氧化镁中的一种或一种以上的碳化成分，碳化成分占碳化材料的重量百分比不少于30％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的造纸污泥与碳化材料的重量比为1：1～3。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的造纸污泥与碳化材料中加入激发剂，激发剂的加入量占造纸污泥与碳化材料总量的2～10％；所述的易激发成份为NaHCO3、水玻璃、石膏、Ca(HCO3)2、NaCl和Na2CO3中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的造纸污泥与碳化材料中加入增强剂，增强剂的加入量占造纸污泥与碳化材料总量的2～10％；所述的增强剂为氢氧化钙、氧化钙、硅酸盐水泥或废水泥中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的加速碳化养护条件为：碳化气体为二氧化碳气体，二氧化碳浓度大于wt10％，二氧化碳气体压力大于1.0bar，加速碳化温度20-150℃，所述的加速碳化养护时间为2-48小时。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的气体为含二氧化碳的工业废气，二氧化碳浓度为大于wt25％。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的碳化成分占碳化材料的重量百分比为大于50％。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的碳化材料为石灰、钢渣、电石渣或废弃混凝土中的一种以上。
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