CN103833247A - 一种利用石灰干化污泥烧制水泥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种利用石灰干化污泥烧制水泥的方法，属于建筑材料领域。是将石灰干化污泥脱水至含水率3%以下，再将脱水后的石灰干化污泥以质量分数10%-30%与其他水泥原料混合进行生料配料，然后在1400℃下煅烧水泥熟料。最后将制得的水泥熟料加入石膏共同磨细，得到水泥。采用本发明生产出的水泥性能良好，完全符合相关国家标准，且石灰干化污泥中的重金属在水泥中能够很好的固化，不会产生二次污染。一方面有效缓解了水泥行业原材料消耗严重的问题，另一方面在水泥窑炉中安全处置了石灰干化污泥，节约了大量土地资源。

Description

一种利用石灰干化污泥烧制水泥的方法

技术领域

本发明属于建筑领域，涉及一种建筑材料，是一种利用石灰干化污泥烧制而成的水泥。 

技术背景

近年来，随着我国城镇化水平不断提高，人们环保意识的增强，城市排水和污水处理基础设施建设取得了很大的进步，污水处理厂的建设投运必然伴随产生大量的剩余污泥。剩余污泥既含有大量的微生物、有机质及丰富的氮、磷、钾等营养物质，又含有重金属、病原微生物等，如处理不善将会造成严重的二次污染。同时，污泥处理的投资和运行费用巨大，可占整个污水厂投资及运行费用的25%-65%，已成为城市污水处理厂所面临的沉重负担。 

目前，在众多污泥处理方式中，污泥石灰稳定干化技术是现今国内新开发出的一种运用添加剂对城市污水处理厂污泥进行干燥、稳定化和资源化处理的方法。其具有建设周期短、投资少、占地省、技术较简单，出泥含水率一般低于60%等优点，因此越来越受到研究人员和工程人员的关注。但是，采用石灰干化处理后的污泥，再处理方式多为填埋堆放处理，一方面占用大量土地，另一方面不可避免的对环境造成一定的污染，另外污泥中含有的大量有用组分如石灰、有机质等被白白浪费，没有实现有效的资源化利用。 

同时，随着我国房地产的蓬勃发展，水泥作为一种重要的建筑材料，其产量也飞速提高。然而传统水泥是一个高能耗、原料消耗大、污染大的产业，我国作为水泥生产大国，在粗放型经济模式下，水泥生产量居世界第一20年左右，但付出的代价也是巨大的，其对我国的资源与环境带来许多负面影响。在扩大内需、经济结构转型以及倡导绿色经济的现实需求下，水泥工业如何降低资源、能源消耗和减轻环境负荷同样是一个重大的课题。 

利用城市生活污水厂产生的污泥作为水泥生产过程中部分原料烧制水泥在国内外都有学者进行了研究，但对于污泥采取的均是单一的热干化处理方式，利用石灰干化处理后的石灰干化污泥制备水泥的研究尚未有系统全面的报道，因此研究成果存在一定局限性。 

发明内容

本发明提出了一种利用石灰干化污泥烧制水泥的方法，旨在缓解水泥行业原材料消耗严重的问题，同时在水泥窑炉中安全处置石灰干化污泥，从而节约大量土地资源。 

本发明所采用的技术方案： 

A. 将石灰干化处理后的石灰干化污泥进一步脱水和干化至含水率低于3%。

B. 对石灰干化污泥以及其他水泥原料包括石灰石、砂岩、铁矿石、粉煤灰进行化学全分析，以计算物料配比。 

C. 依据物料配比计算结果，将干化后的石灰干化污泥和其他水泥原料混合后一起运送至水泥生料磨制得水泥生料。其中石灰干化污泥的加入量占生料质量分数的10%-30%。 

D. 将粉磨均化后的生料送入煅烧系统，在1400℃下烧成水泥熟料，最后加入石膏共同磨细，制成水泥。 

热干化污泥在化学组成上与水泥原料中的硅质原料相似，所以在制备水泥时，考虑到率值和污泥可能带来的负面影响，配比量不会很高，一般在10%以下才能得到合格的水泥产品。而石灰干化污泥在化学组成上更接近于石灰石，相较热干化污泥能够以更高的配比量加入生料，从而提高水泥窑处置污泥的能力，同时由于石灰干化污泥中带来的CaO纯度高，其对于改善水泥生料易烧性和增强水泥物理性能有明显效果。 

上述步骤B中石灰干化污泥和其他水泥原料的配比范围是：石灰干化污泥10%-30%，石灰石50%-78%，砂岩1.5%-4%，铁矿石12%-14.5%，粉煤灰0.8-6%。在配料中除了石灰石和砂岩外，还加入铁矿石是为了提高水泥的强度，而加入粉煤灰则可以改善水泥的膨胀性能和生料的易烧性。 

本发明所取得的效果是：采用本发明使得生产出的水泥性能良好，完全符合相关国家标准，且石灰干化污泥中的重金属在水泥中能够很好的固化，不会产生二次污染。一方面有效缓解了水泥行业原材料消耗严重的问题，另一方面在水泥窑炉中安全处置了石灰干化污泥，节约了大量土地资源。 

附图说明

图1是本发明的工艺流程详图。 

图2熟料游离氧化钙含量（质量分数/%）。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本发明做具体介绍，但本发明的内容不仅仅局限于下述实施例。 

由图1所示，在对石灰干化污泥以及其他水泥原料进行化学全分析后，开始物料配比计算，然后根据计算结果将脱水和干化至含水率低于3%的石灰干化污泥与石灰石、砂岩等其他水泥原料一起通过生料输送带运送至生料磨中。随后生料经过粉磨和均化后进入水泥窑炉，在1400℃下烧成水泥熟料，加入石膏共同磨细，制成水泥。最后对熟料和水泥进行相关标准检验，合格的成品入库保存。 

实施例1： 

本实施例中石灰干化污泥取自北京市某污水处理厂，其他水泥原料包括石灰石、砂岩、粉煤灰等均取自北京市某水泥厂，试验地点为北京市某水泥厂。

1）对石灰干化污泥以及其他水泥原料包括石灰石、砂岩、粉煤灰等进行化学全分析。表1为生料各组分的化学组成。 

表1  原料化学全分析（质量分数/%） 

2）生料配料。本实施例采用的率值为KH = 0.91±0.01，SM = 2.6±0.1，IM = 1.5±0.1。首先确定污泥的掺加量，然后根据率值的要求确定其他原料的配比，本实施例中石灰干化污泥加入量分别为0%，5.0%，10.0%，15.0%，20.0%，25.0%，和30.0%，按照掺量从低到高，依次记为1至7号样品，其中1号样品是未加入石灰干化污泥的对照组。具体的生料配料方案见表2。每种样品均为1000kg。 

表2  生料配料表（质量分数/%） 

3）依据物料配比计算结果，将干化后的石灰干化污泥和其他水泥原料混合后一起运送至水泥生料磨制得水泥生料。 

4）将粉磨均化后的生料送入煅烧系统，在1400℃下烧成水泥熟料，最后加入石膏共同磨细，制成水泥。 

检测： 

依照水泥生料易烧性试验方法（JCT 735-2005）和GB/T 176-2008对采用本发明烧制的水泥熟料进行水泥煅烧性能测试，结果如图2。

可以看出，加入石灰干化污泥后的熟料样品中游离氧化钙含量均低于1.5%，满足一般水泥生产要求。同时，在一定的加量范围内，石灰干化污泥可以明显改善水泥熟料的煅烧性能。 

依照GB/T 17671-1999对采用本发明制得的水泥进行物理强度测试，结果如表3。 

表3  水泥抗压抗折强度（MPa） 

可以看出，加入石灰干化污泥后的水泥强度较对照组有所提高，且每种水泥均达到了GB175-2007中普通42.5标号硅酸盐水泥的强度标准，其中在效果最好的4号样品中，水泥强度更是达到了普通52.5标号硅酸盐水泥的标准，较对照组明显增强。 

依照中华人民共和国国家环境保护标准（HJ 557—2010）进行毒性浸出实验，以考察采用本发明制得的水泥中重金属元素的浸出风险，结果如表4。 

表4  毒性浸出实验结果（mg/L） 

可以看出，加入石灰干化污泥后，水泥中的重金属浸出率很低，浸出液中Cu、Zn、Pb、Cr、Ni含量均在1 mg/L以下，远低于国家标准GB5085.3-2007所规定的值，不会对环境产生影响。 

实施例2： 

利用北京市某污水处理厂石灰干化处理后的污泥烧制水泥。取干化至含水率低于3%的石灰干化污泥10kg，率值选择KH=0.94，SM=2.37，IM=1.30。将石灰干化污泥以15%掺量配入生料中后，在1400℃下烧成水泥熟料，加入石膏共同磨细，制成水泥。最终，所得水泥的各项化学指标、物理指标均满足GB175-2007中所规定的的出厂标准。

实施例3： 

利用北京市某污水处理厂石灰干化处理后的污泥烧制水泥。取干化至含水率低于3%的石灰干化污泥100kg，率值选择KH=0.88，SM=2.40，IM=1.40。将石灰干化污泥以20%掺量配入生料中后，在1400℃下烧成水泥熟料，加入石膏共同磨细，制成水泥。最终，所得水泥的各项化学指标、物理指标均满足GB175-2007中所规定的的出厂标准。

最后应说明的是：上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明而所做的举例，并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出各种形式的变动，由此所引申出的显而易见的变动仍处于本发明的保护范围之中。 

Claims (2)

1.一种利用石灰干化污泥烧制水泥的方法，其特征是：制备步骤如下

A. 将石灰干化处理后的石灰干化污泥进一步脱水和干化至含水率低于3%；

B. 对石灰干化污泥以及其他水泥原料包括石灰石、砂岩、铁矿石、粉煤灰进行化学全分析，以计算物料配比；

C. 依据物料配比计算结果，将干化后的石灰干化污泥和其他水泥原料混合后一起运送至水泥生料磨制得水泥生料，其中石灰干化污泥的加入量占生料质量分数的10%-30%；

D. 将粉磨均化后的生料送入煅烧系统，在1400℃下烧成水泥熟料，最后加入石膏共同磨细，制成水泥。

2.一种利用石灰干化污泥烧制水泥的方法，其特征是：石灰干化污泥和其他水泥原料的配比范围是：石灰干化污泥10%-30%，石灰石50%-78%，砂岩1.5%-4%，铁矿石12-14.5%，粉煤灰0.8-6%。

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