CN104310817B - 一种利用工业污泥作反应活化剂干法制备水泥熟料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用工业污泥作反应活化剂干法制备水泥熟料的方法，采用粉煤灰掺入污泥中进行造粒和干燥的方法对工业污泥进行预处理。将预处理过的污泥作为水泥反应活化剂加入到在水泥生料配料中，与水泥生料一同配料，按照传统水泥的生产工艺进行生产。预处理工业污泥的掺入量为水泥生料总重的2%~15%；其中工业污泥含有CaF2、P2O5其中一种或二者的混合物。本发明利用工业污泥在水泥熟料煅烧过程中的反应活化作用，降低了熟料的煅烧温度，降低了水泥窑的用煤量，提高了水泥的强度，实现了工业废料的再利用，减轻了环境污染。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种利用工业污泥作反应活化剂干法制备水泥熟料的方法。
背景技术
在水泥生产过程中，反应活化剂的添加能加速原料矿物分解和水泥熟料矿物形成。反应活化剂的主要作用机理是破坏及活化原料的晶格，利于水泥熟料矿物反应的进行。目前国内常用的反应活化剂主要有下列几类：氟盐与氯化物、硅氟酸盐、矿物盐、工业废料，其中工业废料包括磁铁矿、铬铁矿、铜矿渣、含氟高炉渣等。工业废料的应用，大大拓宽了水泥反应活化剂来源，有利于各厂家因地制宜地选择物美价廉的原材料，从而降低水泥生产成本，为水泥生产企业带来直接的经济利益。而且将环境废弃物引入水泥工业，缓解了污染程度，减轻了废弃物处理负荷，节省了国家资源、能源，具有重大的社会意义以及经济效益。
中国专利CN86108664A公开了一种使用工业废渣代替石膏和萤石用作水泥生产过程中矿化剂的方法。大大降低了水泥生产的成本。
中国专利CN1477073A公开了一种使用铬渣作为矿化剂制备水泥熟料的方法，减少了环境污染，降低了水泥生产成本，所生产的水泥能够达到国家标准。
中国专利CN102206052A公开了一种使用电解锰渣作为矿化剂生产水泥的方法，不仅提高了废弃物锰渣的综合利用，而且能够在一定程度上提高水泥强度。
为了扩大反应活化剂的来源，同时增加工业废弃物的综合利用，减少环境污染、节省生产成本，有必要从更多的工业废弃物中开发可利用的成分，作为反应活化剂应用到水泥生产领域中。
发明内容
本发明提供了一种利用工业污泥作反应活化剂干法制备水泥熟料的方法，该工艺的实施可以降低水泥烧成温度，提高水泥质量，降低煤耗，并实现工业污泥资源化利用，减少了其对环境二次污染的目的。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种利用工业污泥作反应活化剂干法制备水泥熟料的方法，包括以下几个步骤：
A、工业污泥与粉煤灰按重量比1:1混合搅拌、造粒、干燥至含水率＜20%，对干燥后的颗粒进行粉磨得到预处理污泥，所述工业污泥中含有CaF2或P2O5中其中一种或二者的混合物；
B、制备水泥生料粉：将步骤A所得的预处理污泥添加到水泥生料中，其中预处理污泥占水泥生料总重的2%~15% ；
C、将步骤B所制备的水泥生料送入窑内煅烧，煅烧温度为1310℃~1350℃。
进一步的，所述工业污泥中CaF2、 P2O5总含量＞2%。
进一步的，所述工业污泥中不含P2O5时，CaF2含量为2%-18%。
进一步的，所述工业污泥中不含CaF2时，P2O5含量为2%-39%。
进一步的，所述工业污泥中同时含有CaF2 和P2O5时，其总含量为2%-50%。
进一步的，所述步骤B中预处理污泥占水泥生料总重的8%。
进一步的，所述步骤B中水泥生料的成分包括石灰石、粘土、铁矿石、砂岩、铝矾土，其重量比为：80：5：3：10：2，将粘土烘干后与石灰石、铁矿石、砂岩、铝矾土送入磨机研磨。
活化剂作用原理：
1）熟料形成过程以固相反应为主，固相反应主要靠扩散过程所致，如果晶体没有缺陷就很难参与反应；
2）氟化钙在新型干法窑系统高温和水蒸气的作用下会产生气态的HF，可以破坏硅质组份原料的晶格，即破坏Si—O键使结晶石英活化，同时破坏铝质组份原料的晶格，使Al—O键破坏。通过上述破坏原料晶格的作用，使硅质原料和铝质原料易于参与固相反应，降低反应的活化能，进而降低烧成温度，降低煤耗；
3）根据研究和实践表明，氟化钙中的F-离子在新型干法窑系统的固态、液态、气态循环过程中，可以加速碳酸钙的分解，进而利于固相反应的快速进行，降低反应活化能，进而降低烧成温度，降低煤耗。
4）3CaO +4C2S+ CaF2 C11S4.CaF2 (1130℃)
C11S4.CaF2 3C3S+液相CaF2+ C2S (1170℃)
2C2S.CaSO4 2C2S+CaSO4 (1250℃)
C11A7。CaF2+10 CaO 7C3A+ CaF2 (1350℃-1400℃)
有益效果：本发明利用工业污泥做新型干法窑反应活化剂，由于污泥中含有CaF2和 P2O5，在水泥生料中掺入含硫、磷、氟等成分的矿物，可促进生料中CaCO3的分解，使熟料形成过程中液相提前出现，降低烧成温度和液相粘度，促进液相结晶，有利于固相和液相反应，生成有利于熟料矿物形成的过渡相，从而提高了熟料的质量。
本发明利用工业污泥在水泥熟料煅烧过程中的反应活化作用，降低了熟料的煅烧温度80-120℃，由原来的1430℃降至1310℃-1350℃，降低了水泥窑的用煤量3-5%，提高了水泥的强度，实现了工业废料的再利用，减轻了环境污染。
具体实施方式
实施例1
1.工业污泥预处理：由于工业污泥中含水率为40%-80% 。采用粉煤灰掺入污泥中进行造粒和干燥的方法对工业污泥进行预处理。首先将污泥与粉煤灰按照重量比为1:1进行物理混合搅拌，造粒，干燥至含水率＜20%。对干燥之后的颗粒进行粉磨得到预处理污泥，筛余小于10％。
2.将预处理过的污泥作为水泥反应活化剂加入到在水泥生料配料中，与水泥生料一同配料，按照传统水泥的生产工艺进行生产。预处理污泥添加到水泥生料中，其中预处理污泥占水泥生料总重的2%~15% 。
3. 水泥生料送入窑内煅烧生成水泥熟料，煅烧温度为1310℃~1350℃。
其中工业污泥中CaF2、 P2O5总含量＞2%，水泥生料的成分包括,石灰石、粘土、铁矿石、砂岩、铝矾土，其重量比为：80：5：3：10：2，将粘土烘干后与石灰石、铁矿石、砂岩、铝矾土送入磨机研磨。
实施例2
在实施例1的基础上做进一步优化，其中所述的工业污泥的掺入量为按重量每100份水泥生料中混合有8份的预处理污泥，即8%； 在该实施例中，工业污泥中的CaF2含量是4.25%、 P2O5是22.36%。
试验结果表明(见表1)，工业污泥的掺入，改善了生料的易烧性，烧成温度越高，f-Cao值越低，在相同的烧成温度下，掺入工业污泥后，烧成的熟料3d抗压强度提高了3Mpa以上，28d抗压强度基本不变。
实施例 3
在实施例1的基础上做进一步优化，其中所述的工业污泥的掺入量为按重量每100份水泥生料中混合有8份的预处理污泥，即8%； 在该实施例中，工业污泥中的CaF2含量是2.84%、 P2O5是30.17%。实验结果见表2。
实施例 4
在实施例1的基础上做进一步优化，其中所述的工业污泥的掺入量为按重量每100份水泥生料中混合有8份的预处理污泥，即8%； 在该实施例中，工业污泥中的CaF2含量是3.59%、 P2O5是33.95%。实验结果见表3。
实施例 5
在实施例1的基础上做进一步优化，其中所述的工业污泥的掺入量为按重量每100份水泥生料中混合有6份的预处理污泥，即6%； 在该实施例中，工业污泥中不含P2O5，其中CaF2含量是7%。
实施例 6
在实施例1的基础上做进一步优化，其中所述的工业污泥的掺入量为按重量每100份水泥生料中混合有10份的预处理污泥，即10%； 在该实施例中，工业污泥中不含CaF2，其中P2O5含量是7%。
Claims (3)
1.一种利用工业污泥作反应活化剂干法制备水泥熟料的方法，其特征在于： 包括以下几个步骤：
A、工业污泥与粉煤灰按重量比1:1混合搅拌、造粒、干燥至含水率＜20%，对干燥后的颗粒进行粉磨得到预处理污泥，所述工业污泥中含有CaF2和P2O5的混合物；
B、制备水泥生料粉：将步骤A所得的预处理污泥添加到水泥生料中，其中预处理污泥占水泥生料总重的2%~15% ；
C、将步骤B所制备的水泥生料送入窑内煅烧，煅烧温度为1310℃~1350℃；所述工业污泥中CaF2 和P2O5总含量为2%-50%。
2.根据权利要求1所述的一种利用工业污泥作反应活化剂干法制备水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤B中预处理污泥占水泥生料总重的8%。
3.根据权利要求1所述的一种利用工业污泥作反应活化剂干法制备水泥熟料的方法，其特征在于：所述步骤B中水泥生料的成分包括石灰石、粘土、铁矿石、砂岩、铝矾土，其重量比为：80：5：3：10：2，将粘土烘干后与石灰石、铁矿石、砂岩、铝矾土送入磨机研磨。
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