CN105016643A - 一种利用污泥生产的新型矿粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的利用污泥生产的新型矿粉，由以下原材料按质量百分比制备而成：污泥40-60%，矿渣40-60%；本发明还提供新型矿粉的制备方法，包括如下几个步骤：首先将污泥、矿渣按质量比称量后，通过机械混合搅拌均匀进行水化反应，然后进入烘干窑经200-400度烘干，形成新的水化矿物组成和新的活性玻璃体的矿粉产品，最后将烘干的矿粉产品进行粉磨形成新型矿粉产品。本发明新型矿粉，可提高产量50%，节电50%，节约成本150元/吨，为污泥处理提供了新的技术工艺，使污泥得到大量利用，节约了矿产资源，减少了CO2排放量90%，保护了环境不在受二次污染，实现了固体废弃物资源化利用的新技术和新方法。
Description
技术领域
本发明属于新型建材领域，具体涉及一种利用污泥生产的新型矿粉及其制备方法。
背景技术
污泥成分复杂，除含有大量水分外，还有大量的有机质，难降解有机物，多种微量元素，病原体微生物和寄生虫卵，重金属等成分。大量的未经处理的污泥任意堆放或外排，会对环境造成新的污染。因此，将大量成分复杂的污泥进行无害化处理，资源化利用避免二次污染，已经成为世界环保界瞩目的课题之一。
为了处理这些污泥和其它工业废渣，国内外很多人想了不少办法，近年来我国现在的污泥等其它废渣处理方法主要是脱水后堆放和填埋，投弃海洋、江河、焚烧、堆肥、处理费用昂贵，目前，有少许大型水泥企业用水泥窑利用少许部分污泥等废渣来替代粘土质原料10%左右生产硅酸盐水泥熟料，煅烧温度在1450度。这种方法处理用量也很有限，随着污泥质量的波动，而影响了水泥熟料的质量，也难以正常和大量使用。而水泥工业又是高能耗、高消耗天然矿资源，每生产1吨水泥熟料将要消耗1.5吨优质石灰石，向大气中排放CO2气体85%以上，同时还排放SO2和NOx等有害气体。影响了水泥工业加剧全社会对资源、能源和环境的压力，同时又制约了水泥工业的可持续发展，目前80%的水泥企业是粉磨站，没有煅烧窑，因此各大中小城市等企业排出的各种污泥和废渣也就不能就地消纳掉。
世界上发达国家利用各种污泥等工业废渣处理这些废渣生产各种产品已有20多年的历史，但利用土地堆放和填埋污泥仍达50-80%左右，长此以往，工业污泥废渣将无地可埋。
为了减少能源和资源日益匮乏，利用污泥资源化、稳定化和无害化就显得尤为重要，充分利用污泥中有用成分，提升污泥附加值的污泥资源化处理具有显著的经济和社会环境效益。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决污泥和其它工业废渣污染环境，无法有效处理的问题，提供一种利用污泥生产的新型矿粉及其制备方法。
技术方案：本发明所述的利用污泥生产的新型矿粉，由以下原材料按质量百分比制备而成：污泥40-60%，矿渣40-60%；
所述污泥是生活、印染、化工、药业、造纸行业排出的污泥，其中含有SiO2、CaO、Al2O3、SO3等化学成分；
所述矿渣是钢铁厂冶炼生铁过程中排出的硅酸盐和硅铝酸盐熔融物，经空气或水急冷处理形成的粒状颗粒物。
钢铁厂冶炼生铁过程中，为降低冶练温度，加入适量石灰石和白云石，在高炉内分解得到氧化钙、氧化镁和铁矿中的废渣，与焦炭中的灰份相融化，生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理，形成粒状颗粒物，这就是粒化高炉矿渣，每生产1吨生铁就产生0.3-1吨砂渣。
本发明还提供新型矿粉的制备方法，包括如下几个步骤：
首先将污泥、矿渣按质量比称量后，通过机械混合搅拌均匀进行水化反应，然后进入烘干窑经200-400度烘干，形成新的水化矿物组成和新的活性玻璃体的矿粉产品，最后将烘干的矿粉产品进行粉磨形成新型矿粉产品。
混合搅拌的目的是使物料之间得到有效水泥反应，经反应的物料入窑烘干使物料之间形成新的矿物组成和新的活性玻璃体；粉磨是使产品得到优良的质量性能。
有益效果：本发明所述的污泥新型矿粉为矿粉行业中的高效资源化利用，有助于减少水泥行业的碳排放量，节约煤炭资源的消耗，利用了矿粉企业自身矿渣要用窑烘干的热能，同时又利用了污泥中的热值，而减少了矿渣烘干中的煤耗，又节约了矿粉企业的电耗，节能减排，实现了污泥废弃物的高效利用；发明污泥新型矿粉，满足了新型矿粉产品质量要求，以及污泥中有害离子的固化能力。
本发明所述的污泥新型矿粉，具有高活性的玻璃体能和新的矿物组成晶格，可替代40-60%的矿渣，节电50%，提高产量50%，新型矿粉等量取代水泥熟料或者水泥，减少了水泥熟料用量，降低用矿渣生产矿渣粉的电耗，降低水泥生产过程中对资源能源的消耗，减轻水泥企业生产过程对环境的影响；本发明所述的新型矿粉，的质量活性指数达到了国家标准规定的S75级、S95级、S105级规定的要求。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，这些实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
首先将污泥40%、矿渣60%按质量百分比称量后，通过机械混合搅拌均匀进行水化反应，然后进入烘干窑经200-400度烘干，形成新的水化矿物组成和新的活性玻璃体的矿粉产品，最后将烘干的矿粉产品进行粉磨形成新型矿粉产品。
实施例2
首先将污泥50%、矿渣50%按质量百分比称量后，通过机械混合搅拌均匀进行水化反应，然后进入烘干窑经200-400度烘干，形成新的水化矿物组成和新的活性玻璃体的矿粉产品，最后将烘干的矿粉产品进行粉磨形成新型矿粉产品。
实施例3
首先将污泥60%、矿渣40%按质量百分比称量后，通过机械混合搅拌均匀进行水化反应，然后进入烘干窑经200-400度烘干，形成新的水化矿物组成和新的活性玻璃体的矿粉产品，最后将烘干的矿粉产品进行粉磨形成新型矿粉产品。
将本发明新型矿粉产品按国家标准GB/T18046-2008作为矿粉技术性能数据检测，数据见表一，将新型矿粉产品替代部分水泥作物理性能检测以及掺入到砼中性能试验，数据见表二、表三。
表一新型矿粉产中与GB/T18046-2008国际作矿粉技术性能对比测试结果
表二新型矿粉产品与替代都分水泥的物理性能对比测试结果
表三新型矿粉产品掺入混凝土性能测试结果和成本比较
从测试结果分析质量效应
从表一、表二、表三中的数据可知，本产品的性能，能同矿渣粉相比媲美，用本产品替代部分硅酸盐水泥，普通水泥、道路水泥、复合水泥、矿渣水泥使用其性能都远远超过不掺本产品的水泥质量。所以将本产品掺入到各品种水泥中，起到取长补短的优势成分；又能改变它们的不促弊端，充分发挥它们的成分在水化中的功能。由水泥熟料分解出来的水合钙离子，很快与本产品分解出的硅酸根离子或粒子团结合成水合硅酸钙，也就是水化C-S-H，这样就加速了水泥水化，从而能使水泥早后期强度得到提高，又在充促的钙离子环境中水化C-S-H，既有填充空隙的功能，也有粘合靠近颗粒的功能，从而保证抗折强度和抗压强度的提高，水化C-S-H形成与增多，就抑制住羟基钙石的形成，就不会因羟基钙石的晶格转变，导致水泥强度下降，随着时间的发展，水化C-S-H结晶结构粘合性能越来越好，因此，在各品种水泥中加入本产品时，能使强度性能长期优于其它品种水泥。
新型矿粉是一种优质混凝土掺合料，在混凝土中最大掺入量可达50％，可改善混凝土性能，具有优良的工作性能和低水化热，混凝土有优良的耐久性能、高耐磨性、强度高，并具有一定的补偿收缩功能和弹性模量高等特点，可广泛应用在工业与民用建筑，大体积混凝土施工、成市道路、化学防腐工程等，与空白混凝土相比，掺加新型矿粉混凝土拌和物具有混凝土流动工作性更加优良，坍落度大，流动性更好，有利于混凝土泵送和施工；凝结时间延长，坍落度损失小，对夏季施工有利；拌和物粘聚性增加，不易分层离析，还可降低高强度等级混凝土掺加粉煤灰后拌和物过粘的缺点，可泵性好；混凝土泌水减少，降低混凝土早期水化热，对减少沉降开裂有利。
微对结构分析
形成本产品结构功能是由于污水泥渣中有大量复杂的化学成分与电石渣中的有效CaO和磷渣中的有效SO3等废渣中有效的成分有机的结合起来，通过低温合成，将原有污泥和其它废渣中的矿物组成反应不完全的结晶体，立刻转变有效的活性玻璃体，以均匀大小一致的颗粒为基本粒子，松散粘聚，并形成大量纳米结构的孔隙，是这样纳米结构的玻璃体保持无定形状不变，同时改变了新型矿粉中的结晶体，使材料结构的玻璃体溶解离子浓度增加进入新型矿粉网络结构的空穴，与活性的阳离子相互作用，促进原矿渣粉的分解和溶解，就激发起原矿渣粉的胶凝性，通过热分解使污泥废渣内部结构变得疏松的玻璃体，就产生具有很高的活性，并形成巨大的比表面积，提高了新型矿粉产品的强度，改变了产品的水化速度，改变了产品的物理性能，又改变了产品的和易性。
另一方面，根据相似者具有相结合能力的原理，将污泥等废渣为原料的有机结合，加温后，不同程度的活化，使新型矿粉产品内部结构的玻璃体变得疏松，促进相互问的物理化学变化，使原料的生料转变成熟料，活化的能力增强，使新型矿粉产品产生了大量的纳米粒子的空隙，这种纳米空隙结构提高了化学活化能力，从而由纳米粒子的无定形玻璃体粘聚在一起，变成结构疏松的纳米级微孔，因此，该产品起到了提高水泥石和混凝土强度的增强效果。
社会效益分析
用工业废渣污泥，电石渣、磷渣等废渣资源化生产的新型矿粉产品，它的原材料全是工业废渣，不需添加任何矿山资源材料，可想而知，该产品的出现会给社会环境和资源循环，利用带来多大的效益，对环境也不会带来二次污染，是一种新型绿色建材产品。可广泛应用在工业与民用建筑，大体积混凝土施工，城市道路化学防腐工程等。目前市场上用的水泥每吨价在250—280元左右，矿渣粉每吨200—250元左右，而本产品制作成本在100一130元／吨，按230元一吨售出，年产10万吨产品就可获得利税1000万元，同时可解决一部分劳动就业问题。因此该产品的问世，有着良好的社会效益，环境效益和经济效益。产品具有广阔的市场前景。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种利用污泥生产的新型矿粉，其特征在于，由以下原材料按质量百分比制备而成：污泥40-60%，矿渣40-60%；
所述污泥是生活、印染、化工、药业、造纸行业排出的污泥；
所述矿渣是钢铁厂冶炼生铁过程中排出的硅酸盐和硅铝酸盐熔融物，经空气或水急冷处理形成的粒状颗粒物。
2.如权利要求1所述的新型矿粉的制备方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
首先将污泥、矿渣按质量比称量后，通过机械混合搅拌均匀进行水化反应，然后进入烘干窑经200-400度烘干，形成新的水化矿物组成和新的活性玻璃体的矿粉产品，最后将烘干的矿粉产品进行粉磨形成新型矿粉产品。
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