CN107500579A - 基于赤泥脱硫脱硝的纤维水泥制品的生产方法 - Google Patents

基于赤泥脱硫脱硝的纤维水泥制品的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纤维水泥制品的生产方法，包括：(1)采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝，从而形成烟气处理副产物；所述烟气脱硫脱硝剂由包括赤泥粉和纳米级金属氧化物的原料制成；(2)将所述烟气处理副产物与包括固体废物和增强纤维的物料及废水混合均匀，从而形成混合料；其中所述烟气处理副产物、固体废物和增强纤维的重量比为55～75:10～35:5～15；和(3)将所述混合料经过成型和养护，从而形成纤维水泥制品。本发明的方法实现了赤泥的资源化利用，能够制得优质的纤维水泥制品。

Description

基于赤泥脱硫脱硝的纤维水泥制品的生产方法
技术领域
本发明涉及一种纤维水泥制品的生产方法，尤其是基于赤泥脱硫脱硝的纤维水泥制品的生产方法。
背景技术
近年来，我国建筑业快速发展，对于纤维水泥制品的需求量不断增大。其中纤维水泥板作为电厂企业、公共场所的装饰防火材料已得到广泛应用。以石棉纤维起增强作用的水泥板称为温石棉纤维水泥板；以纸浆、木屑、玻璃纤维来替代石棉纤维起作用的统称为无石棉纤维水泥板。
目前，大多数企业常采用无石棉抄取工艺，水泥是主要原材料，其掺量通常达60％～80％。水泥的生产属于高污染、高能耗产业，易污染破坏周边环境，威胁生态安全。若以工业废弃物取代大部分水泥，则可以在降低成本的同时，实现废弃物的资源化利用，有助于发展绿色经济。CN101736853A公开了一种高粉煤灰掺量的纤维水泥板，水泥板由水泥、粉煤灰、硬石膏、生物电厂余灰、氢氧化铝组成，过程中采用无石棉水泥平板的抄取工艺，经蒸汽养护后制得经济实用、阻燃、轻质、收缩小、环保、防潮、耐久性好的产品，但该工艺中仍需要40％左右的水泥。
随着国家对大气污染重视程度的提高，烟气脱硫脱硝改造进入了高速成长期，由此也产生了大量烟气处理副产物，烟气处理副产物的综合利用将直接影响电厂、钢铁企业的经济效益和环境效益，因此，其综合利用也已成为目前需要解决的问题。此外，许多工业排放的废料，如制铝工业产生的赤泥，矿业加工中产生的矿渣以及多种工业排放的粉煤灰等日趋增多，排量巨大，严重污染环境。为保护环境，实现资源利用的最大化，将工业废弃物以建材制备的形式进行再利用已成为研究的热点。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种纤维水泥制品的生产方法，其既可以减少工业废液，还可以利用烟气脱硫脱硝副产物和工业固体废物，从而获得纤维水泥制品。根据本发明进一步的目的，生产过程中无“三废”排放，从而极大程度地缩减了企业污染治理的支出，从而实现绿色、可循环的经济发展。本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
本发明提供一种纤维水泥制品的生产方法，包括如下步骤：
(1)采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝，从而形成烟气处理副产物；所述烟气脱硫脱硝剂由包括赤泥粉和纳米级金属氧化物的原料制成；其中，赤泥粉为60～80重量份，纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 16～29重量份、MnO2 0.005～0.03重量份、CuO 1.0～3.5重量份、CaO 0.2～1.0重量份和Fe2O3 0.02～0.12重量份；
(2)将所述烟气处理副产物与包括固体废物和增强纤维的物料及废水混合均匀，从而形成混合料；其中所述烟气处理副产物、固体废物和增强纤维的重量比为55～75:10～35:5～15；和
(3)将所述混合料经过成型和养护，从而形成纤维水泥制品。
根据本发明的生产方法，优选地，步骤(1)中，所述赤泥粉为60～70重量份，所述纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 16～19重量份、MnO2 0.005～0.02重量份、CuO 1.0～2.0重量份、CaO0.2～0.5重量份和Fe2O3 0.02～0.08重量份。
根据本发明的生产方法，优选地，步骤(1)中，所述纳米级金属氧化物还包括V2O50.005～0.02重量份。
根据本发明的生产方法，优选地，步骤(1)中，用于制备所述赤泥粉的赤泥的附液的碱度为3000～15000mg/L；所述赤泥粉的粒径大于等于200目；所述纳米级金属氧化物的粒径均为10～60nm。
根据本发明的生产方法，优选地，步骤(1)中，所述烟气处理副产物的含水率低于1wt％，粒径小于等于0.074mm。
根据本发明的生产方法，优选地，步骤(2)中，所述物料还包括添加剂，且所述烟气处理副产物、固体废物、增强纤维和添加剂的重量比为55～75:10～35:5～15:3～10。
根据本发明的生产方法，优选地，步骤(2)中，所述固体废物选自粉煤灰、矿渣、建筑垃圾粉中的一种或多种；所述增强纤维选自纸浆纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、石棉纤维中的至少一种；所述添加剂选自密度调节剂、重量调节剂、阻燃剂、消泡剂、粘度调节剂、轻质集料、絮凝剂、防水剂中的一种或多种。
根据本发明的生产方法，优选地，步骤(2)中，所述固体废物由粉煤灰和矿渣组成，且粉煤灰和矿渣重量比为8～15:7～15；所述增强纤维由纸浆纤维和聚乙烯醇缩醛纤维组成，且纸浆纤维和聚乙烯醇缩醛纤维重量比为4～6:2～4。
根据本发明的生产方法，优选地，步骤(2)中，所述混合料的形成方法包括如下步骤：(1’)将烟气处理副产物与废水混合混匀，得到湿料；(2’)将增强纤维松解和磨浆，然后将其与所述物料和所述湿料混合均匀，得到混合料。
根据本发明的生产方法，优选地，步骤(3)中，所述成型的方法选自抄取法；所述养护的温度为20～60℃，湿度为50～100％，养护时间为8～20小时。
本发明的脱硫脱硝剂以赤泥为主要原料，并含有纳米级金属氧化物，其得到的烟气处理副产物的组成有利于填补其他建材物料的内部空道。本发明充分利用了上述烟气处理副产物的特性，并与合适的建材物料混合，得到了优质的纤维水泥制品，符合国家标准与企业生产需求。此外，本发明实现了赤泥的资源化利用，降低了生产成本。本发明具有很好的社会及经济效益，适合推广使用，产业化前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明中，赤泥是指制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，其具有强碱性，且含有大量的铁氧化物、氧化钙、氧化铝、氧化硅等组分。本发明中，所述赤泥的附液也称为“赤泥附液”，是指赤泥中含有的液相。
本发明中，“wt％”表示质量百分数，“vol％”表示体积百分数。本发明中，“纳米级”是指平均粒径为1～100nm。
本发明的纤维水泥制品为一种建筑材料。本发明的纤维水泥制品的生产方法包括：(1)烟气脱硫脱硝步骤；(2)混合步骤；(3)制品成型步骤。下面进行详细介绍。
<烟气脱硫脱硝步骤>
采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝，从而形成烟气处理副产物。可以采用本领域常规的设备进行烟气脱硫脱硝，这里不再赘述。本发明的脱硫脱硝剂由包括赤泥粉和纳米级金属氧化物的原料制成。
在本发明中，基于100重量份烟气脱硫脱硝剂，赤泥粉的用量为60～80重量份，优选为60～70重量份。这样可以改善脱硫脱硝效果。本发明的赤泥粉的组分并没有特别限制。例如，所述赤泥粉包括如下组分：氧化钙6～50wt％，氧化钠2～10wt％，氧化铝5～20wt％，氧化铁5～50wt％和二氧化硅3～25wt％。这样可以进一步提高脱硫脱硝效果。用于制备所述赤泥粉的赤泥的附液的碱度为3000～15000mg/L，优选为5000～10000mg/L。这样可以进一步改善赤泥与其他组分的协同作用，从而提高脱硫脱硝效果。
本发明的纳米金属氧化物包括如下组分：MgO 16～29重量份、MnO2 0.005～0.03重量份、CuO 1.0～3.5重量份、CaO 0.2～1.0重量份和Fe2O3 0.02～0.12重量份。根据本发明的一个实施方式，所述纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 16～19重量份、MnO2 0.005～0.02重量份、CuO 1.0～2.0重量份、CaO 0.2～0.5重量份和Fe2O30.02～0.08重量份。优选地，所述纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 17～19重量份、MnO20.008～0.015重量份、CuO 1.2～1.8重量份、CaO 0.3～0.5重量份和F2O3组成0.04～0.06重量份。更优选地，所述纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 18重量份、MnO2 0.011重量份、CuO 1.539重量份、CaO 0.4重量份和Fe2O3组成0.05重量份。在本发明中，纳米级金属氧化物可以仅由上述组分组成。根据本发明的另一个实施方式，所述纳米级金属氧化物还包括如下组分：V2O5 0.005～0.02重量份；优选为0.008～0.015重量份；例如0.015重量份。将上述组分控制在上述范围，可以进一步改善脱硫脱硝效果。在本发明中，纳米级金属氧化物可以仅由上述组分组成。
根据本发明的烟气脱硫脱硝剂，所述赤泥粉的粒径可以大于等于200目。所述纳米级金属氧化物的粒径可以为10～60nm，优选为10～50nm，更优选为15～40nm，再优选为20～30nm。本发明中，金属氧化物采用纳米级时，其比表面积增大，增加了金属氧化物与氧气、烟气的接触面积，对于烟气中SO2及NOX的吸附功能增加，从而提高脱硫脱硝的效率。当金属氧化物采用本发明的粒径时，其比表面积更适宜烟气中SO2及NOX的吸附，可进一步提高脱硫脱硝效率。
本发明的烟气脱硫脱硝步骤中，所述烟气脱硫脱硝剂为干态。烟气的含氧量为10～20vol％，例如10～15vol％。烟气中SO2的含量可以小于等于3000mg/Nm3，优选为1000～2000mg/Nm3；NOX的含量可以小于等于600mg/Nm3，优选为200～500mg/Nm3。这样可以进一步保证烟气脱硫脱硝剂发挥更好的作用。
烟气脱硫脱硝剂与待处理烟气接触的操作在脱硫脱硝塔内的循环流化床中进行，从而使烟气脱硫脱硝剂与待处理烟气充分接触，进行干法脱硫脱硝处理。本发明中，所述烟气脱硫脱硝剂与烟气接触可采用管道喷射方式。本发明中，优选地，所述烟气脱硫脱硝剂与烟气接触的同时，向脱硫脱硝塔内喷入含碱工业废水，所述含碱工业废水的pH为7～13。所述含碱工业废水可以为来自印染厂、造纸厂、炼油厂等企业的无臭味、不含有机物的pH为7～13的碱性废水。
处理后的烟气可以进入除尘器进行除尘处理，得到净化烟气和灰渣；所述净化烟气可直接排入大气中，灰渣中至少一部分作为所述烟气烟气处理副产物排出。灰渣中还有另一部分可以返回脱硫脱硝塔内循环利用。所述烟气处理副产物中含有硫酸盐、硝酸盐及粉尘等。根据本发明优选的实施方式，所述烟气处理副产物的含水率控制在低于1wt％，粒径控制在0.074mm以下。
<混合步骤>
将上述的烟气处理副产物与包括固体废物、增强纤维的物料和废水混合均匀，从而形成混合料。所述物料还可以包括添加剂。所述烟气处理副产物为上述烟气脱硫脱硝步骤得到，这里不再赘述。
本发明的混合步骤具体可以包括如下步骤：
(1’)将烟气处理副产物与废水混合混匀，得到湿料；
(2’)将增强纤维松解、磨浆后与所述物料和所述湿料混合均匀，得到混合料。
本发明中，所述烟气处理副产物、固体废物、增强纤维的重量比为55～75:10～35:5～15，优选为60～70:15～30:7～10。当物料中包括添加剂时，所述烟气处理副产物、固体废物、增强纤维和添加剂的重量比为55～75:10～35:5～15：3～10，更优选为60～70:15～30:7～10:5～8。
根据本发明的方法，优选地，所述固体废物选自粉煤灰、矿渣、建筑垃圾粉中的一种或多种，更优选为粉煤灰和/或矿渣。根据本发明的一个实施方式，所述固体废物由粉煤灰和矿渣组成，且二者重量比为8～15:7～15。所述增强纤维选自纸浆纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、石棉纤维中的一种或多种，优选为纸浆纤维和/或聚乙烯醇缩醛纤维。根据本发明的一个实施方式，所述增强纤维由纸浆纤维和聚乙烯醇缩醛纤维组成，且二者重量比为4～6:2～4。所述添加剂选自密度调节剂、重量调节剂、阻燃剂、消泡剂、粘度调节剂、轻质集料、絮凝剂、防水剂中的一种或多种的混合物；优选地，所述添加剂为密度调节剂，且所述密度调节剂选自水合硅酸钙、玻璃、微球体、珍珠岩、浮石、沸石中的至少一种，更优选为珍珠岩。所述废水优选为酸性废水，更优选为不含有机物的酸性废水，该酸性废水的pH值为5～7，其可以来自钢铁厂、化工厂等。
根据本发明的方法，优选地，所述固体废物、增强纤维和添加剂的粒径大于等于200目，更优选大于等于250目。
步骤(1’)中，首先将烟气处理副产物与废水混合，废水中酸性物质可以中和废渣中未反应的碱性物质，增大盐类物质的含量，同时达到消纳废水的目的。
步骤(2’)中，具体地，所述增强纤维首先送入松解机进行松解，然后送入磨浆机进行磨浆，从而得到增强纤维浆料；将该增强纤维浆料与固体废物、添加剂和所述湿料混合，搅拌均匀，得到混合料。所述松解的时间可以为6～15分钟，更优选为8～12分钟。所述搅拌时间为10～25分钟，更优选为13～20分钟。所述混合料中固相含量可以为3～10wt％，更优选为5～8wt％。
<制品成型步骤>
本发明的制品成型步骤可以包括将上述混合料进行成型和养护，得到纤维水泥制品。所述成型可以采用抄取法、流浆法或挤出法，并优选为抄取法。具体地，所述混合料进入网箱，经抄取成型机形成坯体；其中，成型机的成型筒的线压力可以为0.4～0.8Mpa，更优选为0.5～0.6Mpa；然后将所述坯体送入液压机进行加压排水密实。加压速度应以保证不出现凸裂，以及排水不是浑浊状为准。所述养护可以在养护窑中进行。优选地，所述养护的温度为20～60℃，湿度为50～100％，养护时间为8～20小时。
以下制备例和实施例中的“份”表示重量份，除非特别声明。
以下实施例的纤维水泥板的性能采用JC/T412.1-2006《纤维水泥板》进行测定。
以下制备例中，赤泥粉是通过将赤泥在180℃下加热烘干，然后粉碎至粒径为200～250目得到的。其中所采用的赤泥的附液的碱度为8000mg/L。纳米级氧化物是通过采用球磨机将相应的金属氧化物研磨至粒径为25nm得到的。
制备例1
将表1配方的赤泥粉与纳米级金属氧化物混合均匀，得到基于赤泥的烟气脱硫脱硝剂。
表1基于赤泥的烟气脱硫脱硝剂配比
组分 重量份
赤泥粉 80
纳米级MgO 18
纳米级MnO2 0.011
纳米级CuO 1.539
纳米级CaO 0.4
纳米级Fe2O3 0.05
将该烟气脱硫脱硝剂加入循环流化床工艺系统中，采用干法进行同步脱硫脱硝，从而得到烟气烟气处理副产物。其中，入口烟气为经过了预除尘处理，且调节含氧量至15vol％的待处理烟气。入口烟气和出口烟气的基本参数如表2和表3所述。
表2脱硫脱硝入口烟气参数
表3脱硫脱硝出口烟气参数
序号 项目 数量 单位
1 出口烟气量(工况) 249636 m3/h
2 出口标态烟气量 210993 Nm3/h
3 排烟温度 50 ℃
4 二氧化硫排放浓度 35.5 mg/Nm3
5 脱硫效率 97.0 ％
6 氮氧化物排放浓度 26.1 mg/Nm3
7 脱硝效率 86.2 ％
8 出口粉尘浓度 15 mg/Nm3
9 除尘效率 84.5 ％
实施例1
将制备例1得到的烟气处理副产物与酸性废水混合混匀，得到湿料。将纸浆纤维和聚乙烯醇缩醛纤维送入松解机松解10分钟，然后送入磨浆机进行磨浆，从而得到增强纤维浆料；将该增强纤维浆料与其他原料和所述湿料混合，搅拌15分钟，得到混合料，其中固相含量为8wt％。混合料进入网箱，经抄取成型机形成坯体，成型筒的线压力为0.6Mpa，然后将所述坯体送入液压机进行加压排水密实，然后于60℃、湿度为60％下养护10小时，得到纤维水泥板。各原料的用量配比见表4。
表4各原料用量配比
实施例2
除了采用表5的原料用量配比，其余步骤同实施例1，制得纤维水泥板。
表5各原料用量配比
实施例3
除了采用表6的原料用量配比，其余步骤同实施例1，制得纤维水泥板。
表6各原料用量配比
将实施例1～3得到的纤维水泥板的主要性能指标进行测定，结果见表7。
表7纤维水泥板主要性能指标
由表7可以看出，本发明产品具有强度高、防火阻燃的特点，产品性能完全符合JC/T412.1-2006《纤维水泥板》的技术要求，且烟气处理副产物的适当增加有助于提升纤维水泥板的整体性能。同时，本发明纤维水泥板大量使用赤泥基烟气处理副产物，降低了生产成本，同时对固体废物进行了有效的资源化利用，符合国家新型墙体材料的发展方向，符合国家环保、节能、墙改的要求，值得推广。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种纤维水泥制品的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝，从而形成烟气处理副产物；所述烟气脱硫脱硝剂由包括赤泥粉和纳米级金属氧化物的原料制成；其中，赤泥粉为60～80重量份，纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 16～29重量份、MnO2 0.005～0.03重量份、CuO1.0～3.5重量份、CaO 0.2～1.0重量份和Fe2O3 0.02～0.12重量份；
(2)将所述烟气处理副产物与包括固体废物和增强纤维的物料及废水混合均匀，从而形成混合料；其中所述烟气处理副产物、固体废物和增强纤维的重量比为55～75:10～35:5～15；和
(3)将所述混合料经过成型和养护，从而形成纤维水泥制品。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述赤泥粉为60～70重量份；所述纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 16～19重量份、MnO2 0.005～0.02重量份、CuO 1.0～2.0重量份、CaO 0.2～0.5重量份和Fe2O3 0.02～0.08重量份。
3.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米级金属氧化物还包括V2O5 0.005～0.02重量份。
4.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，用于制备所述赤泥粉的赤泥的附液的碱度为3000～15000mg/L；所述赤泥粉的粒径大于等于200目；所述纳米级金属氧化物的粒径均为10～60nm。
5.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述烟气处理副产物的含水率低于1wt％，粒径小于等于0.074mm。
6.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述物料还包括添加剂，且所述烟气处理副产物、固体废物、增强纤维和添加剂的重量比为55～75:10～35:5～15:3～10。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固体废物选自粉煤灰、矿渣、建筑垃圾粉中的一种或多种；所述增强纤维选自纸浆纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、石棉纤维中的至少一种；所述添加剂选自密度调节剂、重量调节剂、阻燃剂、消泡剂、粘度调节剂、轻质集料、絮凝剂、防水剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固体废物由粉煤灰和矿渣组成，且粉煤灰和矿渣重量比为8～15:7～15；所述增强纤维由纸浆纤维和聚乙烯醇缩醛纤维组成，且纸浆纤维和聚乙烯醇缩醛纤维重量比为4～6:2～4。
9.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合料的形成方法包括如下步骤：(1’)将烟气处理副产物与废水混合混匀，得到湿料；(2’)将增强纤维松解和磨浆，然后将其与所述物料和所述湿料混合均匀，得到混合料。
10.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，步骤(3)中，所述成型的方法选自抄取法；所述养护的温度为20～60℃，湿度为50～100％，养护时间为8～20小时。
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