CN107628803A - 基于赤泥的烟气脱硫生产纤维水泥制品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于赤泥的烟气脱硫生产纤维水泥制品的方法，包括：用烟气脱硫剂浆液湿法脱除烟气中的二氧化硫，从而形成脱硫浆料；其中，脱硫剂浆液为由脱硫剂与工业废水混合形成的浆液，脱硫剂包括25～70重量份赤泥、25～50重量份电石渣、5～40重量份氧化镁和5～20重量份氢氧化钠；当脱硫浆料的pH为6.5～7.5时排出；将排出的脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂混合形成混合物料；将混合物料进行初坯制备、养护和砂光处理，从而得到纤维水泥制品。本发明的方法可以在烟气脱硫的基础上有效利用工业废物，并生产质量合格的纤维水泥制品，且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维水泥制品的生产方法，具体涉及一种将基于赤泥的烟气脱硫浆料直接用于生产纤维水泥制品的方法。
背景技术
随着我国经济高速发展，快速的城镇化过程和社会生活水平的提高，以及工业化进程的不断加快，工业废物也呈现了迅速增加的趋势。工业废渣的清洁化和资源化一直以来是广大科研工作人员研究的热点，因为它直接关系到国民经济健康循环发展良好与否。同时在工业生产中也排出大量的废水。工业废水具有污染物种类多、成份复杂、COD(化学需氧量)浓度高、可生化性差、毒害性大等特点。将工业废渣和工业废水的综合利用与建材行业清洁化生产相结合已达成共识。
纤维水泥板是以纤维和水泥为主要原料，经搅拌、成型、加压和养护制成的一种复合材料，与传统的建筑材料相比具有特殊的优点，比如具有防潮、防腐、防火及良好的隔音、隔热性能，因而成为建筑节能材料的热点。
CN105503089A公开了一种水泥纤维板的制备方法，包含以下组分：普通硅酸盐水泥、粘结剂、粉煤灰、木屑、、防水剂、减水剂和脱模剂。所得水泥纤维板具有容重轻、成本低、不易开裂、耐水性能和脱模性能好的优点。但是该方法直接使用水泥作为原料，大大增加了建材成本。
因此，需要开发一种成本更低且能够实现工业固废和工业废水循环利用的纤维水泥制品的生产方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于赤泥的烟气脱硫的生产纤维水泥制品的方法，其生产成本更低。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
一种基于赤泥的烟气脱硫生产纤维水泥制品的方法，包括如下步骤：
(1)用烟气脱硫剂浆液湿法脱除烟气中的二氧化硫，从而形成脱硫浆料；其中，所述脱硫剂浆液为由脱硫剂与工业废水混合形成的浆液，所述工业废水的pH值为10～12，所述脱硫剂包括25～70重量份赤泥、25～50重量份电石渣、5～40重量份氧化镁和5～20重量份氢氧化钠；
(2)当所述脱硫浆料的pH降为6.5～7.5时排出；将排出的脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂混合形成混合物料；其中，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂的重量比为100:10～35:5～30:5～20:5～15；
(3)将所述混合物料进行初坯制备、养护和砂光处理，从而得到所述纤维水泥制品。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述脱硫剂包括30～40重量份赤泥、30～40重量份电石渣、10～25重量份氧化镁和10～15重量份氢氧化钠。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂的重量比为100:20～30:10～20:12～18:5～10。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述赤泥为氧化铝生产时排出的含碱废渣；所述赤泥含有6～50wt％氧化钙、2～10wt％氧化钠、5～20wt％三氧化二铝、5～50wt％三氧化二铁和3～25wt％二氧化硅；所述电石渣为电石制取乙炔过程排出的工业废弃物，所述电石渣含有80～90wt％的氢氧化钙。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述烟气中二氧化硫含量在300～3000mg/Nm3之间，且氧气含量在10～22vol％之间。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，当所述脱硫浆料的pH为6.5～7.5，且密度为1100～1300kg/m3、硫酸镁含量达到30wt％以上时排出脱硫浆料。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述工业固体废物选自炉渣、矿渣、钢渣、铁渣、粉煤灰和建筑垃圾粉中的至少一种；所述纤维选自木浆纤维、玻璃纤维、聚丙烯、聚丙烯腈、木质素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种；所述添加剂选自硅橡胶、磷酸、磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、酒石酸、酒石酸盐和氨基三亚甲基膦酸中的一种或多种。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述工业固体废物由重量比为1：1～3的炉渣和粉煤灰组成；所述纤维为木浆纤维；所述添加剂选自磷酸二氢盐或磷酸一氢盐。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述工业固体废物的比表面积为400～600m2/kg。
根据本发明的方法，优选地，在步骤(3)中，所述初坯制备包括将所述混合物料进行流浆制坯、真空脱水、成型桶成型及切边的工艺过程。
本发明的方法利用生产氧化铝的废弃物赤泥、电石制备乙炔的副产物电石渣以及工业废水作为主要原料的脱硫剂进行湿法烟气脱硫处理，并同时利用烟气脱硫形成的浆料以及多种工业生产废弃物作为主要原料生产纤维水泥制品，使工业废渣、废灰等废弃物都得到循环再利用，既节省了纤维水泥制品生产线投资，又大大降低了烟气脱硫运行成本，既保障烟气脱硫设施高效率运行又使各类废弃物得以循环再利用；避免了传统的纤维水泥制品生产过程中以水泥为主要原料而造成的能耗高、资源浪费的问题。
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，除非另有说明，否则“份”是指基于重量的份数。另外，“％”或“wt％”是指基于重量的百分数，除非另作说明。
本发明的纤维水泥制品的生产方法包括(1)烟气脱硫步骤；(2)物料混合步骤：(3)成型步骤。下面进行详细介绍。
<烟气脱硫步骤>
本发明采用烟气脱硫剂浆液与烟气接触，湿法脱除烟气中的二氧化硫，从而形成脱硫浆料。在本发明中，“脱硫”并不严格限定于仅除去烟气中的二氧化硫，还包括除去一些其他的常见酸性氧化物以及常见烟气中含有其他能够被氧化或吸收的物质，如汞、粉尘等。可以采用本领域常规的设备进行烟气湿法脱硫操作，例如脱硫塔，这里不再赘述。
本发明中，所述烟气脱硫剂浆液是由脱硫剂与工业废水混合制成的浆液，所述脱硫剂包括25～70重量份赤泥、25～50重量份电石渣、5～40重量份氧化镁和5～20重量份氢氧化钠。优选地，所述脱硫剂包括30～40重量份赤泥、30～40重量份电石渣、10～25重量份氧化镁和10～15重量份氢氧化钠。根据本发明的一个实施方式，所述脱硫剂可以仅由上述重量份的赤泥、电石渣、氧化镁和氢氧化钠组成。采用本发明的烟气脱硫剂能够有效改善脱硫效果。
在对烟气进行脱硫之前，本发明的烟气中二氧化硫含量可以在300～3000mg/Nm3之间，优选为800～1600mg/Nm3之间。烟气中的氧气含量可以在10～22vol％之间，优选为15～18vol％之间。为了达到烟气中氧气含量达到本发明的范围，可采用增氧手段，例如向烟气中鼓入空气或氧气。将烟气的参数控制在上述范围，可以改善脱硫效果，并获得质量稳定的脱硫浆料。根据本发明的一个实施方式，烟气来自燃煤锅炉、烧结机、球团和窑炉中的一种或多种；优选来自燃煤锅炉或烧结机。上述烟气中的二氧化硫含量适中。
本发明的赤泥可以为氧化铝生产时排出的含碱废渣，其组分并没有特别限制。例如，所述赤泥可以包括如下组分：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％。该范围内的组成可以进一步提高脱硫效果。用于制备所述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，从而提高脱硫效果。
本发明的电石渣为电石制取乙炔过程排出的工业废弃物，优选地，所述电石渣含有80～90wt％的氢氧化钙。本发明的电石渣还可以含有2～7wt％的酸性不溶物，以及大约5wt％的焦炭和硅铁杂质。本发明的电石渣中，氢氧化钙为烟气脱硫的主要成分。
本发明用于制备烟气脱硫剂浆液可以采用工业废水制备，从而同时解决工业废水的排放和治理问题。所述工业废水可以为pH值为10～12的碱性工业废水，更优选pH值为11～12的碱性工业废水。本发明中，脱硫剂与水的重量比可以为1:8～12，优选为1:9～10。
本发明的氧化镁可以选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉和分析纯氧化镁中的至少一种；优选为菱镁矿轻烧粉或白云石轻烧粉。菱镁矿轻烧粉和白云石轻烧粉中氧化镁的含量可以均为65～85wt％，更优选70～80wt％。这样有利于获得稳定的纤维水泥制品。本发明的氢氧化钠可以采用工业级氢氧化钠。
本发明中，当脱硫浆料的pH达到6.5～7.5，例如pH达到7.0～7.5时排出。优选地，当脱硫浆液的密度为1100～1300kg/m3，例如为1250～1300kg/m3，且硫酸镁含量达到30wt％以上、例如35wt％以上时进行脱硫浆液的排出。排出的脱硫浆料应用于后续的生产纤维水泥制品的步骤。该条件下排出的脱硫浆料有利于制备得到性能优良的纤维水泥制品。
<物料混合步骤>
将上述的脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂混合形成混合物料；其中，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂的重量比为100:10～35:5～30:5～20:5～15。优选地，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂的重量比为100:20～30:10～20:12～18:5～10。采用本发明的物料及重量配比有利于形成质量稳定的纤维水泥制品。
本发明中，所述氧化镁同样选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉、分析纯氧化镁中的至少一种；且菱镁矿轻烧粉和白云石轻烧粉中的氧化镁含量分别为65wt％～85wt％。
本发明中，所述工业固体废物选自渣料、粉煤灰和建筑垃圾粉中的一种或多种；所述渣料可以选自炉渣、矿渣、钢渣和铁渣中的至少一种。优选地，所述工业固体废物至少包含粉煤灰。根据本发明的一个实施方式，所述工业固体废物选自重量比为1:1～3的渣料和粉煤灰，更优选为重量比为1:1～2的渣料和粉煤灰，且所述渣料优选为炉渣或矿渣，更优选为炉渣。本发明中，所述工业固体废物的粒度优选在200目以上。由于不同来源的渣料粒度较大且粒度不均一，可以进行粉末化和均匀化处理。因此，本发明的混合之前还可以包括将所述工业固体废物进行研磨的过程。优选地，研磨后的工业固体废物具有400～600m2/kg的比表面积。
本发明中，所述纤维选自木浆纤维、玻璃纤维、聚丙烯、聚丙烯腈、木质素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。优选地，所述纤维为木浆纤维。
本发明中，所述添加剂选自硅橡胶、磷酸、磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、酒石酸、酒石酸盐和氨基三亚甲基磷酸中的一种或多种。根据本发明的一个实施方式，所述添加剂为磷酸二氢盐或磷酸一氢盐，例如磷酸二氢钠或磷酸一氢钠。
本发明中，可采用本领域内已知的任何混合手段或方式将上述原料混合均匀。本发明采用的混合容器的实例包括但不限于搅拌器、均质器、混合机等。
<成型步骤>
本发明的成型步骤包括将所述混合物料进行初坯制备、养护和砂光处理，从而得到所述纤维水泥制品。所述初坯制备包括将所述混合物料进行流浆制坯、真空脱水、成型桶成型及切边的工艺过程，从而制得初坯。制好的初坯可置于养护窑中进行养护，脱模后可进一步进行砂光处理，得到纤维水泥制品。
本发明制得的纤维水泥制品可以根据需要切割成不同尺寸。所述纤维水泥制品的厚度可以为4～30mm，优选为5～15mm，从而有利于保证纤维水泥制品的稳定性。根据本发明的一个实施方式，所述纤维水泥制品切割成长度为2440mm，宽度为1220mm，且厚度为4～30mm的纤维水泥板。
以下实施例中的“份”表示重量份，除非特别声明。除非特别声明，以下实施例中所使用的原料、工艺条件说明如下：
烟气脱硫剂浆液：脱硫剂与碱性工业废水形成的浆液，二者的重量比为1:9。
-赤泥：氧化铝生产排出的含碱废渣。
-电石渣：电石生产乙炔排出的废渣。
-氧化镁：菱镁矿轻烧粉。
-氢氧化钠：工业级。
-碱性工业废水：来自化工厂，其pH约为11。
-粉煤灰：酸性粉煤灰(AFA)，来自燃煤锅炉，主要成分：50wt％SiO2，25wt％Al2O3，9wt％CaO。
-渣料：来自钢厂的炉渣(经研磨机研磨至比表面积为500m2/kg)。
-纤维：木浆纤维。
-添加剂：磷酸二氢钠。
采用JC/T412.1-2006对以下实施例的纤维水泥制品的性能进行测试。
实施例1
按照表1的配方将各组分混合均匀得到脱硫剂，然后加入碱性废水制成脱硫剂浆液，并送至脱硫塔。烟气(氧气含量为18vol％)从脱硫塔的烟气进口进入脱硫塔，经过脱硫剂浆液三层吸收喷淋层后，二氧化硫被脱硫剂浆液充分吸收。脱硫剂浆液在吸收二氧化硫后通过重力作用被引入位于脱硫塔下部的塔内浆液循环槽中。塔内浆液循环槽上部的浆液循环送至三层吸收喷淋层。当塔内浆液循环槽下部的浆液的pH达到6.5～7.5，密度为1100～1300kg/m3且硫酸镁含量超过30wt％时排出，作为脱硫浆料。烟气经过除雾处理，从烟囱直接排放。烟气脱硫工况如下表2和表3所示。
表1 脱硫剂配方
表2 脱硫工况参数
| 序号 | 项目 | 数量 | 单位 |
| 1 | 脱硫塔入口烟气量(工况) | 480000 | m3/h |
| 2 | 标态烟气量 | 321176 | Nm3/h |
| 2 | 脱硫塔入口温度 | 135 | ℃ |
| 3 | 二氧化硫入口浓度 | 1400 | mg/Nm3 |
| 4 | 烟气含湿量 | 10 | wt％ |
表3 脱硫排放情况
| 序号 | 项目 | 数量 | 单位 |
| 1 | 脱硫塔出口烟气量(工况) | 351720 | m3/h |
| 2 | 排烟温度 | 55 | ℃ |
| 3 | 二氧化硫排放浓度 | 35 | mg/Nm3 |
| 4 | 脱硫效率 | 97.7 | wt％ |
将所得脱硫浆料与氧化镁、收集自钢厂的炉渣、来自燃煤锅炉的粉煤灰、纤维和添加剂混合均匀，得到混合物料。将混合物料经过流浆制坯、真空脱水、成型桶成型、切边及堆垛等工艺过程制备的纤维水泥板初坯，之后送入养护窑进行养护，养护后脱模进行干燥处理，然后经砂光处理，最后包装入库。配方参见表4。性能测试结果参见表5。
表4 纤维水泥制品配方
| 物料名称 | 脱硫浆液 | 纤维 | 渣料 | 粉煤灰 | 添加剂 | 氧化镁 |
| 规格(kg) | 100 | 15 | 10 | 10 | 7 | 24 |
表5 纤维水泥制品性能测试结果
| 序号 | 项目 | 单位 | 测试结果 |
| 1 | 密度 | kg/cm3 | 1.2 |
| 2 | 吸水率 | ％ | 15.8 |
| 3 | 湿胀率 | ％ | 0.40 |
| 4 | 不燃性 | - | A级 |
| 5 | 抗折强度 | MPa | 17.2 |
| 6 | 不透水性 | ％ | 24h反面有湿痕，无水滴 |
实施例2
采用表6的脱硫剂配方、烟气脱硫工况如下表7和表8所示。其余条件与实施例1相同。配方参见表9。性能测试结果参见表10。
表6 脱硫剂配方
表7 脱硫工况参数
| 序号 | 项目 | 数量 | 单位 |
| 1 | 脱硫塔入口烟气量(工况) | 492000 | m3/h |
| 2 | 标态烟气量 | 316250 | Nm3/h |
| 3 | 脱硫塔入口温度 | 140 | ℃ |
| 4 | 二氧化硫入口浓度 | 1420 | mg/Nm3 |
| 5 | 烟气含湿量 | 10 | wt％ |
表8 脱硫排放情况
| 序号 | 项目 | 数量 | 单位 |
| 1 | 脱硫塔出口烟气量(工况) | 301720 | m3/h |
| 2 | 排烟温度 | 58 | ℃ |
| 3 | 二氧化硫排放浓度 | 28 | mg/Nm3 |
| 4 | 脱硫效率 | 98.0 | wt％ |
表9 纤维水泥制品配方
| 物料名称 | 脱硫浆液 | 纤维 | 渣料 | 粉煤灰 | 添加剂 | 氧化镁 |
| 规格(kg) | 100 | 13 | 5 | 10 | 8 | 25 |
表10 纤维水泥制品性能测试结果
| 序号 | 项目 | 单位 | 测试结果 |
| 1 | 密度 | kg/cm3 | 1.29 |
| 2 | 吸水率 | ％ | 13.8 |
| 3 | 湿胀率 | ％ | 0.35 |
| 4 | 不燃性 | - | A级 |
| 5 | 抗折强度 | MPa | 19 |
| 6 | 不透水性 | ％ | 24h反面有湿痕，无水滴 |
实施例3
采用表11的脱硫剂配方、烟气脱硫工况如下表12和表13所示。其余条件与实施例1相同。配方参见表14。性能测试结果参见表15。
表11 脱硫剂配方
表12 脱硫工况参数
| 序号 | 项目 | 数量 | 单位 |
| 1 | 脱硫塔入口烟气量(工况) | 478000 | m3/h |
| 2 | 标态烟气量 | 295603 | Nm3/h |
| 3 | 脱硫塔入口温度 | 150 | ℃ |
| 4 | 二氧化硫入口浓度 | 1500 | mg/Nm3 |
| 5 | 烟气含湿量 | 10 | wt％ |
表13 脱硫排放情况
| 序号 | 项目 | 数量 | 单位 |
| 1 | 脱硫塔出口烟气量(工况) | 321720 | m3/h |
| 2 | 排烟温度 | 55 | ℃ |
| 3 | 二氧化硫排放浓度 | 10 | mg/Nm3 |
| 4 | 脱硫效率 | 98.1 | wt％ |
表14 纤维水泥制品配方
| 物料名称 | 脱硫浆液 | 纤维 | 渣料 | 粉煤灰 | 添加剂 | 氧化镁 |
| 规格(kg) | 100 | 13 | 5 | 5 | 8 | 25 |
表15 纤维水泥制品性能测试结果
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)
1.一种基于赤泥的烟气脱硫生产纤维水泥制品的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用烟气脱硫剂浆液湿法脱除烟气中的二氧化硫，从而形成脱硫浆料，其中，所述脱硫剂浆液为由脱硫剂与工业废水混合形成的浆液，所述工业废水的pH值为10～12，所述脱硫剂包括25～70重量份赤泥、25～50重量份电石渣、5～40重量份氧化镁和5～20重量份氢氧化钠；
(2)当所述脱硫浆料的pH降为6.5～7.5时排出；将排出的脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂混合形成混合物料；其中，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂的重量比为100:10～35:5～30:5～20:5～15；
(3)将所述混合物料进行初坯制备、养护和砂光处理，从而得到所述纤维水泥制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述脱硫剂包括30～40重量份赤泥、30～40重量份电石渣、10～25重量份氧化镁和10～15重量份氢氧化钠。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、纤维和添加剂的重量比为100:20～30:10～20:12～18:5～10。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述赤泥为氧化铝生产时排出的含碱废渣；所述赤泥含有6～50wt％氧化钙、2～10wt％氧化钠、5～20wt％三氧化二铝、5～50wt％三氧化二铁和3～25wt％二氧化硅；所述电石渣为电石制取乙炔过程排出的工业废弃物，所述电石渣含有80～90wt％的氢氧化钙。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述烟气中二氧化硫含量在300～3000mg/Nm3之间，且氧气含量在10～22vol％之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，当所述脱硫浆料的pH为6.5～7.5，且密度为1100～1300kg/m3、硫酸镁含量达到30wt％以上时排出脱硫浆料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述工业固体废物选自炉渣、矿渣、钢渣、铁渣、粉煤灰和建筑垃圾粉中的至少一种；所述纤维选自木浆纤维、玻璃纤维、聚丙烯、聚丙烯腈、木质素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种；所述添加剂选自硅橡胶、磷酸、磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、酒石酸、酒石酸盐和氨基三亚甲基膦酸中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述工业固体废物由重量比为1：1～3的炉渣和粉煤灰组成；所述纤维为木浆纤维；所述添加剂选自磷酸二氢盐或磷酸一氢盐。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述工业固体废物的比表面积为400～600m2/kg。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述初坯制备包括将所述混合物料进行流浆制坯、真空脱水、成型桶成型及切边的工艺过程。
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2017
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