CN107628804A - 基于赤泥的烟气脱硫生产发泡保温材料的方法 - 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发泡保温材料的方法，包括：使烟气脱硫剂浆液与烟气接触，湿法脱除烟气中的至少部分二氧化硫，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30～70重量份赤泥、30～50重量份电石渣、5～45重量份氧化镁和5～25重量份氢氧化钠；将该脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂混合形成混合物料；将混合物料浇筑成型、发泡、养护和干燥，从而得到发泡保温材料。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，并生产质量合格的发泡保温材料。

Description

基于赤泥的烟气脱硫生产发泡保温材料的方法
技术领域
本发明涉及一种生产发泡保温材料的方法，具体涉及一种将基于赤泥的烟气脱硫浆料直接用于生产发泡保温材料的方法。
背景技术
随着社会的发展，人类对能源的需求越来越大。由于地球上的石油、煤炭等不可再生能源的日渐枯竭，能源危机已经悄然来临。因此，促进使用节能建筑，认真落实我国节能标准，节约采暖能耗，对中国的环境保护和维护国家经济的持续快速发展具有十分重要的意义。建筑节能是整个节能工作的重要组成部分，而建筑节能的关键在于保温材料的使用，所以对于保温材料的研究很重要。
发泡保温水泥板阻燃性能达到A级，原料组成较为固定，并且来源广泛、工艺简单，与其他保温材料相比优势明显，有望替代有机保温材料成为保温建材的首选。
发泡保温水泥板的原材料包括无机胶凝材料、填料、发泡剂、纤维和外加剂。发泡保温水泥板使用的填料大多数是工业废弃物，如粉煤灰、矿渣粉、废石粉等。另外还有秸秆粉、锯末等固体废弃物也可以用作填料，其中粉煤灰的使用是最多的。
市场上的发泡保温板多采用一级粉煤灰与水泥等为原料制备而成。CN102964097A公开了一种发泡保温板，该发泡保温板利用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、憎水剂、早强剂、聚丙烯纤维和水为初始原料，通过自然养护28～60天得成品的方法。CN102815960A公开了一种发泡水泥保温板，该发泡保温板利用粉煤灰、水泥、激发剂、减水剂、憎水剂等为原料，通过养护28天得成品的方法。以上技术均需采用水泥，而水泥的生产过程会消耗大量的资源，因此需要寻找一种能够代替传统的发泡保温水泥板的生产方法，既能节约成本，又能消耗工业固废。
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发泡保温材料的方法，其利用工业废渣赤泥和电石渣以及工业废水作为主要原料制备脱硫剂浆液，从而有效脱除烟气中的二氧化硫；并利用脱硫产生的副产物生产发泡保温材料，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发泡保温材料的方法，包括如下步骤：
(1)使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；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，所述工业废水为pH值为8～12的碱性工业废水，所述脱硫剂包括30～70重量份赤泥、30～50重量份电石渣、5～45重量份氧化镁和5～25重量份氢氧化钠；
(2)当所述脱硫浆料的pH达到6.5～7.5，密度为1100～1300kg/m3且硫酸镁含量达到30wt％以上时排出，将排出的脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂混合形成混合物料；其中，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂的重量比为100:10～45:20～60:1～15:1～15；
(3)将所述混合物料浇筑成型、发泡、养护和干燥，从而得到所述发泡保温材料。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述工业废水的pH值为11～12。
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(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，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂的重量比为100:20～40:30～50:5～10:5～10。
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一种或多种；所述添加剂选自硅橡胶、聚酯纤维、玻璃纤维、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；所述发泡剂选自双氧水、碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺和偶氮二异丁腈中的至少一种。
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；所述添加剂选自磷酸二氢盐或磷酸一氢盐；所述发泡剂为双氧水。
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，所述的养护为将发泡后的坯体在温度为20～60℃和湿度为50～100％的条件下室内养护3～8小时；所述干燥为将养护后的坯体在90～120℃下干燥。
本发明的方法利用生产氧化铝的废弃物赤泥和电石制备乙炔的副产物电石渣作为主要原料的脱硫剂处理烟气，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发泡保温材料，使工业废渣、废灰等废弃物都得到循环再利用，既节省了发泡保温材料生产线投资，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；避免了传统的发泡保温材料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。
本发明的发泡保温材料是一种轻质的建筑材料，其生产方法包括(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。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30～70重量份赤泥、30～50重量份电石渣、5～45重量份氧化镁和5～25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％。这样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，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8～12的碱性工业废水，更优选为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发泡保温材料。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，密度为1100～1300kg/m3且硫酸镁含量达到30wt％以上时排出，然后应用于后续的生产发泡保温材料的步骤。该脱硫浆料有利于制备得到性能优良的发泡保温材料。
<物料混合步骤>
将上述的脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂混合形成混合物料；其中，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂的重量比为100:10～45:20～60:1～15:1～15。优选地，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂的重量比为100:20～40:30～50:5～10:5～10。采用本发明的物料及重量配比有利于形成质量稳定的发泡保温材料。
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，且所述渣料优选为炉渣或矿渣。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，所述添加剂选自硅橡胶、聚酯纤维、玻璃纤维、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，所述发泡剂选自双氧水、碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺和偶氮二异丁腈中的至少一种。根据本发明的一个实施方式，所述发泡剂为浓度为27.5％的工业级双氧水。
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浇筑成型，发泡，养护和干燥，从而得到所述发泡保温材料。将搅拌均匀的混合物料浇注成型，静置，自行发泡。发泡后的坯体在温度为20～60℃和湿度为50～100％的条件下室内养护3～8小时。养护后的坯体于90～120℃下，优选为95～105℃下进行干燥，得到发泡保温材料。所述发泡保温材料可以进一步经过切割和包装后入库。
采用上述方法可以稳定地生产发泡保温材料。本发明的发泡保温材料密度可以为100～900kg/m3，强度显著高于同密度下的其他发泡制品，导热系数显著低于同密度下的其他发泡制品。根据密度，强度和导热系数的不同，可以用于外墙保温和自保温。
本发明中，优选地，所述发泡保温材料的抗压强度为5～12MPa、优选为5～10MPa；吸水率为15～35％，优选为30～33％；导热系数为0.1～0.2W/m·K。
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)。
-添加剂：磷酸二氢钠。
-发泡剂：27.5％的工业级双氧水。
以下实施例的发泡保温材料的密度、抗压强度、吸水率采用JG/T 159-2004进行测定；导热系数采用GB/T 10294-2008进行测定。
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，三者的循环量占输出总量的50vt％。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) 1550000 m3/h
2 标态烟气量 990588 Nm3/h
3 脱硫装置入口烟温 135 ℃
4 SO2入口浓度 1300 mg/Nm3
5 入口烟尘 110 mg/Nm3
6 烟气含湿量 5.3 wt％
表3脱硫排放情况
序号 项目 数量 单位
1 脱硫装置出口烟气量(工况) 1209520 m3/h
2 排烟温度 56 ℃
3 SO2排放浓度 29 mg/Nm3
4 脱硫效率 98.2 ％
5 出口粉尘浓度 11 mg/Nm3
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、添加剂和发泡剂混合。将混合物料浇筑成型后静置，自行发泡，然后在温度为30℃、湿度为60％的条件下室内养护8小时，然后于100℃下干燥，切割后送入包装机进行包装入库。配方参见表4。性能测试结果参见表5。
表4发泡保温材料配方
物料名称 脱硫浆液 氧化镁 炉渣 粉煤灰 发泡剂 添加剂
规格(kg) 100 30 20 30 10 5
表5发泡保温材料性能测试结果
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 脱硫装置入口烟气量(工况) 1589110 m3/h
2 标况烟气量 1007208 Nm3/h
3 脱硫装置入口烟温 144 ℃
4 SO2入口浓度 1351 mg/Nm3
5 入口烟尘 110 mg/Nm3
6 烟气含湿量 5.3 wt％
表8脱硫排放情况
序号 项目 数量 单位
1 脱硫装置出口烟气量(工况) 1172460 m3/h
2 排烟温度 50 ℃
3 SO2排放浓度 15 mg/Nm3
4 脱硫效率 98.5 ％
5 出口粉尘浓度 15 mg/Nm3
表9发泡保温材料配方
物料名称 脱硫浆液 氧化镁 炉渣 粉煤灰 发泡剂 添加剂
规格(kg) 100 30 20 20 7 5
表10发泡保温材料性能测试结果
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
表13脱硫排放情况
序号 项目 数量 单位
1 脱硫装置出口烟气量(工况) 1202140 m3/h
2 排烟温度 58 ℃
3 SO2排放浓度 20 mg/Nm3
4 脱硫效率 98.7 ％
5 出口粉尘浓度 13 mg/Nm3
表14发泡保温材料配方
物料名称 脱硫浆液 氧化镁 炉渣 粉煤灰 发泡剂 添加剂
规格(kg) 100 30 20 10 5 5
表15发泡保温材料性能测试结果
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发泡保温材料的方法，包括如下步骤：
(1)使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；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，所述工业废水为pH值为8～12的碱性工业废水，所述脱硫剂包括30～70重量份赤泥、30～50重量份电石渣、5～45重量份氧化镁和5～25重量份氢氧化钠；
(2)当所述脱硫浆料的pH达到6.5～7.5，密度为1100～1300kg/m3且硫酸镁含量达到30wt％以上时排出，将排出的脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂混合形成混合物料；其中，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂的重量比为100:10～45:20～60:1～15:1～15；
(3)将所述混合物料浇筑成型、发泡、养护和干燥，从而得到所述发泡保温材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述工业废水的pH值为11～12。
3.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。
4.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。
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，脱硫浆料、氧化镁、工业固体废物、添加剂和发泡剂的重量比为100:20～40:30～50:5～10:5～10。
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一种或多种；所述添加剂选自硅橡胶、聚酯纤维、玻璃纤维、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；所述发泡剂选自双氧水、碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺和偶氮二异丁腈中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，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；所述添加剂选自磷酸二氢盐或磷酸一氢盐；所述发泡剂为双氧水。
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，步骤(3)中，所述养护为将发泡后的坯体在温度为20～60℃和湿度为50～100％的条件下室内养护3～8小时；所述干燥为将养护后的坯体在90～120℃下干燥。
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