CN107673718A - 烟气脱硫生产纤维水泥制品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气脱硫生产纤维水泥制品的方法，包括如下步骤：(1)采用混合基脱硫剂浆液对烟气进行脱硫处理以形成脱硫浆料；其中，所述混合基脱硫剂浆液由混合基脱硫剂和水形成，该混合基脱硫剂包含30～60重量份氧化镁、20～50重量份赤泥和20～50重量份电石渣；(2)将包含脱硫浆料、工业固体废物、纤维和氧化镁的原料混合形成混合物；其中，脱硫浆料为50～80重量份，工业固体废物为25～40重量份，纤维为5～20重量份，氧化镁为10～30重量份；(3)将所述混合物经过成型和养护，从而得到纤维水泥制品。本发明可以脱除烟气中的二氧化硫，并可以解决工业废水的处理问题以及工业废渣、建筑垃圾等的循环利用问题。

Description

烟气脱硫生产纤维水泥制品的方法
技术领域
本发明涉及一种纤维水泥制品的生产方法，具体涉及一种基于烟气脱硫形成的脱硫浆料与工业固体废物等生产纤维水泥制品的方法。
背景技术
纤维水泥制品是以纤维和水泥为主要原料，经搅拌、成型和养护制成的一种复合材料。与传统的建筑材料相比，纤维水泥制品具有特殊优点，例如，防潮、防腐、防火、隔音、隔热。纤维水泥制品在国内外得到迅速发展，被广泛地应用于建筑工程中的非承重内外墙板、天花板、通风道等。
一方面，纤维水泥制品的成型方法包括湿法和半干法。传统的石棉纤维水泥制品采用湿法成型；半干法成型工艺报道较少，但该工艺可节省大量用水。现有的纤维水泥制品大多使用石棉纤维或者玻璃纤维作为增强材料。但是，由于石棉纤维容易对人体造成伤害，其在纤维水泥制品中的应用正在逐步减少。使用玻璃纤维来增强水泥板，价格过于昂贵，不利于大面积的推广。CN105110744A公开了一种仿木水泥纤维板，由以下重量份物质组成：水泥35～50、粉煤灰3～6、煤矸石3～5、矿渣5～10、草粉0.5～2、植物秸秆10～25、玻璃纤维粉10～20，颜料0～0.1，余量为水。通过上述配料的相互作用，所得到的水泥纤维板强度高，但由于使用大量水泥，因而成本也相对较高。
另一方面，工业废渣作为排放量最大的固体废弃物，对自然环境造成的污染是巨大的。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和重点，因为它直接关系到整个国民经济健康循环发展良好与否。将工业废渣的综合利用与建材行业清洁化生产相结合已达成共识。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气脱硫生产水泥制品的方法，其通过利用烟气脱硫浆料与工业固体废物等为原料生产纤维水泥制品，从而大幅降低生产成本。本发明进一步的目的在于提供一种纤维水泥制品的生产方法，其将烟气脱硫与废水、固废处理相结合，不但可以实现烟气脱硫，还可以解决工业废水的处理问题以及工业废渣、建筑垃圾等的循环利用问题。
本发明提供一种烟气脱硫生产纤维水泥制品的方法，包括如下步骤：
(1)采用混合基脱硫剂浆液对烟气进行脱硫处理以形成脱硫浆料；其中，所述混合基脱硫剂浆液由混合基脱硫剂和水形成，该混合基脱硫剂包含30～60重量份氧化镁、20～50重量份赤泥和20～50重量份电石渣；
(2)将包含脱硫浆料、工业固体废物、纤维和氧化镁的原料混合形成混合物；其中，脱硫浆料为50～80重量份，工业固体废物为25～40重量份，纤维为5～20重量份，氧化镁为10～30重量份；
(3)将所述混合物经过成型和养护，从而得到纤维水泥制品。
根据本发明的方法，优选地，混合基脱硫剂与水的重量比为1:8～10，且所述水选自碱性废水。
根据本发明的方法，优选地，所述氧化镁选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉和分析纯氧化镁中的至少一种。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述菱镁矿轻烧粉和所述白云石轻烧粉中氧化镁的含量分别为65wt％～85wt％。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述脱硫浆料的pH为6.5～7.5、密度为1000～1150kg/m3、且硫酸镁含量在30wt％以上。
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水渣、钢渣、粉煤灰和建筑垃圾粉中的一种或多种；且所述纤维选自玻璃纤维、松木纤维、竹浆纤维、秸秆纤维的一种或多种。
根据本发明的方法，优选地，所述工业固体废物为重量比为1:1～3的钢渣和粉煤灰。
根据本发明的方法，优选地，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，步骤(2)中，所述原料还包括0.5～10重量份的添加剂，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、酒石酸盐或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，所述的养护在温度为20～60℃、湿度为50～100％的条件下进行。
本发明将烟气脱硫工艺与纤维水泥制品的制备工艺完美结合到一起，不仅解决了大气中二氧化硫污染问题，而且解决了工业废水的处理问题。本发明还对一些工业废渣、废灰进行二次利用，制备出了一种价格低廉、适于大规模推广的纤维水泥制品。本发明的方法是一种既可以保证企业烟气脱硫设备高效率运行又使得各类废弃物得以循环再利用的绿色、节能、环保技术。
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，“％”是指基于重量的百分数，除非另作说明。
如本发明所述，“纤维水泥制品”有时也称作“纤维混凝土制品”，是指主要包含纤维和基料的复合材料。“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。
本发明的方法包括(1)烟气脱硫步骤；(2)混合步骤；和(3)成型养护步骤等。
本发明的烟气脱硫步骤为采用混合基脱硫剂浆液对烟气进行脱硫处理以形成脱硫浆料。混合基脱硫剂浆液由混合基脱硫剂和水形成。混合基脱硫剂在通常情况下为粉状。该混合基脱硫剂包含氧化镁、赤泥和电石渣。在某些实施方案中，氧化镁选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉、分析纯氧化镁中的至少一种。优选地，菱镁矿轻烧粉和所述白云石轻烧粉中氧化镁的含量为65wt％～86wt％，更优选70wt％～80wt％。在某些实施方案中，混合基脱硫剂包含30～60重量份氧化镁、20～50重量份赤泥和20～50重量份电石渣；例如，混合基脱硫剂包含40～50重量份氧化镁、30～35重量份赤泥和30～35重量份电石渣。本发明的混合基脱硫剂可以采用常规的方法制备，例如将氧化镁、赤泥和电石渣混合均匀得到混合基脱硫剂。将混合基脱硫剂与水混合均匀，从而得到混合基脱硫剂浆液。
本发明的烟气脱硫步骤可以包括如下具体步骤：制浆步骤、烟气脱硫步骤、排浆步骤等。
在某些实施方案中，制浆步骤包括在进行脱硫处理之前，使混合基脱硫剂与水(例如工业废水)接触，从而制备碱性浆液。其中混合基脱硫剂与水的用量并不特别限定，通常情况下混合基脱硫剂与水的重量比为1:8～10，例如1:9。“工业废水”包括碱性废水和酸性废水，优选为碱性废水。碱性废水的pH通常在8～12。酸性废水的pH通常在1～7。
在某些实施方案中，烟气脱硫步骤包括使进入脱硫塔的烟气与吸收喷淋层喷出的浆液接触，以吸收烟气中的部分二氧化硫，并形成对应的脱硫浆料。根据本发明的一个实施方案，所述烟气来自烧结机、球团和窑炉中的一种或多种；优选为烧结机的烟气。所述烟气中二氧化硫含量可以在300～20000mg/Nm3之间，优选为100～2500mg/Nm3之间。氧气含量在8vol％～20vol％之间，优选为9～18vol％，更优选为12～18vol％。将烟气控制在上述范围，可以改善脱硫效果，并获得质量稳定的脱硫浆料。经湿法吸收后所得到的硫酸盐、亚硫酸盐凝结后，靠着自身的重量落入烟气脱硫设备中的浆液循环储备槽中。根据本发明的一个实施方式，所述脱硫浆料的pH为6.5～7.5、优选为7～7.5；密度为1000～1150kg/m3、优选为1050～1100kg/m3，且硫酸镁含量在30wt％以上、优选为35wt％以上。这样可以进一步保证纤维水泥制品性能的稳定性。
本发明的混合步骤为将包含脱硫浆料、工业固体废物、纤维和氧化镁的原料混合形成混合物。如本发明所述，“工业固体废物”选自水渣、钢渣、粉煤灰、建筑垃圾粉中的一种或多种；优选为钢渣和粉煤灰的组合、或者水渣和粉煤灰的组合。根据本发明的一个实施方案，所述工业固体废物选自重量比为1:1～3的钢渣和粉煤灰，例如1:1～1.5的钢渣和粉煤灰。工业固体废物的比表面积可以为400～600m2/kg，例如500～550m2/kg，这样有利于改善纤维水泥制品性能。
在某些实施方案中，工业固体废物包含粉煤灰，其为选自从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要工业固体废物。在某些实施方案中，工业固体废物包含钢渣，其为炼钢排出的渣，依炉型分为转炉渣、平炉渣、电炉渣。在某些实施方案中，工业固体废物包含水渣，其为把熔融状态的高炉渣置于水中急速冷却而形成的，因而不同于钢渣。在某些实施方案中，工业固体废物包含建筑垃圾粉，其为以建筑垃圾为原料粉碎而成的固废。
在本发明中，脱硫浆料可以为50～80重量份，优选为55～75重量份。工业固体废物可以为25～40重量份，优选为30～35重量份。氧化镁可以为10～30重量份，优选为15～25重量份。纤维可以为5～20重量份，优选为10～15重量份。在某些实施方案中，脱硫浆料为50～80重量份，工业固体废物为25～40重量份，纤维为5～20重量份，氧化镁为10～30重量份。
在某些实施方案中，本发明的纤维作为增强材料可增加水泥的抗拉强度、极限延伸率和抗碱性等。纤维包括无机物纤维和植物纤维。无机物纤维的实例包括但不限于玻璃纤维。植物纤维的实例包括但不限于松木纤维、竹浆纤维等木本植物纤维，和秸秆纤维等草本植物纤维。本发明可使用上述纤维中的任意一种，或者使用两种或更多种以上的组合。作为优选，本发明的纤维选自松木纤维、竹浆纤维和秸秆纤维。这样可以进一步降低纤维水泥制品的成本，并保证性能稳定。
本发明的纤维水泥还可包括添加剂，其用量可以为0.5～10重量份，优选为1～5重量份。该添加剂可以选自硅橡胶、磷酸、磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、酒石酸、酒石酸盐或氨基三亚甲基膦酸中的一种或多种；优选为磷酸二氢盐或磷酸一氢盐。
本发明中，无论是作为纤维水泥制品混合原料的氧化镁，还是作为混合基脱硫剂中的氧化镁均可分别选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉和分析纯氧化镁中的至少一种。在某些实施方案中，作为纤维水泥制品混合原料的氧化镁与作为混合基脱硫剂中的氧化镁相同。在某些实施方案中，作为纤维水泥制品混合原料的氧化镁与作为混合基脱硫剂中的氧化镁不同。
如本发明所述，“将包含脱硫浆料、工业固体废物、纤维和氧化镁的原料混合形成混合物的步骤”可采用本领域内已知的任何混合手段或方式，只要能够将这些原料混合均匀或达到作为纤维水泥制品所需的混合程度即可。在某些实施方案中，所述混合包括首先将脱硫浆料放入混合容器内，然后按所需的比例放入工业固体废物、氧化镁和纤维过程。在某些实施方案中，所述混合包括首先将工业固体废物放入混合容器内，然后按所需的比例放入脱硫浆料、氧化镁和纤维的过程。在其他实施方案中，所述混合包括将所需量的包含脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、纤维、和任选的添加剂等原料同时放入混合容器的过程。所述混合容器的实例包括，但不限于搅拌器、均质器、混合机等。
本发明的成型养护步骤为将所述混合物经过成型和养护，从而得到纤维水泥制品。此外，还可以包括其他步骤，例如，砂光处理步骤和包装步骤。
在某些实施方案中，本发明的成型养护步骤包括流浆制坯、真空脱水、成型桶成型、切边及堆垛等工艺过程，从而制备出纤维水泥制品初坯；将制备好的初坯放入养护窑进行养护，优选地，养护温度为20～60℃，湿度为50～100％。
在某些实施方案中，本发明的砂光处理步骤包括将养护后脱模的纤维水泥制品利用砂光处理设备进行砂光处理。本发明的包装步骤包括将成品纤维水泥制品通过包装机进行包装，这里的包装机为本领域熟知的那些。
以下制备例和实施例中的“份”表示重量份，除非特别声明。以下制备例和实施例中所使用的原料、工艺条件说明如下：
混合基脱硫剂的组成与配比如下：氧化镁、赤泥与电石渣的重量比为4:3:3。
混合基脱硫剂浆液的配比如下：混合基脱硫剂与碱性废水的重量比例为1:9。
在下文给出的实施例中，使用以下原料：
-碱性废水：来自化工厂，其pH约为10。
-粉煤灰：酸性粉煤灰(AFA)，主要成分为50wt％SiO2，25wt％Al2O3，9wt％CaO。
-渣料：钢渣，主要成分为50wt％SiO2，12wt％A12O3，9wt％Fe2O3，16wt％CaO。
-纤维：木浆纤维。
-添加剂：磷酸二氢钠。
以下实施例的纤维水泥制品的性能采用JC/T412.1-2006进行测试，并根据GB/T5464-1999测试不燃性，根据GB/T 7019-1997测试其他性能。
制备例1
将混合基脱硫剂加入碱性废水制成混合基脱硫剂浆液，并送至脱硫塔中。烟气(氧气含量为18vol％)从脱硫塔的烟气进口进入脱硫塔，经过三层吸收喷淋层后，烟气中二氧化硫被吸收。混合基脱硫剂浆液在吸收二氧化硫之后形成的吸收产物，通过重力作用被引入脱硫塔内位于下部的塔内浆液循环槽中。
当塔内浆液循环槽下部的浆液的pH为7.0、密度为1100kg/m3、且硫酸镁含量在30wt％以上时，作为脱硫浆料经排出泵排出，然后送入塔外浆液储存器中。塔内浆液循环槽上部的浆液通过浆液循环泵分别送至三层吸收喷淋层，三者的循环量占输出总量的50vt％。
烟气脱硫工况如下表1和表2所示。
表1、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) 1045873 m3/h
2 入口标态烟气量 694704 m3/h
3 脱硫塔入口温度 138 ℃
4 二氧化硫入口浓度 2056 mg/Nm3
5 氮氧化物入口浓度 408 mg/Nm3
6 入口烟尘浓度 118 mg/Nm3
7 镁硫比 1.05
8 烟气含湿量 8.5 wt％
表2、脱硫排放情况
序号 项目 数量 单位
1 出口烟气量(工况) 738695 m3/h
2 出口标态烟气量 624346 m3/h
3 排烟温度 50 ℃
4 二氧化硫排放浓度 41 mg/Nm3
5 脱硫效率 98.21 ％
6 氮氧化物排放浓度 34 mg/Nm3
7 脱硝效率 92.51 ％
8 出口烟尘浓度 9.4 mg/Nm3
实施例1
将制备例1的脱硫浆料、渣料(比表面积为500m2/kg)、粉煤灰、氧化镁、纤维和添加剂搅拌均匀，搅拌时间为30分钟；然后进入初坯制备系统，经过流浆制坯、真空脱水、成型桶成型、切边及堆垛等工艺制备纤维水泥制品初坯，之后送入养护设备中进行养护，养护温度为30℃，湿度为60％。养护后进行脱模，在砂光设备中进行砂光处理，最后经包装机包装后入库。各个原料的配比参见表3，性能参见表4。
表3、纤维水泥制品的配方
规格 脱硫浆料 渣料 粉煤灰 氧化镁 添加剂 纤维
kg 65 15 15 19 1 10
表4、纤维水泥制品品质
序号 类别 测试结果
1 密度/(g/cm3) 1.23
2 吸水率/％ 8.6
4 不透水性 24h检验后无湿痕
5 湿胀率/％ 0.17
6 抗折强度/MPa 17.7
7 抗冻性 经25次冻融循环无破裂、分层
8 不燃性 A1
实施例2
除了采用表5的配方，其余条件与实施例1相同。性能测试结果参见表6。
表5、纤维水泥制品配方
规格 脱硫浆料 渣料 粉煤灰 氧化镁 添加剂 纤维
kg 75 15 20 24 1 10
表6、纤维水泥制品品质
序号 类别 测试结果
1 密度/(g/cm3) 1.36
2 吸水率/％ 9.8
4 不透水性 24h检验后无湿痕
5 湿胀率/％ 0.21
6 抗折强度/MPa 17.5
7 抗冻性 经25次冻融循环无破裂、分层
8 不燃性 A1
实施例3
除了采用表7的配方，其余条件与实施例1相同。性能测试结果参见表8。
表7、纤维水泥制品配方
规格 脱硫浆料 渣料 粉煤灰 氧化镁 添加剂 纤维
kg 70 15 20 24 1 10
表8、纤维水泥制品品质
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)采用混合基脱硫剂浆液对烟气进行脱硫处理以形成脱硫浆料；其中，所述混合基脱硫剂浆液由混合基脱硫剂和水形成，该混合基脱硫剂包含30～60重量份氧化镁、20～50重量份赤泥和20～50重量份电石渣；
(2)将包含脱硫浆料、工业固体废物、纤维和氧化镁的原料混合形成混合物；其中，脱硫浆料为50～80重量份，工业固体废物为25～40重量份，纤维为5～20重量份，氧化镁为10～30重量份；和
(3)将所述混合物经过成型和养护，从而得到纤维水泥制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，混合基脱硫剂与水的重量比为1:8～10，且所述水选自碱性废水。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化镁选自菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉和分析纯氧化镁中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述菱镁矿轻烧粉和所述白云石轻烧粉中氧化镁的含量分别为65wt％～86wt％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述脱硫浆料的pH为6.5～7.5、密度为1000～1150kg/m3、且硫酸镁含量为30wt％以上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述工业固体废物选自水渣、钢渣、粉煤灰和建筑垃圾粉中的一种或多种；且所述纤维选自玻璃纤维、松木纤维、竹浆纤维、秸秆纤维的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述工业固体废物选自重量比为1:1～3的钢渣和粉煤灰。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述工业固体废物的比表面积为400～600m2/kg。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述原料还包括0.5～10重量份的添加剂，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、酒石酸盐或氨基三亚甲基膦酸中的一种或多种。
10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，所述养护在温度为20～60℃、且湿度为50～100％的条件下进行。
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