CN107721366A - 基于赤泥脱硫的轻质混凝土制品的生产方法 - Google Patents

基于赤泥脱硫的轻质混凝土制品的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于赤泥脱硫的轻质混凝土制品的生产方法,包括如下步骤:(1)采用含赤泥的脱硫剂浆液湿法吸收烟气中的二氧化硫,从而形成脱硫浆料;所述脱硫剂包括55~90重量份赤泥、10~30重量份氧化镁、2~20重量份氢氧化钠;(2)将脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添加剂混合形成混合物料;脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添加剂的重量比为100:25~60:15~30:8~35:8~25:0.1~10;(3)将所述混合物料经过成型和养护,从而得到所述轻质混凝土制品。本发明的生产方法可以解决烟气脱硫问题,还可以解决工业废水处理问题和工业固体废物的循环利用问题。

Description

基于赤泥脱硫的轻质混凝土制品的生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于赤泥脱硫的轻质混凝土制品的生产方法,具体涉及一种将赤 泥脱硫浆料直接用于生产轻质混凝土制品的方法。

背景技术

[0002] 长期以来,轻集料混凝土一直被当作非结构材料使用,因而经济效益十分有限,应 用范围受到很大限制。20世纪50年代中期,美国采用轻集料混凝土取代普通混凝土修建休 斯敦贝壳广场大厦,取得了显著经济效益。由此开始,高性能轻集料混凝土被越来越重视。 如今,发达国家高性能轻集料混凝土的应用已取得丰富经验。申请号为201510048581.0的 中国专利申请公开了一种轻集料混凝土,包括:普通硅酸盐水泥120份;铁粉15〜25份;硫酸 钠粉0.5〜1.5份;细沙子10〜30份。但此种生产方法未体现工业废物综合处理与资源化利 用,生产成本较高。

[0003] 对于轻集料的生产,除采用天然轻集料和地方材料加工而成外,还可以采用工业 废料为原料。这对能源再生、环境保护等具有良好的经济和社会效益。

[0004] 随着我国城镇化过程的加速和社会生活水平的提高,工业固体废物呈现迅速增加 的趋势。2013年,全国工业固体废物产生量为13.4亿吨,比2012年增加12%,较2010年增长 近30 % ;工业固体废物排放量为1654.7万吨,比2012年减少6.1 % ;工业固体废物综合利用 量为7.7亿吨。目前,我国对工业固体废物的综合利用还仅限于初级的粗放式利用,如铺路、 生产水泥建材、矿坑填充等,但是高附加值的产品较少。与国外相比,我国工业固体废物资 源化水平也较低,如我国矿产资源总回采率仅为30%,比世界平均水平低10〜20个百分点, 有很大提升空间。

[0005] 大宗工业固体废物综合处理与资源化利用作为国家发展循环经济的重要内容,在 支撑引领工业领域节能减排、培育节能环保战略新兴产业的环节中处于先行先导地位。

[0006] 此外,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、 化学需氧量浓度高、可生化性差、毒害性大等特点。如果不对其进行有效的综合治理,必将 造成严重的环境污染与生态破坏。

[0007] 因此,目前仍然需要开发一种轻质混凝土制品的生产方法,其具有更低的成本,并 且可以实现工业废水、工业固体废物的循环利用。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种基于赤泥脱硫的轻质混凝土制品的生产方法,其具有 更低的生产成本,并可以充分利用工业固体废物和工业废水,实现循环经济。我们将赤泥与 工业废水等形成脱硫剂浆液,然后进行烟气脱硫,所得浆料直接用于生产轻质混凝土制品, 可以大大降低生产成本,并省略了副产物的结晶干燥等环节,从而完成本发明。

[0009] 本发明提供一种基于赤泥脱硫的轻质混凝土制品的生产方法,包括如下步骤:

[0010] (1)采用含赤泥的脱硫剂浆液湿法吸收烟气中的二氧化硫,从而形成脱硫浆料;其 中,所述含赤泥的脱硫剂浆液为由脱硫剂和工业废水形成的浆液,所述脱硫剂包括55〜90 重量份赤泥、10〜30重量份氧化镁、2〜20重量份氢氧化钠;

[0011] (2)将脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添加剂混合形成混合物 料;其中,脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添加剂的重量比为100:25〜60: 15 〜30:8 〜35:8 〜25:0.1 〜10;

[0012] (3)将所述混合物料经过成型和养护,从而得到所述轻质混凝土制品。

[0013] 根据本发明的方法,优选地,所述赤泥选自氧化铝生产排出的含碱废渣;所述赤泥 含有6〜50wt %氧化|丐、2〜IOwt %氧化钠、5〜20wt %三氧化二错、5〜50wt %三氧化二铁和 3〜25wt%二氧化娃。

[0014] 根据本发明的方法,优选地,脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添 加剂的重量比为100:25〜35:20〜25:20〜30:8〜20:1〜5。

[0015] 根据本发明的方法,优选地,所述脱硫剂包括75〜85重量份赤泥、10〜15重量份氧 化镁、5〜10重量份氢氧化钠。

[0016] 根据本发明的方法,优选地,所述烟气中二氧化硫含量在300〜3000mg/Nm3之间, 且氧气含量在IOvol %〜20vol %之间。

[0017] 根据本发明的方法,优选地,在步骤(1)和步骤(2)中,所述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;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 %。

[0018] 根据本发明的方法,优选地,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;所述轻集料选自粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒、超轻陶粒、煤矸石 轻集料和煤渣中的一种或多种;所述砂料选自普通砂、轻砂或煤矸石粉中的一种或多种;所 述添加剂选自减水剂、早强剂、缓凝剂、稳泡剂、引气剂或憎水剂中的一种或多种。

[0019] 根据本发明的方法,优选地,所述工业固体废物选自重量比为1:1〜2的钢渣和粉 煤灰;且所述添加剂选自聚羧酸减水剂。

[0020] 根据本发明的方法,优选地,所述工业废水选自pH为8〜12的碱性废水或pH为1〜6 的酸性废水;所述脱硫浆料的pH为6.5〜7.5。

[0021] 根据本发明的方法,优选地,在步骤(3)中,所述的养护包括:将成型过程获得的坯 体在温度为20〜60 °C和湿度为50〜100%的条件下室内养护3〜15小时,然后在室外自然养 护,随后将自然养护的坯体码垛,继续养护I 〇〜15天。

[0022] 本发明利用赤泥等工业废渣和工业废水作为原料形成脱硫剂浆液,并将烟气脱硫 形成的浆液与工业固体废物用于生产轻质混凝土制品。本发明取消了板框压滤机除渣的过 程,脱硫浆液直接用于轻质混凝土制品的生产,解决了脱硫固体废弃物难处理的问题。根据 本发明优选的技术方案,其运行稳定,烟气脱硫效率高,通过烟气、废水、固废一体化协同治 理工艺制备的轻质混凝土制品符合国家工业标准。

具体实施方式

[0023] 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。

[0024] 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。

[0025] 本发明的轻质混凝土制品的生产方法包括(1)烟气脱硫步骤;(2)物料混合步骤: (3)成型养护步骤。下面进行详细介绍。

[0026] 〈烟气脱硫步骤〉

[0027] 本发明的烟气脱硫步骤为采用含赤泥的脱硫剂浆液湿法吸收烟气中的二氧化硫, 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。如本发明所述,“脱硫浆料”是指采用含赤泥的脱硫剂浆液对烟气进行湿法处理 后形成的浆料。

[0028] 本发明的含赤泥的脱硫剂浆液为由脱硫剂和工业废水形成的浆液,这样烟气处理 后的形成的副产物以浆料的形式存在。在进行脱硫处理之前,使脱硫剂与工业废水混合,从 而制备含赤泥的脱硫剂浆液。脱硫剂与工业废水的重量比可以为1:8〜10,例如1:9。

[0029] 本发明的脱硫剂包括55〜90重量份赤泥、10〜30重量份氧化镁、2〜20重量份氢氧 化钠;优选包括75〜85重量份赤泥、10〜15重量份氧化镁、5〜10重量份氢氧化钠。在某些实 施方案中,本发明的脱硫剂由55〜90重量份赤泥、10〜30重量份氧化镁和2〜20重量份氢氧 化钠组成;优选由75〜85重量份赤泥、10〜15重量份氧化镁、5〜10重量份氢氧化钠组成。这 样可以改善脱硫效果。需要说明的是,在现有的脱硫水平已经很高的前提下,进一步提高脱 硫效果的难度是非常大的。

[0030] 本发明的赤泥可以选自氧化铝生产排出的含碱废渣。基于赤泥的重量,所述赤泥 含有6〜50wt %氧化|丐、2〜IOwt %氧化钠、5〜20wt %三氧化二错、5〜50wt %三氧化二铁和 3〜25wt%二氧化娃。此外,赤泥附液的碱度可以为3000〜15000mg/L。

[0031] 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65wt%〜85wt%,更优选70wt%〜80wt%。这样有利于获得稳定的轻质混凝土 制品。本发明的氢氧化钠可以采用工业级氢氧化钠。

[0032] 本发明的工业废水可以为碱性废水和酸性废水。碱性废水的pH为8〜12,酸性废水 的pH为1〜6。采用这样的工业废水与脱硫剂混合形成含赤泥的脱硫剂浆液,这样可以充分 利用工业废水,解决了其排放和治理问题。

[0033] 在烟气处理之前,本发明的烟气中二氧化硫含量可以在300〜3000mg/Nm3之间,优 选为1200〜1800mg/Nm3之间。氧气含量在1(^〇1%〜2(^〇1%之间,优选为15〜18¥〇1%。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,烟气来自烧结机、球团和窑炉中的一种或多种;优选来自烧结机。

[0034] 〈物料混合步骤〉

[0035] 本发明的物料混合步骤为将脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添 加剂混合形成混合物料。脱硫浆料来自烟气脱硫步骤。当浆料pH为6.5〜7.5时,将其排出, 并用于生产轻质混凝土制品。本发明直接将脱硫浆料用于生产轻质混凝土制品,从而可以 省略副产物结晶和干燥等工艺,降低生产成本。

[0036] 在本发明中,脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添加剂的重量比为 100: 25〜60 :15〜30:8〜35:8〜25:0.1〜10。根据本发明的一个实施方式,脱硫浆料、工业 固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添加剂的重量比为100: 25〜35:20〜25:20〜30:8〜20:1 〜5。将各个原料控制在上述范围,可以进一步保证轻质混凝土制品的性能。

[0037] 本发明的工业固体废物可以选自水渣、钢渣、粉煤灰、建筑垃圾粉中的一种或多 种。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。本发明的工业固体废物优选为水渣和粉煤灰的组合、或者钢渣和粉煤灰的组合。根据 本发明的一个实施方案,工业固体废物选自重量比为1:1〜2的钢渣和粉煤灰;例如1:1〜 1.5的钢渣和粉煤灰。

[0038] 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65wt%〜85wt%,更优选70wt%〜80wt%。这样有利于获得稳定的轻质混凝土 制品。

[0039] 本发明的轻集料可以选自粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒、超轻陶粒、煤矸石轻 集料和煤渣中的一种或多种;优选为粘土陶粒。在某些实施方案中,砂料可以选自普通砂、 轻砂或煤矸石粉中的一种或多种;优选为普通砂。普通砂的细度模数Mx为3.0〜2.3。在某些 实施方案中,添加剂可以选自减水剂、早强剂、缓凝剂、稳泡剂、引气剂或憎水剂中的一种或 多种;优选为减水剂。减水剂的实例包括但不限于木质素减水剂、萘磺酸减水剂、苯磺酸减 水剂、水溶性树脂减水剂或聚羧酸减水剂;优选为聚羧酸减水剂。

[0040] 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。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、轻集料、砂料和添加剂的过程。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、轻集料、砂料和添加剂 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、轻集料、砂料和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。

[0041] 在某些实施方案中,物料混合步骤可以包括工业固体废物的研磨过程。研磨的实 例包括在料球比为1:9〜11的条件下强制研磨60〜180min,优选为80〜IOOmin,从而获得工 业固体废物。研磨后的工业固体废物能达到400m2/kg〜600m2/kg的比表面积。

[0042] 〈成型养护步骤〉

[0043] 本发明的成型养护步骤为将所述混合物料经过成型和养护,从而得到所述轻质混 凝土制品。例如,将搅拌均匀的混合物料经过布料、振动和脱模等工艺处理得到坯体,然后 采用室内和室外养护的方式对坯体进行养护。室内养护可以在温度为20〜60 °C、且湿度为 50〜100 %下进行;优选为在温度为30〜50°C、且湿度为60〜80 %的条件下进行。室内养护 的时间可以3〜15小时,优选为3〜8小时。然后在室外自然养护,随后将自然养护的坯体码 垛,继续养护10〜15天。放在室外养护时,当温度低于20 °C,就用塑料布覆盖在坯体上,以便 保温保湿;在炎热的夏季,则需要用草帘覆盖并洒水养护。将轻质混凝土制品的成品通过包 装机进行包装。可以使用本领域熟知的那些包装机,不再赘述。

[0044] 采用上述方法可以稳定地生产轻质混凝土制品。本发明的轻质混凝土制品的实例 包括但不限于BM砌块。轻质混凝土制品的抗压强度为1〜I OMPa、优选为5〜9MPa;吸水率为8 〜20 %,优选为10〜20 % ;干缩率为0.06 %以下,优选为0.05 %以下。

[0045] 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,以下制备例和实 施例中所使用的原料、工艺条件说明如下:

[0046] 含赤泥的脱硫剂浆液:脱硫剂与碱性废水形成的浆液,二者的重量比为1:9。

[0047] -赤泥:氧化铝生产排出的含碱废渣。

[0048] -氧化镁:菱镁矿轻烧粉,氧化镁含量为70wt %。

[0049] -氢氧化钠:工业级。

[0050] -碱性废水:来自化工厂,其pH约为10。

[0051] -粉煤灰:酸性粉煤灰(AFA),主要成分:50wt%Si02,25wt%Al203,9wt%Ca0。

[0052] -渣料:钢渣,主要成分:50wt % Si〇2,12wt % AI2O3,9wt %Fe2〇3,16wt % CaO。

[0053] -轻集料:粘土陶粒。

[0054] -砂料:普通砂。

[0055] -添加剂:聚羧酸减水剂。

[0056] 以下实施例的BM砌块的性能采用GB/T15229-2002和GB/T4111-2013进行测定。

[0057] 实施例1

[0058] 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含赤泥的 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, 经过三层吸收喷淋层后,二氧化硫气体被含赤泥的脱硫剂浆液充分吸收。含赤泥的脱硫剂 浆液在吸收二氧化硫后形成含硫酸镁的吸收产物,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。塔内浆液循环槽上部的浆液分别送至三层吸收喷淋层,三者的循环 量占输出总量的50vt %。塔内浆液循环槽下部的浆液的pH达到7.0后排出至储存器,作为脱 硫浆料。烟气经过除雾处理,从烟肉直接排放。烟气脱硫工况如下表2和表3所示。

[0059] 表1、脱硫剂配方

Figure CN107721366AD00071

Figure CN107721366AD00081

Τ0065Ϊ~将所得脱硫浆料、收集自钢厂的钢渣(比表面积为500m2/kg)、来自燃煤锅炉的粉 煤灰、轻集料、砂料和添加剂混合,搅拌2分钟得到混合物料。将混合物料经过布料、振压和 脱模三个环节得到坯体,之后在温度为30°C、湿度为60%的条件下室内养护3小时,然后放 到室外自然养护,自然养护的坯体码垛后,继续养护12天,得到轻质混凝土制品(BM砌块), 之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。

[0066] 表4、轻质混凝土制品配方

[0067]

Figure CN107721366AD00082

[0068] 表5、轻质混凝土制品性能

[0069]

Figure CN107721366AD00083

[0070] 实施例2

[0071] 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。

[0072] 表6、脱硫剂配方

[0073]

Figure CN107721366AD00084

Figure CN107721366AD00091

[0083] 实施例3

[0084] 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I 相同。配方参见表14。性能测试结果参见表15。

[0085] 表11、脱硫剂配方

Figure CN107721366AD00101

[0094] 表15、轻质混凝土制品性能

[0095]

Figure CN107721366AD00111

[0096] 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. 一种基于赤泥脱硫的轻质混凝土制品的生产方法,其特征在于,包括如下步骤: (1) 采用含赤泥的脱硫剂浆液湿法吸收烟气中的二氧化硫,从而形成脱硫浆料;其中, 所述含赤泥的脱硫剂浆液为由脱硫剂和工业废水形成的浆液,所述脱硫剂包括55〜90重量 份赤泥、10〜30重量份氧化镁、2〜20重量份氢氧化钠; (2) 将脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添加剂混合形成混合物料;其 中,脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集料、砂料和添加剂的重量比为1 〇〇: 25〜60:15〜 30:8〜35:8〜25:0.1〜10; ⑶将所述混合物料经过成型和养护,从而得到所述轻质混凝土制品。
2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述赤泥选自氧化铝生产排出的含碱废 渣;所述赤泥含有6〜50wt%氧化|丐、2〜1(^1:%氧化钠、5〜2〇¥1:%三氧化二错、5〜5〇¥1:% 三氧化二铁和3〜25wt %二氧化硅。
3. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,脱硫浆料、工业固体废物、氧化镁、轻集 料、砂料和添加剂的重量比为100:25〜35:20〜25:20〜30:8〜20:1〜5。
4. 根据权利要求1或2所述的生产方法,其特征在于,所述脱硫剂包括75〜85重量份赤 泥、10〜15重量份氧化镁、5〜10重量份氢氧化钠。
5. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述烟气中二氧化硫含量在300〜 3000mg/Nm3之间,且氧气含量在IOvol %〜20vol %之间。
6. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在步骤(1)和步骤(2)中,所述氧化镁选 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;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%。
7. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,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;所述轻集料选自粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒、超 轻陶粒、煤矸石轻集料和煤渣中的一种或多种;所述砂料选自普通砂、轻砂或煤矸石粉中的 一种或多种;所述添加剂选自减水剂、早强剂、缓凝剂、稳泡剂、引气剂或憎水剂中的一种或 多种。
8. 根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述工业固体废物选自重量比为1:1〜2的 钢渣和粉煤灰;且所述添加剂选自聚羧酸减水剂。
9. 根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述工业废水选自pH为8〜12的碱性废水 或pH为1〜6的酸性废水;所述脱硫浆料的pH为6.5〜7.5。
10. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在步骤(3)中,所述的养护包括:将成 型过程获得的坯体在温度为20〜60 °C和湿度为50〜100%的条件下室内养护3〜15小时,然 后在室外自然养护,随后将自然养护的坯体码垛,继续养护10〜15天。
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