CN107721373A - 基于赤泥脱硫脱硝的轻质混凝土制品的生产方法 - Google Patents

基于赤泥脱硫脱硝的轻质混凝土制品的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质混凝土制品的生产方法，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，从而形成脱硫脱硝废渣；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)将所述脱硫脱硝废渣与轻集料、掺和料、废砂、外加剂和废水混合均匀，从而形成混合料；(3)将所述混合料经过成型和养护，从而形成轻质混凝土制品。本发明的方法实现了赤泥的资源化利用，降低了生产成本，也有助于发展循环经济，且能够制得优质的轻质混凝土制品。

Description

基于赤泥脱硫脱硝的轻质混凝土制品的生产方法
技术领域
本发明涉及一种轻质混凝土制品的生产方法，尤其是基于赤泥脱硫脱硝的轻质混凝土制品的生产方法。
背景技术
目前，我国的建筑能耗已占全社会总能耗的27％，成为耗能大户。在建筑能耗中墙体耗能约占60％。我国建筑的设计使用年限为50年至100年，建筑物在漫长的服务时间内，将消耗大量能源。因此，对保温、隔热性能好，抗压强度高，以工业废料为主体原料的墙体砌块的研发和推广应用成为我国新型墙体材料研究和发展的重点之一。
随着时代的发展，墙体材料中所使用的水泥已经成为高污染、高能耗产业。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。
近年来，我国工业发展进程加快，许多工业排放的废渣，如烟气脱硫脱硝产生的废渣，制铝工业产生的赤泥，矿业加工中产生的矿渣以及钢铁冶金、有色金属冶炼等工业排放的废渣日趋增多，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。CN101525923A公布了一种轻集料复合保温砌块的制备方法，采用赤泥，粉煤灰，水泥，硅砂，磷渣粉等制成砖坯，再填入发泡混凝土制备复合保温砌块。CN101793037A公布了一种新型轻集料混凝土砌块，在以水泥、砂、石子、轻集料为主体原材料的同时添加了当地废料，用以消耗工业固废，进行资源再利用。但两种工艺中，水泥仍占主体部分，赤泥、磷渣粉等废料的添加较少，废弃物的利用率有进一步提高的空间。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种轻质混凝土制品的生产方法，其不仅可以减少工业废液，还可以充分利用工业废水、工业固废，从而在解决这些污染的同时，又为建筑工业提供原材料。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。
一种轻质混凝土制品的生产方法，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，从而形成脱硫脱硝废渣；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、Fe2O3 0.02～0.12重量份和V2O5 0.005～0.02重量份；
(2)将所述脱硫脱硝废渣、轻集料、掺和料、废砂、外加剂和废水混合均匀，从而形成混合料；其中，所述脱硫脱硝废渣、轻集料、掺和料、废砂和外加剂的重量比为：40～70:10～40:10～20:8～30:0.1～0.3；和
(3)将所述混合料经过成型和养护，从而形成轻质混凝土制品。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 20～29重量份、MnO2 0.01～0.025重量份、CuO 1.0～3.5重量份、CaO 0.4～1.0重量份、Fe2O3 0.05～0.12重量份和V2O5 0.005～0.02重量份。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，赤泥粉为60～70重量份。
根据本发明的方法，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。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，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。
根据本发明的方法，优选地，步骤(1)中，所述脱硫脱硝废渣的含水率低于1wt％，粒径小于等于0.074mm。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述脱硫脱硝废渣、轻集料、掺和料、废砂和外加剂的重量比为：50～65:10～20:10～15:8～20:0.1～0.3。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，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、膨胀珍珠岩、煤渣或堆积密度不大于1200kg/m3且粒径小于10mm的工业废渣；所述掺和料选自粉煤灰、硅灰、矿渣粉、钢铁冶炼废渣或有色金属冶炼渣；所述外加剂为减水剂，其选自木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂、氨基减水剂、聚羧酸减水剂；所述废水为pH值为5～7的酸性废水。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述混合料的制备方法包括如下步骤：(1’)将脱硫脱硝废渣与废水混合混匀，得到湿料；(2’)将轻集料、掺和料、废砂和外加剂混合均匀，得到干料；(3’)将所述湿料和干料混合均匀，得到混合料。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2’)中，所述轻集料预先进行加湿处理，再与掺和料、废砂和外加剂混合。
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，其得到的脱硫脱硝废渣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脱硫脱硝废渣的特性，并与合适的建材物料混合，得到了优质的轻质混凝土制品，其强度高，且具有隔音、隔热、轻质易搬、施工方便等特点，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，同时也有助于发展循环经济。从可持续发展的角度来看，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。
本发明的轻质混凝土制品为一种轻质的建筑材料，具体的实例包括但不限于轻集料连锁砌块(BM砌块)等。本发明的轻质混凝土制品的制备方法包括：(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，从而形成脱硫脱硝废渣。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可以包括如下组分：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、Fe2O3 0.02～0.12重量份和V2O50.005～0.02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 20～29重量份、MnO2 0.01～0.025重量份、CuO 1.0～3.5重量份、CaO 0.4～1.0重量份、Fe2O3组成0.05～0.12重量份和V2O50.005～0.02重量份。优选地，所述纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 25～28重量份、MnO2 0.015～0.025重量份、CuO 2.2～3.0重量份、CaO 0.5～0.8重量份、Fe2O3组成0.06～0.1重量份和V2O5 0.008～0.015重量份。更优选地，所述纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 26.5重量份、MnO2 0.02重量份、CuO 2.7重量份、CaO 0.69重量份、Fe2O3组成0.08重量份和V2O5 0.01重量份；或者MgO 27.5重量份、MnO20.025重量份、CuO 1.875重量份、CaO 0.5重量份、Fe2O3组成0.085重量份和V2O5 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1000～2500mg/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脱硫脱硝废渣排出。灰渣中还有另一部分可以返回脱硫脱硝塔内循环利用。所述脱硫脱硝废渣中含有硫酸盐、硝酸盐及粉尘等。根据本发明优选的实施方式，所述脱硫脱硝废渣的含水率控制在低于1wt％，粒径控制在0.074mm以下。
<混合步骤>
将上述脱硫脱硝废渣与轻集料、掺和料、废砂、外加剂和废水混合均匀，从而形成混合料。所述脱硫脱硝废渣为上述烟气脱硫脱硝步骤得到，这里不再赘述。
本发明的混合步骤可以包括如下具体步骤：
(1’)将脱硫脱硝废渣与废水混合混匀，得到湿料；
(2’)将轻集料、掺和料、废砂和外加剂混合均匀，得到干料；
(3’)将所述湿料和干料混合均匀，得到混合料。
本发明中，所述脱硫脱硝废渣、轻集料、掺和料、废砂和外加剂的重量比为：40～70:10～40:10～20:8～30:0.1～0.3，优选为50～65:10～20:10～15:8～20:0.1～0.3。废水的用量并没有特别限制，只要保证可以将这些物料可以混合均匀即可。
根据本发明的方法，优选地，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、膨胀珍珠岩、煤渣或堆积密度不大于1200kg/m3且粒径小于10mm的工业废渣；优选为煤渣和/或膨胀珍珠岩；更优选为重量比为1:1的煤渣和膨胀珍珠岩的混合物。所述掺和料选自粉煤灰、硅灰、矿渣粉、钢铁冶炼废渣或有色金属冶炼渣；优选为粉煤灰和/或矿渣粉；更优选为重量比为2:1的粉煤灰和矿渣粉的混合物。所述废砂选自风砂、山砂、河砂、湖砂、海砂、铸造废型砂。所述废砂还可以是其它工业排放的、满足使用要求的沙粒状废料。所述废砂优选为风砂。所述外加剂为减水剂，其选自木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂、氨基减水剂、聚羧酸减水剂；优选为木质素磺酸盐减水剂。
本发明中，所述轻集料、掺合料、废砂的粒径均小于10mm，更优选小于8mm。
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。
步骤(1’)中，首先将脱硫脱硝废渣与所述废水混合，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，所述轻集料预先进行加湿处理，再与其他物料(掺和料、废砂和外加剂)混合，从而有利于搅拌均匀。所述轻集料、掺和料、废砂和外加剂可以在搅拌机或轮碾混合机强制搅拌，从而达到混合均匀；所述强制搅拌的时间可以为2～10分钟，优选为4～8分钟。
步骤(3’)中，所述湿料和干料的混合可以在搅拌机或轮碾混合机中进行。例如，可以将步骤(1’)获得的湿料加入步骤(2’)获得的干料中，搅拌均匀。搅拌的时间可以为2～10分钟，优选为4～8分钟。
<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、养护，得到轻质混凝土制品。具体地，所述成型操作可以将所述混合料送入砌块成型机模具中进行强力振动和加压，脱模，得到坯体。所述养护步骤可以为在常温常压保湿条件下自然养护7～28天，或者在常温常压下铺盖塑料膜加温保湿养护7～28天。
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BM砌块的性能采用GB/T15229-2002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 70
纳米级MgO 26.5
纳米级MnO2 0.02
纳米级CuO 2.7
纳米级CaO 0.69
纳米级Fe2O3 0.08
纳米级V2O5 0.01
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，从而得到烟气脱硫脱硝废渣。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) 687563 m3/h
2 出口标态烟气量 581129 Nm3/h
3 排烟温度 50 ℃
4 二氧化硫排放浓度 48 mg/Nm3
5 脱硫效率 97.7 ％
6 氮氧化物排放浓度 28.8 mg/Nm3
7 脱硝效率 86.6 ％
8 出口粉尘浓度 10 mg/Nm3
9 除尘效率 83.5 ％
实施例1
将制备例1得到的脱硫脱硝废渣与酸性废水混合混匀，得到湿料；将轻集料预先加湿处理，再与掺和料、废砂和外加剂置于轮碾混合机中强制搅拌6分钟，混合均匀，得到干料；然后加入所述湿料，继续搅拌6分钟，混合均匀，得到混合料；该混合料送入砌块成型机模具中进行强力振动和加压，脱模，得到坯体，常温常压保湿条件下养护15天，得到BM砌块。各原料的用量配比见表4。
表4各原料用量配比
原料 脱硫脱硝废渣 粉煤灰 煤渣 风砂 木质素磺酸钠减水剂
用量(重量份) 55 15 15 14.8 0.2
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BM砌块。
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BM砌块。
表6各原料用量配比
将实施例1～3得到的轻质混凝土制品的主要性能指标进行测定，结果见表7。
表7BM砌块主要性能指标
由表7可以看出，本发明产品具有容重轻、强度高、抗冻性佳的特点，产品性能完全符合GB/T15229—2002《轻集料混凝土小型空心砌块》的要求，且脱硫脱硝废渣的适当增加有助于提升保温板的整体性能。同时，本发明BM砌块大量使用赤泥基脱硫脱硝废渣，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，值得发展和推广。
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)采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝，从而形成脱硫脱硝废渣；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、Fe2O3 0.02～0.12重量份和V2O5 0.005～0.02重量份；
(2)将所述脱硫脱硝废渣、轻集料、掺和料、废砂、外加剂和废水混合均匀，从而形成混合料；其中，所述脱硫脱硝废渣、轻集料、掺和料、废砂和外加剂的重量比为：40～70:10～40:10～20:8～30:0.1～0.3；和
(3)将所述混合料经过成型和养护，从而形成轻质混凝土制品。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米级金属氧化物包括如下组分：MgO 20～29重量份、MnO2 0.01～0.025重量份、CuO 1.0～3.5重量份、CaO 0.4～1.0重量份、Fe2O3 0.05～0.12重量份和V2O5 0.005～0.02重量份。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，赤泥粉为60～70重量份。
4.根据权利要求1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。
5.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。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述脱硫脱硝废渣的含水率低于1wt％，粒径小于等于0.074mm。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述脱硫脱硝废渣、轻集料、掺和料、废砂和外加剂的重量比为：50～65:10～20:10～15:8～20:0.1～0.3。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，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、膨胀珍珠岩、煤渣或堆积密度不大于1200kg/m3且粒径小于10mm的工业废渣；所述掺和料选自粉煤灰、硅灰、矿渣粉、钢铁冶炼废渣或有色金属冶炼渣；所述外加剂为减水剂，其选自木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂、氨基减水剂、聚羧酸减水剂；所述废水为pH值为5～7的酸性废水。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合料的制备方法包括如下步骤：(1’)将脱硫脱硝废渣与废水混合混匀，得到湿料；(2’)将轻集料、掺和料、废砂和外加剂混合均匀，得到干料；(3’)将所述湿料和干料混合均匀，得到混合料。
10.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，步骤(2’)中，所述轻集料预先进行加湿处理，再与掺和料、废砂和外加剂混合。
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