CN107746243A - 基于赤泥的烟气脱硫生产轻质混凝土制品的方法 - Google Patents

基于赤泥的烟气脱硫生产轻质混凝土制品的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于赤泥的烟气脱硫生产轻质混凝土制品的方法，包括：(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，脱硫剂浆液为由脱硫剂加水形成的浆液，脱硫剂包括20～70重量份赤泥、20～70重量份电石渣、5～40重量份氧化镁和5～30重量份氢氧化钠；(2)当脱硫浆料的pH降至6.5～7.5时，将包含该脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂的原料混合形成混合物料；(3)将混合物料浇筑成型和养护，从而得到轻质混凝土制品。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，并生产质量合格的轻质混凝土制品。

Description

基于赤泥的烟气脱硫生产轻质混凝土制品的方法
技术领域
本发明涉及一种生产轻质混凝土制品的方法，具体涉及一种将基于赤泥的烟气脱硫浆料直接用于生产轻质混凝土制品的方法。
背景技术
随着国家限制使用粘土砖及鼓励使用新型墙体材料政策的出台，新型墙体材料发展迅速。由于轻质混凝土制品具有自重轻、保温、抗震、防火、吸音、隔声等性能，且施工方便，近几年在我国应用越来越广泛，引起极大关注。
CN201410686889.3的中国专利申请公开了一种预拌轻集料混凝土保温材料的生产方法，是将球状轻骨料、细集料、水泥、掺合料和外加剂混拌均匀，形成保温材料；细集料采用砂、陶砂、尾矿砂、钢渣或水淬渣中的一种或多种，掺合料采用粉煤灰和/或矿粉，外加剂包括减水剂和保水剂；球状轻骨料的生产原料包括污泥和淤泥。该技术仍然采用水泥作为重要的生产原料，成本相对较高。
CN201510048581.0的中国专利申请公开了一种轻集料混凝土，包括常规配比的砂、碎石和水泥，所述水泥为防裂复合水泥，该防裂复合水泥包括普通硅酸盐水泥、铁粉、硫酸钠粉、细沙子。但该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。
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。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、矿坑填充等，但是高附加值的产品较少。赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的碱性污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。我国每年排放大量的赤泥，污染严重，目前尚无特别有效的再利用方法。
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。
因此，需要一种能够有效利用多种工业固体废弃物(特别是赤泥)，同时有效利用废水和烟气来生产合格的轻质混凝土制品的方法。
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轻质混凝土制品的方法，其可以利用工业固体废物有效脱除烟气中的二氧化硫，并利用脱硫的副产物生产轻质混凝土制品，实现循环经济，且生产成本更低。
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轻质混凝土制品的方法，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加水形成的浆液，所述脱硫剂包括20～70重量份赤泥、20～50重量份电石渣、5～40重量份氧化镁和5～30重量份氢氧化钠；
(2)当所述脱硫浆料的pH达到6.5～7.5时，将包含该脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂的原料混合形成混合物料；其中，所述脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂的重量比为100:10～35:5～20:35～60:2～12；
(3)将所述混合物料浇筑成型和养护，从而得到所述轻质混凝土制品。
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(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10～20vol％之间。
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(2)中，脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂的重量比为100:10～25:5～15:40～55:2～8。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述混合物料还包括砂料，且脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物、砂料和添加剂的重量比为100:10～35:5～20:35～60:10～35:2～12。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述轻集料选自粘土陶粒、页岩陶粒、膨胀珍珠岩和聚氨酯颗粒中的一种或多种；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；所述砂料选自普通砂、轻砂和自然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、引气剂和憎水剂中的一种或多种。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述轻集料由细集料和粗集料组成，其中所述细集料的粒径低于5mm，所述粗集料的粒径为5～10mm；所述工业固体废物为重量比为1～2:1～2的矿渣和粉煤灰；所述砂料为普通砂；且所述添加剂为聚羧酸减水剂。
根据本发明的方法，优选地，步骤(2)中，所述混合包括如下步骤：(1’)将所述脱硫浆料首先与细集料混合混匀，得到第一混合料；(2’)将所述第一混合料与氧化镁、粗集料、工业固体废物、添加剂、可选的砂料混合，形成混合物料。
根据本发明的方法，优选地，在步骤(3)中，所述养护为将浇筑成型获得的坯体在温度为20～60℃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10～14天。
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轻质混凝土制品(BM砌块)，使工业废渣、废灰等废弃物都得到循环再利用，既节省了投资，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；避免了传统的轻质混凝土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。
<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脱硫，例如脱硫塔，这里不再赘述。
本发明中，所述脱硫剂浆液为由脱硫剂加水制成的浆液，所述脱硫剂包括20～70重量份赤泥、20～50重量份电石渣、5～40重量份氧化镁和5～30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。
本发明的赤泥可以为氧化铝生产排出的含碱废渣，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所采用的水没有限制，例如可以为常规工艺水。为了同时利用工业废水，解决工业废水的排放和治理问题，工业废水，更优选pH值为8～12的碱性工业废水，再优选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。
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、球团或窑炉中的一种或多种；优选来自燃煤锅炉或烧结机。上述烟气中存在的氧气以及二氧化硫的含量适中。
本发明中，当脱硫浆料的pH达到6.5～7.5时，将其排出，应用于下一步骤。
<物料混合步骤>
将上述的脱硫浆料与氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂混合形成混合物料；其中，脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂的重量比为100:10～35:5～20:35～60:2～12。优选地，所述脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂的重量比为100:10～25:5～15:40～55:2～8。本发明的混合物料还可以包括砂料，且脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物、砂料和添加剂的重量比为100:10～35:5～20:35～60:10～35:2～12，更优选为100:10～25:5～15:40～55:15～30:2～8。采用本发明的物料及重量配伍有利于形成质量合格稳定的轻质混凝土制品。
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，所述轻集料选自粘土陶粒、页岩陶粒、膨胀珍珠岩或聚氨酯颗粒中的一种或多种。所述轻集料可以由细集料和粗集料组成，且细集料与粗集料的重量比为1:0.5～2。其中所述细集料的粒径低于5mm，粗集料的粒径为5～10mm。采用这样的轻集料组成，有利于形成性能更佳的轻质混凝土砌块。
本发明中，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。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1～2:1～2的炉渣和粉煤灰。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，需要进行粉末化和均匀化。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400m2/kg～600m2/kg的比表面积。
本发明中，所述砂料选自普通砂、轻砂和自然煤矸石粉中的一种或多种。根据本发明的一个实施方式，所述砂料为普通砂。优选地，所述砂料的细度模数Mx为3.0～2.3。
本发明中，所述添加剂选自减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂和憎水剂中的一种或多种。优选的，所述添加剂为减水剂，例如木质素系减水剂、萘磺酸系减水剂、苯磺酸类系减水剂、水溶性树脂减水剂和聚羧酸减水剂中的至少一种。根据本发明的一个实施方式，所述添加剂为聚羧酸减水剂。
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。
根据本发明的一个实施方式，所述混合步骤具体可以包括如下步骤：(1’)将所述脱硫浆料首先与细集料混合混匀，得到第一混合料；(2’)将所述第一混合料与氧化镁、粗集料、工业固体废物、可选的砂料和添加剂混合混匀，形成混合物料。
采用本发明的混合方法，更有利于各物料的均匀混合，并节约混合时间。
<成型养护步骤>
本发明的成型养护步骤为将所述混合物料进行浇筑成型和养护，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℃、且湿度为50～100％下进行；优选为在温度为30～50℃、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10～14天。放在室外养护时，当温度低于20℃，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。
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1～12MPa、优选为5～10MPa；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。
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)。
-轻集料：粘土陶粒，其中细集料与粗集料重量比为1:1。
-砂料：普通砂，细度模数Mx为2.8。
-添加剂：聚羧酸减水剂。
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。
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7.0后排出，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) 485600 m3/h
2 标态烟气量 324276 Nm3/h
3 脱硫塔入口温度 136 ℃
4 二氧化硫入口浓度 1470 mg/Nm3
5 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) 350720 m3/h
2 排烟温度 56 ℃
3 二氧化硫排放浓度 30 mg/Nm3
4 脱硫效率 98.1 wt％
将所得脱硫浆料与细集料混合均匀，然后加入氧化镁、收集自钢厂的炉渣、来自燃煤锅炉的粉煤灰、粗集料、普通砂和添加剂混合搅拌均匀，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℃、湿度为60％的条件下室内养护8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。
表4轻质混凝土制品配方
物料名称 脱硫浆液 渣料 粉煤灰 氧化镁 轻集料 砂料 添加剂
规格(kg) 100 25 25 20 10 20 5
表5轻质混凝土制品性能测试结果
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 脱硫塔入口烟气量(工况) 492300 m3/h
2 标态烟气量 316352 Nm3/h
3 脱硫塔入口温度 141 ℃
4 二氧化硫入口浓度 1428 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) 301020 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 98.1 wt％
表9轻质混凝土制品配方
物料名称 脱硫浆液 渣料 粉煤灰 氧化镁 轻集料 砂料 添加剂
规格(kg) 100 25 25 20 10 20 5
表10轻质混凝土制品性能测试结果
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
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轻质混凝土制品配方
物料名称 脱硫浆液 渣料 粉煤灰 氧化镁 轻集料 添加剂
规格(kg) 100 25 25 10 10 5
表15轻质混凝土制品性能测试结果
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轻质混凝土制品的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(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加水形成的浆液，所述脱硫剂包括20～70重量份赤泥、20～50重量份电石渣、5～40重量份氧化镁和5～30重量份氢氧化钠；
(2)当所述脱硫浆料的pH达到6.5～7.5时，将包含该脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂的原料混合形成混合物料；其中，所述脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂的重量比为100:10～35:5～20:35～60:2～12；
(3)将所述混合物料浇筑成型和养护，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，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(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10～20vol％之间。
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(2)中，脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物和添加剂的重量比为100:10～25:5～15:40～55:2～8。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合物料还包括砂料，且脱硫浆料、氧化镁、轻集料、工业固体废物、砂料和添加剂的重量比为100:10～35:5～20:35～60:10～35:2～12。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述轻集料选自粘土陶粒、页岩陶粒、膨胀珍珠岩和聚氨酯颗粒中的一种或多种；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；所述砂料选自普通砂、轻砂和自然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、引气剂和憎水剂中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述轻集料由细集料和粗集料组成，其中所述细集料的粒径低于5mm，所述粗集料的粒径为5～10mm；所述工业固体废物为重量比为1～2:1～2的矿渣和粉煤灰；所述砂料为普通砂；且所述添加剂为聚羧酸减水剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合包括如下步骤：(1’)将所述脱硫浆料首先与细集料混合混匀，得到第一混合料；(2’)将所述第一混合料与氧化镁、粗集料、工业固体废物、添加剂、可选的砂料混合，形成混合物料。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述养护为将浇筑成型获得的坯体在温度为20～60℃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10～14天。
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