CN108383485B - 一种电镀污泥压制免蒸免烧砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电镀污泥压制免蒸免烧砖及其制备方法，制备方法的具体步骤为：将电镀污泥进行酸浸出，滤渣脱水后干燥改性得改性电镀污泥；将改性电镀污泥与粉煤灰、建筑垃圾粉、硅灰、硫酸钙、硼酸、F14液体激发剂、水混合轮碾得混合料；将混合料消化得消化料；将消化料与固结剂混合重复轮碾得制坯料；将制坯料从定量输入液压成型机的冲压系统，制得毛坯砖，养护得免蒸免烧砖。有益效果为：本发明制备方法成本低廉，能使高效除去电镀污泥中的金属，制得的免烧砖早强、高强、抗压强度优异、使用寿命长、性能佳。

Description

一种电镀污泥压制免蒸免烧砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及免烧砖，尤其是涉及一种电镀污泥压制免蒸免烧砖及其制备方法。
背景技术
电镀污泥是指电镀厂处理其废水所必然产生的固体废弃物，目前电镀废水的主要处理方式是加入碱液使其形成沉淀，该方法是产生电镀污泥的主要来源。国内将近一半的电镀厂采用大量碱液处理电镀废水，使其产生金属氢氧化物沉淀，沉淀池与过滤池所产生的污泥经过简单的压滤脱水后形成大量电镀污泥；其他方法（如反渗透法、离子交换膜法等）虽然不能直接产生电镀污泥，但在这些方法的后续处理工艺过程会产生一定量的电镀污泥。而对于电镀废水的处理过程中，常常会投加某些酸、碱、还原剂、氧化剂、絮凝剂等化学药剂，因此，其它物质也会伴随进入电镀污泥中，使电镀污泥的成分变得更加复杂。电镀污泥成分复杂、量多面广，难降解、不稳定、无热值且含有多种有害重金属，如果不经适当处理任意堆放，其产生的直接后果严重。电镀污泥中的重金属可以通过多种途径进入土壤和水体，造成严重的环境破坏，其对动植物及人类健康也构成威胁，如果不对电镀污泥合理处理会造成资源的浪费与损失。因此，解决电镀污泥资源化问题是符合构建环境友好型社会和资源节约型社会的要求，也是一种可持续发展的表现。
目前电镀污泥处理方式主要集中在无害化处理和资源化处理。其中无害化处置是指对电镀污泥进行稳定化、固定化处理，使电镀污泥中重金属不被容易浸出，然后进行安全填埋或作其他用途，该方法能够在一定范围内起到保护环境的效果，但具有重金属被浸出的潜在危险，另外电镀污泥中重金属没有得到回收利用，不能满足资源节约型社会的要求。而资源化利用是指能够合理回收利用重金属，可将其回收产品应用到其它方面，但是该方法要得到纯度较高的重金属单质比较困难，处理成本较高，回收不完全，产生的废渣还有再次污染环境的可能，仍需后续处理。因此，如何妥善科学地对电镀污泥进行处理处置，使其达到减量化、稳定化、无害化和资源化。已成为中国乃至全世界环境界的科技人员广泛关注的一大研究课题之一。
现有技术如授权公告号为CN 101830681 B的中国发明专利，公开了一种用电镀污泥生产的烧结轻质环保砖及其制造方法，该环保砖采用电镀污泥、基础废泥渣、炉渣、垃圾灰渣、氧化钙、硫酸钙、碳酸钠、硼酸、硫酸亚铁、硫酸镁、Li高分子重金属捕集剂和水为原料，经混合采用双轴搅拌机搅拌呈潮湿状后利用真空挤泥机挤压成长方条型，经切坯机切割成型，在20～30MPa的压力下制成电镀污泥轻质环保砖坯，再将成型经自然干燥后的轻质环保砖坯送进遂道窑进行焙烧，经焙烧后制成轻质环保砖产品，用上述原料还可制成不同规格的空心砌块和人行道路砖，该产品具有重量轻，强度高，无污染，成本低，效益好的优点及效果。但是Li高分子重金属捕集剂不能完全将电镀污泥内的重金属鳌合彻底，制得的砖存在有安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电镀污泥压制免蒸免烧砖及其制备方法，该制备方法成本低廉，能使高效除去电镀污泥中的金属，制得的免烧砖早强、高强、抗压强度优异、使用寿命长、性能佳。
本发明针对上述技术中提到的问题，采取的技术方案为：
一种电镀污泥压制免蒸免烧砖的制备方法，包括以下几个步骤：
S1：将电镀污泥进行酸浸出，过滤得到浸出液和滤渣，滤渣脱水后干燥改性得改性电镀污泥，电镀污泥中的金属物质主要存在形态为金属氧化物或金属氢氧化物，通过向电镀污泥中添加酸性液体，可使电镀污泥中大部分金属以可溶性的离子态或配合离子形态溶解到液体中；
S2：将S1步骤得到的改性电镀污泥与粉煤灰、建筑垃圾粉、硅灰、硫酸钙、硼酸、F14液体激发剂、水在轮碾混合机内混合轮碾2-6min得混合料，该步骤可使混合料被压实而体积缩小，使得最终制品体积密度大大提高，进而提高制品的性能；
S3：将S2步骤得到的混合料在消化仓内，在温度为40-70℃下消化2.5-3.5h得消化料，该步骤能够促进激发剂活化污泥、废渣、渣土的活性，提高成型塑性，消除f-CaO与f-Mgo及其他不安定因素的影响；
S4：将S3步骤得到的消化料与固结剂按重量比为6-12:1混合重复轮碾2-6min，用热水调节消化料的含水率至10-17%，得制坯料，该步骤可增加海贝壳灰与粉煤灰、建筑垃圾粉的溶解度，使得硅灰、粉煤灰中有效活性成分激发，协助物料的互相化学反应，增大污泥、粉煤灰、建筑垃圾粉的比表面积，提高其与水分、添加剂的接触机会，充分激发其活性，此外该制坯料能在常温下直接对材料颗粒进行快速胶结，固结剂的活性组分渗入材料的基本颗粒的相界面上，与激发剂从污泥、海贝壳灰、工业废渣激发出的水化硅酸钙等凝胶共同作用，形成更加强大的胶凝作用固结墙体块材，利用多组分复合超叠加效应，赋予混合材料的活性组分稀释分散作用，使之形成多晶聚集体，同时能使免蒸免烧砖早强、高强，固定内含的重金属离子、病原体，浸出毒性不超标，不产生放射性，消除危害的隐患；
S5：将S3步骤得到的制坯料从定量输入液压成型机的冲压系统，制得毛坯砖；
S6：将S3步骤得到的毛坯砖养护得免蒸免烧砖。
作为优选，S1步骤具体为：在电镀污泥中加入浓度为1.85-2.25M的硫酸溶液，其中电镀污泥:硫酸溶液的料液比为1:1.85-2.15（g/mL），在搅拌强度为140-160r/min的条件下搅拌30-40min后进行压力过滤，得到浸出液和滤渣，然后向滤渣中加入滤渣重量0.83-0.92%的污泥调质剂，持续搅拌均匀后静置，再进行泥水分离、干燥，即得改性电镀污泥。上述酸浸法处理电镀污泥浸出速度快、浸出率高，在实现电镀污泥无害化处置的同时，可高效回收铜、锌、镍、铬和铁等有价金属，工艺方案技术成熟、通用性好，能规模化应用，且后续提取步骤相操作对简单，通过配套工程措施，可实现不对环境造成二次污染，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。
进一步优选，污泥调质剂的成分及其重量份为：海贝壳灰3-9份、硫酸亚铁1-3份、氢氧化钙0.5-1.4份、重金属补集剂0.8-1.3份、絮凝剂0.02-0.04份。上述污泥调质剂中各原料之间相互配合，能够对滤渣中残留的金属进行螯合处理，使电镀污泥达到强化化学稳定化，使高含量的重金属元素被捕集，生成交联网状结构的鳌合物，实现了电镀污泥的高效稳定化；同时可以除去污泥的臭味，将污泥调节成为中性，同时提高污泥的钙含量，促进海贝壳灰水化进度，激发污泥、粉煤灰的活性成分。
为了提高金属浸出率，作为优选方案，硫酸溶液中含有2.2-2.6mM的对甲苯亚磺酸钠和1.52-1.66mM的十二烷基苯磺酸钠。上述对甲苯亚磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠的加入能够提高硫酸溶液的的表面张力，破坏电镀污泥中有机物和其基团活性位之间的作用力，促进电镀污泥中有机物的分解和挥发，使其在硫酸溶液中能够充分扩散，且能够破坏酸浸产生的大量气泡而出现包裹电镀污泥的现象，提高其与硫酸放出的氢离子与未反应的固体或半固体接触概率增加，同时能使浸出产物迅速扩散到溶液中，进而提高浸出速度，可以强化重金属离子的酸浸溶解过程，此外能够降低酸对反应容器的腐蚀效果，提高反应容器的使用寿命，降低免蒸免烧砖的制备成本。
作为优选，S2步骤中混合料包括如下成分及其重量份：改性电镀污泥30-60份、粉煤灰10-30份、建筑垃圾粉5-18份、硅灰3-7份、硫酸钙1-3份、硼酸1.2-2.2份、F14液体激发剂2-5份、水12-16份。上述混合料各原料之间具有协同作用，通过混合轮碾的作用可以激发污泥、渣料、海贝壳灰内含的SiO2、CaO、Al2O3的活性成分，在热空气循环反应过程中形成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙凝胶物质，为压制块材做准备，也可协助改性污泥的进一步水化，提高污泥的性能。
作为优选，S5步骤具体为：将毛坯砖放入反应室内，室内温度10℃以上时自然预养45-50h，室内温度10℃以下时，通入热空气，在40-50℃下保温预养时间7-9h，预养后进入热空气循环反应养护，温度缓慢上升，2-4h内使温度上升至90-110℃，恒温2-4h后缓慢降温至40-60℃，即得毛坯砖。该步骤利用热力促进制品毛坯作进一步的热力化学反应，提高制品的胶凝性能，赋予制品更高的强度及优良的耐久性能。
本发明还公开了一种用电镀污泥压制免蒸免烧砖的制备方法制得的免蒸免烧砖。该免蒸免烧砖的质量技术指标符合GB179-1999标准，具有轻质、高强、保温、隔音等优良性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明制备方法简单，通过向电镀污泥中添加酸性液体，可使电镀污泥中大部分金属以可溶性的离子态或配合离子形态溶解到液体中，浸出速度快、浸出率高，可以除去污泥的臭味，能够降低酸对反应容器的腐蚀效果，降低免蒸免烧砖的制备成本；本发明制得的免烧砖早强、高强、抗压强度优异、使用寿命长、性能佳，质量技术指标符合GB179-1999标准，具有轻质、高强、保温、隔音等优良性能。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：
实施例1：
一种电镀污泥压制免蒸免烧砖的制备方法，包括以下几个步骤：
S1：将电镀污泥进行酸浸出，过滤得到浸出液和滤渣，滤渣脱水后干燥改性得改性电镀污泥，电镀污泥中的金属物质主要存在形态为金属氧化物或金属氢氧化物，通过向电镀污泥中添加酸性液体，可使电镀污泥中大部分金属以可溶性的离子态或配合离子形态溶解到液体中；
S2：将S1步骤得到的改性电镀污泥与粉煤灰、建筑垃圾粉、硅灰、硫酸钙、硼酸、F14液体激发剂、水在轮碾混合机内混合轮碾6min得混合料，该步骤可使混合料被压实而体积缩小，使得最终制品体积密度大大提高，进而提高制品的性能；
S3：将S2步骤得到的混合料在消化仓内，在温度为40℃下消化3.5h得消化料，该步骤能够促进激发剂活化污泥、废渣、渣土的活性，提高成型塑性，消除f-CaO与f-Mgo及其他不安定因素的影响；
S4：将S3步骤得到的消化料与固结剂按重量比为6:1混合重复轮碾6min，用热水调节消化料的含水率至10%，得制坯料，该步骤可增加海贝壳灰与粉煤灰、建筑垃圾粉的溶解度，使得硅灰、粉煤灰中有效活性成分激发，协助物料的互相化学反应，增大污泥、粉煤灰、建筑垃圾粉的比表面积，提高其与水分、添加剂的接触机会，充分激发其活性，此外该制坯料能在常温下直接对材料颗粒进行快速胶结，固结剂的活性组分渗入材料的基本颗粒的相界面上，与激发剂从污泥、海贝壳灰、工业废渣激发出的水化硅酸钙等凝胶共同作用，形成更加强大的胶凝作用固结墙体块材，利用多组分复合超叠加效应，赋予混合材料的活性组分稀释分散作用，使之形成多晶聚集体，同时能使免蒸免烧砖早强、高强，固定内含的重金属离子、病原体，浸出毒性不超标，不产生放射性，消除危害的隐患；
S5：将S3步骤得到的制坯料从定量输入液压成型机的冲压系统，制得毛坯砖；
S6：将S3步骤得到的毛坯砖养护得免蒸免烧砖。
S1步骤具体为：在电镀污泥中加入浓度为2.25M的硫酸溶液，其中电镀污泥:硫酸溶液的料液比为1:1.85（g/mL），在搅拌强度为160r/min的条件下搅拌30min后进行压力过滤，得到浸出液和滤渣，然后向滤渣中加入滤渣重量0.92%的污泥调质剂，持续搅拌均匀后静置，再进行泥水分离、干燥，即得改性电镀污泥。上述酸浸法处理电镀污泥浸出速度快、浸出率高，在实现电镀污泥无害化处置的同时，可高效回收铜、锌、镍、铬和铁等有价金属，工艺方案技术成熟、通用性好，能规模化应用，且后续提取步骤相操作对简单，通过配套工程措施，可实现不对环境造成二次污染，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。
上述污泥调质剂的成分及其重量份为：海贝壳灰3份、硫酸亚铁3份、氢氧化钙0.5份、重金属补集剂1.3份、絮凝剂0.02份。上述污泥调质剂中各原料之间相互配合，能够对滤渣中残留的金属进行螯合处理，使电镀污泥达到强化化学稳定化，使高含量的重金属元素被捕集，生成交联网状结构的鳌合物，实现了电镀污泥的高效稳定化；同时可以除去污泥的臭味，将污泥调节成为中性，同时提高污泥的钙含量，促进海贝壳灰水化进度，激发污泥、粉煤灰的活性成分。
上述硫酸溶液中含有2.6mM的对甲苯亚磺酸钠和1.52mM的十二烷基苯磺酸钠。上述对甲苯亚磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠的加入能够提高硫酸溶液的的表面张力，破坏电镀污泥中有机物和其基团活性位之间的作用力，促进电镀污泥中有机物的分解和挥发，使其在硫酸溶液中能够充分扩散，且能够破坏酸浸产生的大量气泡而出现包裹电镀污泥的现象，提高其与硫酸放出的氢离子与未反应的固体或半固体接触概率增加，同时能使浸出产物迅速扩散到溶液中，进而提高浸出速度，可以强化重金属离子的酸浸溶解过程，此外能够降低酸对反应容器的腐蚀效果，提高反应容器的使用寿命，降低免蒸免烧砖的制备成本。
S2步骤中混合料包括如下成分及其重量份：改性电镀污泥60份、粉煤灰10份、建筑垃圾粉18份、硅灰3份、硫酸钙3份、硼酸1.2份、F14液体激发剂5份、水12份。上述混合料各原料之间具有协同作用，通过混合轮碾的作用可以激发污泥、渣料、海贝壳灰内含的SiO2、CaO、Al2O3的活性成分，在热空气循环反应过程中形成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙凝胶物质，为压制块材做准备，也可协助改性污泥的进一步水化，提高污泥的性能。
S5步骤具体为：将毛坯砖放入反应室内，室内温度10℃以上时自然预养50h，室内温度10℃以下时，通入热空气，在40℃下保温预养时间9h，预养后进入热空气循环反应养护，温度缓慢上升，2h内使温度上升至110℃，恒温2h后缓慢降温至60℃，即得毛坯砖。该步骤利用热力促进制品毛坯作进一步的热力化学反应，提高制品的胶凝性能，赋予制品更高的强度及优良的耐久性能。
一种用电镀污泥压制免蒸免烧砖的制备方法制得的免蒸免烧砖。该免蒸免烧砖的质量技术指标符合GB179-1999标准，具有轻质、高强、保温、隔音等优良性能。其性能测试如表1所示，符合《GB/T21144-2007混凝土实心砖》的性能要求。
表1：实施例1墙体块材的性能测试
Figure 331997DEST_PATH_IMAGE002
实施例2：
一种电镀污泥压制免蒸免烧砖的制备方法，包括以下几个步骤：
1）在电镀污泥中加入浓度为2M的硫酸溶液，其中电镀污泥:硫酸溶液的料液比为1:2（g/mL），在搅拌强度为150r/min的条件下搅拌34min后进行压力过滤，得到浸出液和滤渣，然后向滤渣中加入滤渣重量0.88%的污泥调质剂，持续搅拌均匀后静置，再进行泥水分离、干燥，即得改性电镀污泥，上述污泥调质剂的成分及其重量份为：海贝壳灰5份、硫酸亚铁2份、氢氧化钙1份、重金属补集剂1份、絮凝剂0.028份，硫酸溶液中含有2.45mM的对甲苯亚磺酸钠和1.58mM的十二烷基苯磺酸钠；
2）按重量份将改性电镀污泥45份、粉煤灰15份、建筑垃圾粉12份、硅灰4份、硫酸钙2.2份、硼酸1.76份、F14液体激发剂3.3份、水15份在轮碾混合机内混合轮碾4min得混合料；
3）将混合料在消化仓内，在温度为55℃下消化3h得消化料；
4）将消化料与固结剂按重量比为8:1混合重复轮碾5min，用热水调节消化料的含水率至15%，得制坯料；
5）将毛坯砖放入反应室内，室内温度10℃以上时自然预养48h，室内温度10℃以下时，通入热空气，在45℃下保温预养时间8h，预养后进入热空气循环反应养护，温度缓慢上升，3h内使温度上升至100℃，恒温3h后缓慢降温至50℃，即得毛坯砖，其性能测试如表2所示，符合《GB/T21144-2007混凝土实心砖》的性能要求。
表2：实施例2墙体块材的性能测试
Figure 717979DEST_PATH_IMAGE004
实施例3：
一种电镀污泥压制免蒸免烧砖的制备方法，进一步优化步骤为：
1）在电镀污泥中加入浓度为2M的硫酸溶液，其中电镀污泥:硫酸溶液的料液比为1:2（g/mL），在搅拌强度为150r/min的条件下搅拌34min后进行压力过滤，得到浸出液和滤渣，然后向滤渣中加入滤渣重量0.88%的污泥调质剂，持续搅拌均匀后静置，再进行泥水分离、干燥，即得改性电镀污泥，上述污泥调质剂的成分及其重量份为：海贝壳灰5份、硫酸亚铁2份、氢氧化钙1份、重金属补集剂1份、絮凝剂0.028份，硫酸溶液中含有2.45mM的对甲苯亚磺酸钠和1.58mM的十二烷基苯磺酸钠；
2）按重量份将改性电镀污泥45份、粉煤灰15份、建筑垃圾粉12份、硅灰4份、硫酸钙2.2份、硼酸1.76份、F14液体激发剂3.3份、水15份在轮碾混合机内混合轮碾4min得混合料；
3）将混合料在消化仓内，在温度为55℃下消化3h得消化料；
4）将消化料与固结剂按重量比为8:1混合重复轮碾5min，用热水调节消化料的含水率至15%，得制坯料，上述固结剂为硅酸盐水泥、5-硝基间苯二甲酸二甲酯和晶核素的混合物，其重量比为1:0.033:0.04，5-硝基间苯二甲酸二甲酯和晶核素的协同作用能够提高硅酸盐水泥中的AlO2 -的溶出速率和溶出量，进而快速形成[Al(OH)6]3-的形成，进而形成[Ca3Al(OH)6·12H2O]3+多面体柱，然后将改性电镀污泥中的硫酸根进入柱间的沟槽，形成钙矾石，同时能够避免钙矾石向单硫型水化钙矾石转变，从而能够避免钙矾石后期膨胀而对免蒸免烧砖产生破坏，提高免蒸免烧砖的的使用性能，此外还能促进硅酸盐水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙能同时与水发生反应生成氢氧化钙，使免蒸免烧砖具有很好的力学性能，进而有助于提高使用寿命，此外还能使电镀污泥中残留的金属离子能够更稳当的固含于免蒸免烧砖中，提高免蒸免烧砖的使用性能；
5）将毛坯砖放入反应室内，室内温度10℃以上时自然预养48h，室内温度10℃以下时，通入热空气，在45℃下保温预养时间8h，预养后进入热空气循环反应养护，温度缓慢上升，3h内使温度上升至100℃，恒温3h后缓慢降温至50℃，即得毛坯砖，其性能测试如表3所示，该墙体块材符合《GB/T21144-2007混凝土实心砖》的性能要求。
表3：实施例3墙体块材的性能测试
Figure 232137DEST_PATH_IMAGE006
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电镀污泥压制免蒸免烧砖的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
S1：在电镀污泥中加入浓度为1.85-2.25M的硫酸溶液，在搅拌强度为140-160r/min的条件下搅拌30-40min后进行压力过滤，得到浸出液和滤渣，然后向滤渣中加入滤渣重量0.83-0.92％的污泥调质剂，持续搅拌均匀后静置，再进行泥水分离、干燥，即得改性电镀污泥；电镀污泥:硫酸溶液的料液比为1:1.85-2.15(g/mL)；所述硫酸溶液中含有2.2-2.6mM的对甲苯亚磺酸钠和1.52-1.66mM的十二烷基苯磺酸钠；
S2：将S1步骤得到的改性电镀污泥与粉煤灰、建筑垃圾粉、硅灰、硫酸钙、硼酸、F14液体激发剂、水混合轮碾得混合料，包括如下成分及其重量份：改性电镀污泥30-60份、粉煤灰10-30份、建筑垃圾粉5-18份、硅灰3-7份、硫酸钙1-3份、硼酸1.2-2.2份、F14液体激发剂2-5份、水12-16份；
S3：将S2步骤得到的混合料在消化仓内，在温度为40-70℃下消化2.5-3.5h得消化料；
S4：将S3步骤得到的消化料与固结剂的重量比为6-12:1，混合重复轮碾2-6min，固结剂为硅酸盐水泥、5-硝基间苯二甲酸二甲酯和晶核素的混合物，其重量比为1:0.033:0.04；
S5：将S3步骤得到的制坯料从定量输入液压成型机的冲压系统，制得毛坯砖，将毛坯砖放入反应室内，室内温度10℃以上时自然预养45-50h，室内温度10℃以下时，通入热空气，在40-50℃下保温预养时间7-9h，预养后进入热空气循环反应养护，温度缓慢上升，2-4h内使温度上升至90-110℃，恒温2-4h后缓慢降温至40-60℃，即得毛坯砖；
S6：将S5步骤得到的毛坯砖养护得免蒸免烧砖；
所述污泥调质剂的成分及其重量份为：海贝壳灰3-9份、硫酸亚铁1-3份、氢氧化钙0.5-1.4份、重金属补集剂0.8-1.3份、絮凝剂0.02-0.04份。
2.权利要求1所述的用电镀污泥压制免蒸免烧砖的制备方法制得的免蒸免烧砖。
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