CN108503386A - 利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺 - Google Patents

利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，包括：筛分；修复；称量；混合；成型和养护。本发明的一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，能够在冶金污染土壤无害化的同时，实现制备免烧陶粒增值化效果，并协同处置其它固体废弃物，变废为宝，有利促进循环经济产业的发展。

Description

利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺
技术领域
本发明涉及对钢铁企业冶金污染土壤环境治理、有毒废弃物再利用及绿色建材开发的技术应用领域，具体涉及一种钢铁场地冶金污染土壤无害化与制备免烧陶粒的工艺方法。
背景技术
作为国民经济的基础重工业，钢铁冶金在为社会提供大量钢铁材料的同时，也对周边生态环境造成诸如土壤重金属及其它有毒物质超标、地下水污染、有害气体与粉尘排放等环境危害，严重威胁到百姓生活健康。随着国内部分钢铁产能逐渐淘汰或由市区向郊区、沿海等地转移，原有钢铁企业留存下来的大片土地，其土壤中残存多种有害物质，严重阻碍了土地资源的安全再开发。为此，冶金污染土壤修复治理及修复后土壤和土地资源的再利用，已成为国内城镇环境治理与开发的热点，尤其是对那些城区土地资源紧缺、环境把控严格的传统工业城市。
为替代传统砂石集料，减少能源矿产消耗和大气污染，免烧陶粒作为一种无需经过高温烧结过程的新型陶粒产品逐渐受到关注。它主要依靠各原材料自身的物理化学性质，待陶粒成球并经养护后，各原材料颗粒通过水化产物固结在一起，最终达到陶粒成硬效果。
因此，为同时实现钢铁厂地冶金污染土壤修复治理与资源再利用目的，利用粘结剂、活性掺合料、激发剂、惰性集料、土壤修复剂、固化稳定剂等原料，与该冶金污染土壤通过混合配料、困料、成型、养护等工序后，制备成用于建筑或市政工程的免烧陶粒产品，具有如下现实意义：
1、实现钢铁场地有毒土壤的无害化处理，降低有毒污染物浓度，抑制其扩散能力，并对有毒物质依附载体实现环境稳定化；
2、缓解因原材料紧张而致的建筑材料生产困境；
3、替代天然矿石原料，减少矿山开采和生态破坏，保护环境；
4、技术工艺无高温处理步骤，节约能源，属绿色化生产流程和建材产品；
5、原料来源广泛，可协同处置其它固体废弃物，变废为宝，有利促进循环经济产业的发展。
但是，现有技术中还不存在通过对冶金污染土壤制备免烧陶粒的技术。
发明内容
本发明目的是提供一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，其以冶金污染土壤为主要原料，通过添加粘结剂、惰性集料、活性掺合料、激发剂、土壤修复剂等原料，实现冶金污染土壤无害化与制备免烧陶粒增值化效果，实现钢铁场地冶金污染土壤治理与再利用。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，其包括：
筛分：对冶金污染土壤进行筛分处理，将冶金污染土壤通过孔径5mm筛子筛除后，再过孔径为1mm筛子进一步筛除冶金污染土壤中夹杂的石头、块砖、树枝、塑料、金属和生活垃圾，并对筛上冶金污染土壤中剩余黏土质颗粒施加滚动碾磨步骤，进一步将筛上黏土质颗粒碾碎后重复过筛；
修复：冶金污染土壤经筛分处理后，将冶金污染土壤和土壤修复剂进行混合搅拌，并使得冶金污染土壤和土壤修复剂的重量比为1～10，将添加修复剂的冶金污染土壤进行覆膜困料1～3月后，最后得到修复后的冶金污染土壤；
称量：称取20～45重量份的修复后的冶金污染土壤，5～28重量份的活性掺合料，12～48重量份的粘结剂，10～30重量份的惰性集料，0.1～2重量份的激发剂以及0.2～3重量份的发泡剂；
混合：将修复后的冶金污染土壤同其它原料和少量水混合均匀后，困料4～12h后，再次加水搅拌均匀；
成型：采用圆盘滚动造球工艺或挤压成型造球法实现免烧陶粒成型造球工艺，陶粒直径控制在5～25mm；
养护：采用常温养护方法或者蒸汽养护方法对免烧陶粒进行养护；
其中，所述常温养护方法的养护温度20℃～28℃，养护时间至少28天；所述蒸汽养护方法的养护温度60℃～90℃，养护时间6h～12h，并且蒸养前需将陶粒生球静置8～24h。
可选的，免烧陶粒成型造球工艺中，所需用水量占总物料干重分别为10％～25％或28％～40％，待水中溶有激发剂后再喷入混合料中。
可选的，所述活性掺合料由工业生产产生的高温废渣中的一种或多种构成。
可选的，所述高温废渣包括冶金渣、粉煤灰、炉底渣和硅灰。
可选的，所述粘结剂选自水泥、生石灰和黏土中的一种或多种。
可选的，所述惰性集料为粒径小于5mm的惰性骨料中的一种或多种构成。
可选的，所述惰性骨料包括人工砂、河砂和尾矿砂。
可选的，所述激发剂由硫酸钠、氢氧化钠、硅酸钠和脱硫石膏中的一种或多种构成。
可选的，所述发泡剂为铝粉和/或双氧水。
本发明具有如下有益效果：本发明的一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，能够在冶金污染土壤无害化的同时，实现制备免烧陶粒增值化效果，并协同处置其它固体废弃物，变废为宝，有利促进循环经济产业的发展。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，由筛分、修复、称量、混合、成型、养护等工序组成。
其中，筛分：对冶金污染土壤进行筛分处理，主要是将冶金污染土壤中夹杂的石头、块砖、树枝、塑料、金属、生活垃圾等废弃物通过孔径5mm筛子筛除后，再过孔径为1mm筛子进一步筛除上述夹杂物，并对筛上颗粒施加滚动碾磨步骤，进一步将筛上剩余黏土质颗粒碾碎后然后重复过筛。
修复：冶金污染土壤经筛分处理后，将冶金污染土壤和土壤修复剂进行混合搅拌，并使得冶金污染土壤和土壤修复剂的重量比为1～10，以及使得冶金污染土壤和土壤修复剂混合均匀，将修复后的冶金污染土壤进行覆膜困料1～3月。
称量：称取20～45重量份的修复后的冶金污染土壤，5～28重量份的活性掺合料，12～48重量份的粘结剂，10～30重量份的惰性集料，0.1～2重量份的激发剂，以及0.2～3重量份的发泡剂。
混合：将修复后的冶金污染土壤同其它原料以及少量水混合均匀后，困料4～12h，再次加水搅拌均匀。
成型：免烧陶粒成型造球工艺，可采用圆盘滚动造球工艺或挤压成型造球法，陶粒直径控制在5～25mm。
免烧陶粒造球所需用水量占总物料干重分别为10％～25％(挤压造球法)或28％～40％(滚动造球法)，待水中溶有激发剂后再喷入干混合料中。
养护：免烧陶粒养护工艺可采用常温养护方法，养护温度20℃～28℃，养护时间至少28天；或采用蒸汽养护方法，养护温度60℃～90℃，养护时间6h～12h，并且蒸养前需将陶粒生球静置养护8～24h。
更优选地，所述活性掺合料主要由工业生产产生的高温废渣中的一种或多种构成，如冶金渣、粉煤灰、炉底渣、硅灰等；粘结剂主要为水泥、生石灰、黏土等原料中的一种或多种构成；惰性集料主要为粒径小于5mm的惰性骨料中的一种或多种构成，如人工砂、河砂、尾矿砂等；激发剂主要由硫酸钠、氢氧化钠、硅酸钠、脱硫石膏等碱/碱土金属盐中的一种或多种构成；发泡剂主要为铝粉、双氧水等能产生气体原料中的一种或多种构成；土壤修复剂为常用的复合型修复剂，由有毒有机物氧化剂、有毒元素固化剂等构成。
本实施例提出了一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，能够在冶金污染土壤无害化的同时，实现制备免烧陶粒增值化效果，并协同处置其它固体废弃物，变废为宝，有利促进循环经济产业的发展。
实施例2
本实施例提供了一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，按重量百分比计算，本实施例的各组分及含量如下：冶金污染土壤27重量份，粉煤灰18重量份，水泥27重量份，尾矿细砂27重量份，生石灰3.5重量份，硫酸钠0.5重量份，氢氧化钠0.5重量份，土壤修复剂5重量份，水35重量份。
依照上述配方称取各原料后，先将冶金污染土壤同土壤修复剂进行混合均匀后，覆膜困料30天后，得到修复污染土壤。而后，将其同其它称量过的原料进行混合，得到陶粒混合料，并将上述硫酸钠和氢氧化钠加入原料所用水中，制成均匀溶液。调整圆盘造球机倾角为30°，首先向盘中加入少量上述陶粒混合料，喷加少量溶液进行造球成核，筛分剔除直径小于1mm和大于3mm的陶粒，剩余陶球作为球核。接着，向圆盘中依次加入干混合料和水溶液，经45-60min滚动成型后，制成直径5-15mm，内部密实的陶粒生球。
然后，将陶粒生球经自然养护20h后，放入蒸汽养护箱中，在70℃温度下蒸汽养护8h后，便制得污染土免烧陶粒，其筒压强度7MPa，软化系数0.9，吸水率5％。
实施例3
本实施例提供了一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，按重量百分比计算，本实施例的各组分及含量如下：冶金污染土壤40重量份，钢渣粉20重量份，水泥30重量份，尾矿砂10重量份，土壤修复剂5重量份，水30重量份。
依照上述配方称取各原料后，先将冶金污染土壤同土壤修复剂进行混合均匀后，覆膜困料40天后，得到修复污染土壤。而后，将其同其它称量过的原料进行混合，得到陶粒混合料。调整圆盘造球机倾角为30°，首先向盘中加入少量上述陶粒混合料，喷加少量水进行造球成核，筛分剔除直径小于1mm和大于3mm的陶粒，剩余陶球作为球核。接着，向圆盘中依次加入干混合料和水，经45-60min滚动成型后，制成直径10-25mm，内部密实的陶粒生球。
然后，将陶粒生球经自然养护20h后，放入蒸汽养护箱中，在80℃温度下蒸汽养护8h后，便制得污染土免烧陶粒，其吸水率17％，筒压强度达4.3MPa，软化系数0.8。
实施例4
本实施例提供了一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，按重量百分比计算，本实施例的各组分及含量如下：冶金污染土壤40重量份，粉煤灰-炉底渣复合粉20重量份，水泥20重量份，人工机制砂20重量份，生石灰1.5重量份，硅酸钠1重量份，硫酸钠2重量份，铝粉0.5重量份，土壤修复剂8重量份，水32重量份。
依照上述配方称取各原料后，先将冶金污染土壤同土壤修复剂进行混合均匀后，覆膜困料40天后，得到修复污染土壤。而后，将其同其它称量过的原料进行混合，得到陶粒混合料，并将上述硅酸钠和硫酸钠加入原料所用水中，制成均匀溶液。调整圆盘造球机倾角为30°，首先向盘中加入少量上述陶粒混合料，喷加少量溶液进行造球成核，筛分剔除直径小于1mm和大于3mm的陶粒，剩余陶球作为球核。接着，向圆盘中依次加入干混合料和水溶液，经45-60min滚动成型后，制成直径10-20mm，内部密实的陶粒生球。
然后，将陶粒生球经自然养护20h后，放入蒸汽养护箱中，在70℃温度下蒸汽养护12h后，便制得多孔污染土免烧陶粒，其筒压强度3MPa，软化系数0.8，吸水率34％，孔隙率43％。
实施例5
本实施例提供了一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，按重量百分比计算，本实施例的各组分及含量如下：冶金污染土壤36重量份，矿渣粉12重量份，水泥22重量份，人工机制砂30重量份，生石灰3重量份，硅酸钠1重量份，硫酸钠2重量份，铝粉0.5重量份，土壤修复剂4重量份，水35重量份。
依照上述配方称取各原料后，先将冶金污染土壤同土壤修复剂进行混合均匀后，覆膜困料60天后，得到修复污染土壤。而后，将其同其它称量过的原料进行混合，得到陶粒混合料，并将上述硅酸钠和硫酸钠加入原料所用水中，制成均匀溶液。调整圆盘造球机倾角为30°，首先向盘中加入少量上述陶粒混合料，喷加少量溶液进行造球成核，筛分剔除直径小于1mm和大于3mm的陶粒，剩余陶球作为球核。接着，向圆盘中依次加入干混合料和水溶液，经45-60min滚动成型后，制成直径20-25mm，内部密实的陶粒生球。
然后，将陶粒生球经自然养护24h后，放入蒸汽养护箱中，在70℃温度下蒸汽养护12h后，便制得多孔污染土免烧陶粒，其筒压强度2.8MPa，软化系数0.82，吸水率36％，孔隙率33％。
实施例6
本实施例提供了一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，按重量百分比计算，本实施例的各组分及含量如下：冶金污染土壤20重量份，粉煤灰28重量份，水泥12重量份，人工机制砂30重量份，生石灰3重量份，硅酸钠1重量份，硫酸钠2重量份，铝粉4.5重量份，土壤修复剂0.2重量份，水35重量份。
依照上述配方称取各原料后，先将冶金污染土壤同土壤修复剂进行混合均匀后，覆膜困料30天后，得到修复污染土壤。而后，将其同其它称量过的原料进行混合，得到陶粒混合料，并将上述硅酸钠和硫酸钠加入原料所用水中，制成均匀溶液。调整圆盘造球机倾角为30°，首先向盘中加入少量上述陶粒混合料，喷加少量溶液进行造球成核，筛分剔除直径小于1mm和大于3mm的陶粒，剩余陶球作为球核。接着，向圆盘中依次加入干混合料和水溶液，经45-60min滚动成型后，制成直径10-20mm，内部密实的陶粒生球。
然后，将陶粒生球经自然养护24h后，放入蒸汽养护箱中，在90℃温度下蒸汽养护12h后，便制得多孔污染土免烧陶粒，其筒压强度3.5MPa，软化系数0.85，吸水率30％，孔隙率32％。
实施例7
本实施例提供了一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，本实施例的各组分及含量如下：冶金污染土壤45重量份，粉煤灰5重量份，水泥48重量份，人工机制砂30重量份，生石灰3重量份，硅酸钠0.1重量份，硫酸钠2重量份，铝粉0.5重量份，土壤修复剂4.5重量份，水35重量份。
依照上述配方称取各原料后，先将冶金污染土壤同土壤修复剂进行混合均匀后，覆膜困料50天后，得到修复污染土壤。而后，将其同其它称量过的原料进行混合，得到陶粒混合料，并将上述硅酸钠和硫酸钠加入原料所用水中，制成均匀溶液。调整圆盘造球机倾角为30°，首先向盘中加入少量上述陶粒混合料，喷加少量溶液进行造球成核，筛分剔除直径小于1mm和大于3mm的陶粒，剩余陶球作为球核。接着，向圆盘中依次加入干混合料和水溶液，经45-60min滚动成型后，制成直径10-20mm，内部密实的陶粒生球。
然后，将陶粒生球经自然养护24h后，放入蒸汽养护箱中，在70℃温度下蒸汽养护6h后，便制得多孔污染土免烧陶粒，其筒压强度4.2MPa，软化系数0.88，吸水率25％，孔隙率27％。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种利用冶金污染土壤制备免烧陶粒的工艺，其特征在于，包括：
筛分：对冶金污染土壤进行筛分处理，将冶金污染土壤通过孔径5mm筛子筛除后，再过孔径为1mm筛子进一步筛除冶金污染土壤中夹杂的石头、块砖、树枝、塑料、金属和生活垃圾，并对筛上冶金污染土壤中剩余黏土质颗粒施加滚动碾磨步骤，进一步将筛上黏土质颗粒碾碎后重复过筛；
修复：冶金污染土壤经筛分处理后，将冶金污染土壤和土壤修复剂进行混合搅拌，并使得冶金污染土壤和土壤修复剂的重量比为1～10，将添加修复剂的冶金污染土壤进行覆膜困料1～3月后，最后得到修复后的冶金污染土壤；
称量：称取20～45重量份的修复后的冶金污染土壤，5～28重量份的活性掺合料，12～48重量份的粘结剂，10～30重量份的惰性集料，0.1～2重量份的激发剂以及0.2～3重量份的发泡剂；
混合：将修复后的冶金污染土壤同其它原料和少量水混合均匀后，困料4～12h后，再次加水搅拌均匀；
成型：采用圆盘滚动造球工艺或挤压成型造球法实现免烧陶粒成型造球工艺，陶粒直径控制在5～25mm；
养护：采用常温养护方法或者蒸汽养护方法对免烧陶粒进行养护；
其中，所述常温养护方法的养护温度20℃～28℃，养护时间至少28天；所述蒸汽养护方法的养护温度60℃～90℃，养护时间6h～12h，并且蒸养前需将陶粒生球静置8～24h。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，免烧陶粒成型造球工艺中，所需用水量占总物料干重分别为10％～25％或28％～40％，待水中溶有激发剂后再喷入混合料中。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述活性掺合料由工业生产产生的高温废渣中的一种或多种构成。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述高温废渣包括冶金渣、粉煤灰、炉底渣和硅灰。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述粘结剂选自水泥、生石灰和黏土中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述惰性集料为粒径小于5mm的惰性骨料中的一种或多种构成。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述惰性骨料包括人工砂、河砂和尾矿砂。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述激发剂由硫酸钠、氢氧化钠、硅酸钠和脱硫石膏中的一种或多种构成。
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述发泡剂为铝粉和/或双氧水。
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