CN110883933A - 一种利用钻井固废制备烧结砖的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用钻井固废制备烧结砖的装置与方法，先将钻井固废和一般烧结砖原料页岩分别进行破碎，然后按照一定的比例投入进陈化装置中陈化，陈化结束后将制砖原料脱水再投入挤压机中压制成型，经切割、烘干、焙烧等步骤最终得到烧结砖成品，通过本发明对陈化时间的优化和陈化装置的改进，最终制备出的烧结砖不良率低，裂纹少；砖坯质量得到提高，表面光洁度，密实度等有了明显改善，同时排放的有害气体含量较低，烧结砖产生辐射也较低。
Description
技术领域
本发明涉及固体废料处理领域，具体是一种利用钻井固废制备烧结砖的装置与方法。
背景技术
随着我国经济发展和城市化进程的加快，生态环保工作不断加强，综合处理城市建筑垃圾刻不容缓，钻井固体废物处理是目前困扰清洁生产的一大难题，研究人员在加大治理钻井固废力度的同时，也在进一步探索、研究合理有效的处理方法；目前，制砖通常采用粘土烧结方式，而粘土的开采量日益增加导致粘土资源日益匮乏，同时，对生态环境造成严重影响，故亟待解决资源短缺的现状及改进现在的制砖方法；将钻井固废应用于制备烧结砖，不仅解决了固废处理困难的难题，同时缓解了制砖原料短缺的现状。现有技术利用钻井固废制备烧结砖的过程中，存在制备烧结砖过程中排放的废气超标，烧结砖自身辐射超标，及烧结砖不良率较高等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用钻井固废制备烧结砖的装置与方法，以至少达到降低废气排放，烧结砖放射性降低及降低烧结砖不良率等。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种利用钻井固废制备烧结砖的装置，包括破碎装置、陈化装置、挤压成型装置和烘干烧制窑，所述破碎装置用于将钻井固废和制砖原料分别进行破碎，所述破碎装置设置有出料口，所述出料口与所述陈化装置的进料口连接；
所述陈化装置包括外筒、内筒、搅拌杆、第一电机、第二电机、密封底板；所述外筒与所述内筒同轴嵌套设置，所述内筒的筒壁上阵列形式分布有离心孔，所述内筒内设置有搅拌杆，所述搅拌杆与所述第一电机的输出轴固定连接，所述内筒底端伸出所述外筒底端，所述第二电机用于驱动所述内筒转动，所述内筒底部设置有密封底板；用来实时测定陈化装置中物料的含水率，所述外筒顶部设置有挡板，所述挡板上开设有进料口和进水口；
所述挤压成型装置的进料口与所述内筒底部连接，将陈化好的原料通过内筒底部转移入挤压成型装置中，所述挤压成型装置设置有切块器，切割好的砖坯通过传送带输送至烘干烧制窑。
优选的，所述内筒下端的外壁上固设有从动齿轮，所述第二电机的输出轴上固设有主动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，启动第一电机，所述第一电机上的主动齿轮将带动内筒外壁上的从动齿轮高速转动将内筒内的废液与固体废料分离。
优选的，所述外筒的侧壁上设置有多个高压喷头，所述高压喷头从外筒的外壁穿设至所述外筒内壁，所述高压喷头连接有进水管和高压水泵，启动高压水泵后，高压水流从高压喷头内向内筒外壁喷射，将离心孔内残留的固体废料冲洗干净防止堵筛离心孔而影响后续工作。
优选的，所述的陈化装置内还设置有两个溶剂盒，所述其中一个溶剂盒内盛放脱稳剂，另一个溶剂盒内盛放助凝剂，所述脱稳剂用于将固废与水的混合物中的油污或胶体颗粒失去排斥力和吸引力，转化成絮体；所述助凝剂可以进一步提高混凝效果使固体废料的陈化效果更好。
优选的，所述外筒底部一侧设置有出水管路，所述出水管路包含一个支路，所述支路与所述高压水泵相连；所述出水管路用于将离心的废液排出，所述外筒壁与所述出水管路连接处设置有以聚四氟乙烯框架和不锈钢丝芯为材料的粗效滤网。通过设置粗效滤网，使最后排出的废液可以进一步重复利用。
优选的，所述离心孔的孔径为250目。
一种利用所述装置制备烧结砖的方法，包括如下步骤：包括如下步骤：
a.将钻井固废和页岩分别在所述破碎装置中破碎备用，所述破碎后的颗粒大小为270-300 目；
b.将破碎好的钻井固废和页岩按照1：2-2.5的比例在陈化装置中进行搅拌混合，再加入脱稳剂进行液化处理，然后进行陈化预处理，其中陈化预处理的时间为15-24h；
c.将第一次陈化处理后的原料在内筒中进行固液分离，将固废中的有害物质溶解中水中排出，然后补充溶剂进行陈化，所述陈化时间为64-72h；
d.将陈化处理的物料送入挤压成型装置进行压块得到砖坯备用；
e.将砖坯传送至烘干烧制窑进行烧制得到烧结砖成品。
优选的，将成型砖坯送入烘干窑烘干36-64小时，再转入烧结窑中以900-1000℃的温度进行烧制8-12小时。
本发明的有益效果是：
通过利用本发明中的装置制备的烧结砖工艺中，针对固废中的有害固体进行陈化前预处理工作，将固废中的有害物质在陈化装置中排出，再进一步进行陈化步骤，这样的操作工艺实现了烧制砖易成型，裂纹少，成品砖的表面光洁度，密实度等较好；
对利用钻井固废制备烧结砖过程中的产生的废气以及钻井固废对周围环境的辐射通过本发明的陈化装置，陈化预处理过程使废气的排放量以及对周围环境的辐射影响降低。
对制得的成品砖做进一步放射性监测发现，成品砖的放射性变低。
附图说明
图1为本发明的陈化装置的结构示意图；
图2为本发明的陈化装置的结构示意图；
图3为离心筒的结构示意图；
图中，a-破碎装置，b-陈化装置，c-挤压成型装置，d-烘干烧制窑，2-外筒，3-内筒，4- 搅拌杆，5-第一电机，6-第二电机，7-密封底板，8-挡板，9-高压水管，10-高压水泵，11-高压喷头，12-出水管，13-主动齿轮，14-从动齿轮，15-固废排出口，16-离心孔，18-支路，19- 滤板。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
为了提高固废制砖的效率，降低废气排放，烧结砖放射性降低及降低烧结砖不良率，提供一种利用钻井固废制备烧结砖的装置，包括破碎装置a、陈化装置b、挤压成型装置c和烘干烧制窑d，所述破碎装置a用于将钻井固废和制砖原料分别进行破碎，所述破碎装置a设置有出料口，所述出料口与所述陈化装置b的进料口连接；其中，对钻井固废制备烧结砖工艺中的陈化装置b进行了进一步的改进，如图2所示，所述陈化装置b包括外筒2、内筒3、搅拌杆4、第一电机5、第二电机6、密封底板7；所述外筒2与所述内筒3同轴嵌套设置，所述第一电机5设置于所述陈化装置顶部中心位置，所述搅拌杆4与所述第一电机5的输出轴固定连接，所述内筒3底端伸出所述外筒2底端，所述第二电机6用于驱动所述内筒3转动，所述内筒3底部设置有密封底板7所述外筒2顶部设置有挡板8，所述挡板8上开设有进料口和进水口；
所述挤压成型装置c的进料口与所述内筒3底部连接，将陈化好的原料通过内筒3底部转移入挤压成型装置c中，所述挤压成型装置c设置有切块器，切割好的砖坯通过传送带输送至烘干烧制窑d。
工作过程：将钻井固废与页岩按照一定比例混合，进行粉碎，将粉碎后的物料通过出料口加入陈化装置中，陈化分为两步，首先是陈化预处理，其次是陈化，陈化结束后通过陈化装置的内筒将陈化好的物料加入挤压成型装置中，进行压制砖坯，砖坯压制好后通过坯车送入烧砖窑中烧结。
具体的，所述内筒3下端的外壁上固设有从动齿轮14，所述第二电机6的输出轴上固设有主动齿轮13，所述主动齿轮13与所述从动齿轮14啮合，启动第二电机6，所述第二电机 6上的主动齿轮13将带动内筒3外壁上的从动齿轮14高速转动将内筒3内的废液与固体废料分离。
具体的，所述外筒2的侧壁上设置有多个高压喷头11，所述高压喷头11从外筒2的外壁穿设至所述外筒2内壁，所述高压喷头11连接有高压水管9和高压水泵10，启动高压水泵 10后，高压水流从高压喷头11内向内筒2外壁喷射，将离心孔16内残留的固体废料冲洗干净防止堵筛离心孔16而影响后续工作。
具体的，所述的陈化装置b内还分别设置有溶剂盒，所述溶剂盒内添加有脱稳剂和助凝剂，所述脱稳剂用于将固废中的油污或胶体颗粒失去排斥力和吸引力，转化成絮体；所述助凝剂可以进一步提高混凝效果使固体废料的陈化效果更好。
具体的，所述外筒底部一侧设置有出水管路12，所述出水管路12用于将离心的废液排出，所述出水管路12设置有以聚四氟乙烯框架和不锈钢丝芯为材料的粗效滤网。通过设置粗效滤网，使最后排出的废液可以进一步重复利用。
具体的，所述内筒3的筒壁上阵列形式分布有离心孔16，如图2所示，所述离心孔16的孔径为250目。
陈化工作原理：将破碎至一定粒度的固废和页岩按照一定比例通过进料口加入陈化装置内筒3中，通过进水口加入水和脱稳剂，通过搅拌轴4对固体物料进行充分混合搅匀后静置，将固废中的有害物质油污及胶体颗粒等从固废中分离出来，启动第二电机6驱动内筒3转动进行离心脱水，使废水从固体废料中排出，再向内筒3中加入水和助凝剂，开始陈化处理，混匀的物料在静置陈化的过程中颗粒变疏散，水分匀化，颗粒表面的水分进一步渗入颗粒内部，形成均匀的达到成型标准的物料，陈化结束后，开启密封底板7将物料传送至制备砖坯的挤压成型装置中，整个过程中，通过控制内筒3离心的时间来调整陈化过程中固体物料的含水量范围，陈化过程结束后，将在离心过程中会有少量的污泥堵塞离心孔，通过排出的废水由高压水泵进入高压喷头对内筒外壁进行冲洗后统一将废水排出。
实施例2
为了实现根据本发明装置的优点，还提供了一种利用钻井固废制备烧结砖的方法；
包括如下步骤：
a.将钻井固废和页岩分别在所述破碎装置中破碎，备用；
b.将破碎好的钻井固废和页岩按照1：2的比例在陈化装置中进行搅拌混合，再加入水和脱稳剂进行陈化预处理，陈化时间为24h；
c.将陈化预处理后的原料在内筒中进行固液分离，然后添加助凝剂进行陈化处理，陈化时间为64h；
d.将陈化处理得到的脱水物料送入挤压成型装置进行压块得到砖坯备用；
e.将砖坯传送至烘干烧制窑进行烧制得到烧结砖成品。
其中，将成型砖坯送入烘干窑烘干48小时，再转入烧结窑中以900-1000℃的温度进行烧制10小时得到成品。
1、烧结废气的实验结果
参照国家标准GB5101-2003《烧结普通砖》和GB29620-2013《砖瓦工业大气污染物排放标准》对未制备烧结砖的过程中产生的烧结废气的多次抽样检测结果见表1。
(1)烟尘、二氧化硫、氮氧化物、和氟化物
表1脱硫后的烧结废气实验结果(单位mg/m3)
实验组1为采用上述实施例1的装置和实施例2的方法制备烧结砖的工序，实验组2和对照组分别为含有固废和不含有固废的的固体物料，采用的烧结砖工序除了陈化过程中与实验组1不同，其余工序均相同。
由表1可知，含钻井固废的烧结废气与不含钻井固废的烧结废气中，砖瓦工业的常规污染物二氧化硫，氮氧化物和氟化物的最大排放浓度略有上涨，但变化均较小，烟尘的排放浓度没有太大的变化，折算后的各污染物浓度均能满足GB29620-2013《砖瓦工业大气污染物排放标准》的要求。
(2)氯化氢、汞及其化合物和二噁英
参照国家标准(GB16297-1996)《大气污染物综合排放标准》的要求，关于氯化氢、汞及其化合物和二噁英的检测见表2。
表2脱硫后的烧结废气实验结果(单位mg/m3)
由表2可知，废气中未检出汞及其化合物，由于钻井固废中添加了部分KCl的原因，使其浓度指标偏高，但均能满足(GB16297-1996)《大气污染物综合排放标准》的要求；参照《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)，上述废气中二噁英毒性当量远低于排放标准，均能满足标准要求，对周围环境空气质量影响较小。
2.周边辐射环境监测结果
表3烧结过程周边辐射环境检测结果(单位mg/m3)
由表3可知，与区域外本底项目相比，不论是否添加钻井固废，制砖项目均会对周边环境辐射产生一定影响，但添加钻井固废后烧结与不添加钻井固废烧结(对照样)相比，不会加大周围辐射环境的不良影响。
3、成品砖检测结果
表4含钻井固废的成品砖结果
从表4可知，由含钻井固废制得的成品砖作为建筑材料其放射性指标能够满足《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)、《民用建筑工程室内环境污染控制规范》(GB50325-2010) 中建筑主体材料的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种利用钻井固废制备烧结砖的装置，包括破碎装置、陈化装置、挤压成型装置和烘干烧制窑，所述破碎装置用于将钻井固废和制砖原料分别进行破碎，所述破碎装置设置有出料口，所述出料口与所述陈化装置的进料口连接；
其特征在于：所述陈化装置包括外筒、内筒、搅拌轴、第一电机、第二电机、密封底板；所述外筒与所述内筒同轴嵌套设置，所述内筒的筒壁上阵列形式分布有离心孔，所述内筒内设置有搅拌轴，所述搅拌轴与所述第一电机的输出轴固定连接，所述内筒底端伸出所述外筒底端，所述第二电机用于驱动所述内筒转动，所述内筒底部设置有密封底板；所述外筒顶部设置有挡板，所述挡板上开设有进料口，进水口；
所述挤压装置的进料口与所述内筒底部连接，所述挤压装置设置有切块器，切割好的砖坯通过传送带输送至烘干烧制窑。
2.根据权利要求1所述的一种利用钻井固废制备烧结砖的装置，其特征在于：所述内筒下端的外壁上固设有从动齿轮，所述第二电机的输出轴上固设有主动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。
3.根据权利要求1所述的一种利用钻井固废制备烧结砖的装置，其特征在于：所述外筒的侧壁上设置有多个高压喷头，所述高压喷头从外筒的外壁穿设至所述外筒内壁，所述高压喷头连接有进水管和高压水泵。
4.根据权利要求1所述的一种利用钻井固废制备烧结砖的装置，其特征在于：所述的陈化装置内还设置有两个溶剂盒，所述其中一个溶剂盒内盛放脱稳剂，另一个溶剂盒内盛放助凝剂。
5.根据权利要求1所述的一种利用钻井固废制备烧结砖的装置，其特征在于：所述外筒底部一侧设置有出水管路，所述出水管路用于将离心的废液排出，所述出水管路设置有以聚四氟乙烯框架和不锈钢丝芯为材料的粗效滤网，所述出水管路包含一个支路，所述支路与所述高压水泵相连。
6.根据权利要求1所述的一种利用钻井固废制备烧结砖的装置，其特征在于：所述离心孔的孔径为250目。
7.一种利用权利要求1所述装置制备烧结砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将钻井固废和页岩分别在所述破碎装置中破碎备用，所述破碎后的颗粒大小为270-300目；
b.将破碎好的钻井固废和页岩按照1：2-2.5的比例在陈化装置中进行搅拌混合，同时加入水和脱稳剂进行液化处理，然后进行陈化预处理；
c.将陈化预处理后的原料在内筒中进行固液分离，将固废中的有害物质溶解中水中排出，然后补充溶剂进行陈化，所述陈化时间为64-72h；
d.将陈化后的物料送入挤压成型装置进行压块得到砖坯备用；
e.将砖坯传送至烘干烧制窑进行烧制得到烧结砖成品。
8.根据权利要求7所述的一种钻井固废制备烧结砖的方法，其特征在于，将成型砖坯送入烘干窑烘干36-64小时，再转入烧结窑中以900-1000℃的温度进行烧制8-12小时。
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