CN111217580B - 一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于城市、工业废弃资源再利用领域，具体涉及一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土及其制备方法，原料包括污泥气化干馏渣40～60%，水泥5～20%，石英砂0～10%，石灰5～20%，石膏1～5%，铝粉0.02～0.1%，所述水的质量为上述原料质量总和的55～75%。制备方法：按配比称量物料中各组分，并按量备水；按顺序加入原料混合，搅拌得加气混凝土浆料；往加气混凝土浆料中加入铝粉并搅拌，把浆料倒入模具中，进行浆料的发气硬化成型。本发明通过将城市污泥进行干化、造粒、气化得到污泥气化干馏渣，作为制备加气混凝土的原料，充分使废物得到了利用，有利环保，降低了工厂的生产成本。

Description

一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于城市、工业废弃资源再利用领域，具体涉及一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土及其制备方法。
背景技术
随着城市人口的增加、工业生产的发展，城市废水、污水的排放量日益增多，这也导致了城市污泥排放量的激增。据报道，我国污水排放量已达5.11×104亿吨/年，污泥数量约占处理水量的0.3％～0.5％，每年的排放量巨大。污泥中含有一些重金属、病原菌和毒性有机物，会产生土地污染、腐烂、散发臭气，污染地下水等环境危害，但城市污泥同样富含有生物源、有机质和一些无机组分，可以资源化利用。污泥的无害化处置和资源化利用技术一直是国内外研究的热点问题。
城市污泥处理主要有填埋、农用堆肥、填海和热化学处理等几种方法。填埋是将污泥作为一种废物来对待，其处理方法主要着眼于如何消除危害及减小体积。由于土地资源的紧缺和环境压力的增大，已逐渐减少或被禁止使用。由于污泥中含有氮和磷等成分，污泥农用在许多国家受到重视并得到应用，但存在污泥中的重金属使土壤和作物受到污染的潜在危险。污泥的热处理方法主要是焚烧，但也要考虑潜在的二噁英污染。迄今科研人员仍在探寻高效的污泥无害化处理与资源化利用技术。针对目前我国城市建设需要大量绿色建筑材料以及城市污泥亟需得到无害化、资源化利用的现状，已有技术提出了城市污泥热解干馏气化处置方式，该技术产生的大量污泥气化干馏渣亟需安全消纳。
加气混凝土是以砂、粉煤灰、硅尾矿等硅质原料和石灰、水泥等钙质材料为主要原料，掺加发气剂(铝粉)，通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。经过几十年的发展，加气混凝土是唯一一种能够满足单一材料建筑节能65％的要求，是一种新型建筑材料，已经被人们认识并认可。作为一种新型建筑材料，加气混凝土砌块的重量只有普通混凝土的1/4～1/5、粘土砖的1/3～1/4，因而可大大减轻建筑物的自重，降低建筑物基础造价10％～15％。在保温隔热方面，通常20cm厚的加气混凝土砌块墙的保温隔热效果相当于49cm的普通砖墙，起到节约能源和增加建筑空间的效果。加气混凝土砌块的原料和产品本身均为无机物，10cm厚的墙体耐火极限可达4小时以上。
现有技术中有使用污泥水解残渣制备加气混凝土，如中国专利CN10792326A公开的以污水厂污泥水解残渣生产的高强砂加气混凝土砌块及其生产方法，有利用电石渣制备加气混凝土砌块的，如中国专利CN107963903A公开的一种利用污泥、电石渣制备的蒸压加气混凝土砌块，但至今还未发现利用污泥气化干馏渣制备加气混凝土的资料。
发明内容
为解决现有技术中城市污泥处理困难的问题，本发明提供一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，由以下质量百分比的原料和水组成：污泥气化干馏渣40～60％，水泥5～20％，石英砂0～10％，石灰5～20％，石膏1～5％，铝粉0.02～0.1％，所述水的质量为上述原料质量总和的55～75％。
进一步地，所述污泥气化干馏渣为将含水率为60～80％的城市污泥经干化、造粒和1000～1200℃气化后的残渣，所得污泥气化干馏渣的含水率≤10％，SiO2含量≥35％。
进一步地，所述水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥，细度为过0.075mm负压筛。
进一步地，所述石英砂含水率≤20％，其SiO2含量≥80％。
进一步地，所述石灰的细度为过0.075mm负压筛；石灰的有效钙含量为60～85％。
进一步地，所述石膏为脱硫石膏或天然石膏，含水率≤25％。
进一步地，所述铝粉为加气铝粉，主要成分为单质铝，其表面有少量的氧化铝，其中氧化铝含量≤1％。
本发明还提供一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土的制备方法，包括以下步骤：
A.按上述配比称量各组分，并按量备水，将污泥气化干馏渣与石英砂分别进行湿磨，经湿磨后细度为过0.075mm负压筛；；
B.按顺序加入污泥气化干馏渣、石英砂、石灰、石膏、水泥与水混合，搅拌得加气混凝土浆料；
C.往加气混凝土浆料中加入铝粉并搅拌，把浆料倒入模具中，进行浆料的发气硬化成型；
进一步地，所述步骤C中发气硬化成型分为静停养护和蒸压养护，所述静停养护温度为30～50℃，养护时间为3～6h，所述蒸压养护温度为180～200℃，养护气压为1.2～1.8Mpa，养护时间为6～12h。
本发明污泥气化干馏渣加气混凝土掺合料各组成的主要作用为：
污泥气化干馏渣：城市污泥具有一定热值，经过1000-1200℃高温处理后，污泥中的二氧化硅物质保留在干馏渣中，干馏渣可作为加气混凝土中的硅质材料，降低加气混凝土原材料成本，实现污泥的资源化利用。
普通硅酸盐水泥：主要作用于加气混凝土的早期强度，形成足够的脱模强度。
铝粉：铝粉在碱性条件下与氢氧根发生反应生成偏铝酸根，同时释放氢气。释放出的氢气在上浮过程中使混凝土膨胀，并在混凝土中留下气孔。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过将城市污泥进行干化、造粒、气化，将污泥中的有机质全部燃烧，得到污泥气化干馏渣，并将其作为制备加气混凝土的原料，充分使废物得到了利用，有利环保，降低了工厂的生产成本。
2.本发明选取污泥气化干馏渣为硅质原料，搭配水泥、石英砂、石灰、石膏和铝粉，制备加气混凝土，其抗压强度均达到国家标准，可正常应用至工业。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
以下实施例中采用的污泥气化干馏渣的制备方法：将含水率为60～80％的城市污泥进干化机降低其含水率，再通过斗提机输送至造粒系统，形成球状颗粒，将造成的有强度的颗粒通过斗提进入气化炉，通过1000～1200℃的高温进行热解气化，最终从炉底排出的残渣即为污泥气化干馏渣，所述污泥气化干馏渣的含水率不高于10％，其SiO2含量不低于35％，经湿磨后细度为过0.075mm负压筛。
以下实施例采用的水泥采用的是P·O42.5普通硅酸盐水泥，细度为过0.075mm负压筛；采用的石英砂含水率不高于20％，其SiO2含量不低于80％，经湿磨后细度为过0.075mm负压筛；采用的石灰的细度为过0.075mm负压筛；石灰的消解时间为20～40min，消解温度为60～90℃，有效钙含量为60～85％；采用的石膏为脱硫石膏及天然石膏，含水率不高于25％，其中天然石膏具体为天然二水石膏；采用的铝粉为加气铝粉，主要成分为单质铝，其表面有少量的氧化铝，氧化铝含量≤1％。
实施例1
一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，原料包括：污泥气化干馏渣59.39％，污泥气化干馏渣中SiO2含量为38.60％，天然二水石膏2.06％，石灰15.82％，石英砂9.31％，普通硅酸盐水泥13.40％，铝粉0.06％，加入上述原料质量总和55.79％的水，具体用量见表1。
制备方法包括以下步骤：
将污泥气化干馏渣与石英砂分别进行湿磨，湿磨时间为15min，湿磨温度为60℃，按顺序混合污泥气化干馏渣、石英砂、石灰、石膏和剩余的水，最后加入水泥，目的是防止水泥与其他物料先反应而失效，混合搅拌得加气混凝土浆料，将铝粉添加到加气混凝土浆料中，快速搅拌至浆料成流状，把浆料迅速倒入模具中静停养护发泡，静停养护温度为35℃，静停养护时间为3.5h，之后将加气混凝土坯体取出，放入蒸压釜中，蒸压时间为8h，蒸压温度为180℃，蒸压压力为1.5Mpa。养护三天后，随机抽取两组含污泥气化干馏渣加气混凝土试块(100×100×100mm)进行测试其基本力学性能，其中密度和抗压强度分别如表2所示。
表1.本实施例中各原料配比
Figure BDA0002394970910000041
表2.本实施例制备的含污泥气化干馏渣加气混凝土基本力学性能指标
Figure BDA0002394970910000042
如表2所示，所制备的加气混凝土试块中，抗压强度基本分布在3.70MPa左右，均达到国家标准(B06级加气混凝土抗压强度P≥3.5MPa)，可满足工业生产需求。
实施例2
一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，原料包括：污泥气化干馏渣56.96％，污泥气化干馏渣中SiO2含量为40.50％，天然二水石膏1.94％，石灰16.79％，石英砂9.47％，普通硅酸盐水泥14.78％，铝粉0.06％，加入上述原料质量总和71.47％的水，具体用量见表3。
制备方法包括以下步骤：
将污泥气化干馏渣与石英砂分别进行湿磨，湿磨时间为15min，湿磨温度为55℃，按顺序混合污泥气化干馏渣、石英砂、石灰、石膏和剩余的水，最后加入水泥，防止水泥与其他物料先反应而失效，混合搅拌得加气混凝土浆料，将铝粉添加到加气混凝土浆料中，快速搅拌至浆料成流状，把浆料迅速倒入模具中静停养护发泡，静停养护温度为35℃，静停养护时间为3h，之后将加气混凝土坯体取出，放入蒸压釜中，蒸压时间为8h，蒸压温度为180℃，蒸压压力为1.6Mpa。养护三天后，随机抽取两组含污泥气化干馏渣加气混凝土试块(100×100×100mm)进行测试其基本力学性能，其中密度和抗压强度分别如表4所示。
表3.本实施例中各原料配比
Figure BDA0002394970910000043
Figure BDA0002394970910000051
表4.本实施例制备的含污泥气化干馏渣加气混凝土基本力学性能指标
Figure BDA0002394970910000052
如表4所示，本实施例所制备的加气混凝土试块中，抗压强度基本分布在3.70MPa左右，均达到国家标准(B06级加气混凝土抗压强度P≥3.5MPa)，可满足工业生产需求。
实施例3
一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，原料包括：污泥气化干馏渣52.73％，污泥气化干馏渣中SiO2含量为45.0％，脱硫石膏2.28％，石灰18.93％，石英砂8.91％，普通硅酸盐水泥17.06％，铝粉0.09％，加入上述原料质量总和61.58％的水，具体用量见表5。
制备方法包括以下步骤：
将污泥气化干馏渣与石英砂分别进行湿磨，湿磨时间为15min，湿磨温度为55℃，按顺序混合污泥气化干馏渣、石英砂、石灰、石膏和剩余的水，最后加入水泥，防止水泥与其他物料先反应而失效，混合搅拌得加气混凝土浆料，将铝粉添加到加气混凝土浆料中，快速搅拌至浆料成流状，把浆料迅速倒入模具中静停养护发泡，静停养护温度为40℃，静停养护时间为3.5h，之后将加气混凝土坯体取出，放入蒸压釜中，蒸压时间为8h，蒸压温度为200℃，蒸压压力为1.6Mpa。随机抽取两组含污泥气化干馏渣加气混凝土试块(100×100×100mm)进行测试其基本力学性能，其中密度和抗压强度分别如表6所示。
表5.本实施例中各原料配比
Figure BDA0002394970910000053
表6.本实施例制备的含污泥气化干馏渣加气混凝土基本力学性能指标
Figure BDA0002394970910000054
如表6所示，本实施例所制备的加气混凝土试块中，试块的基本力学均达到国家标准(B05级加气混凝土抗压强度P≥2.5MPa)，可满足工业生产需求。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (8)

1.一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，其特征在于，由以下质量百分比的原料和水组成：污泥气化干馏渣52.73～59.39%，水泥13.40～17.06%，石英砂8.91～9.47%，石灰15.82～18.93%，石膏1.94～2.28%，铝粉0.06～0.09%，所述水的质量为上述原料质量总和的55～75%；所述污泥气化干馏渣为将含水率为60～80%的城市污泥经干化、造粒和1000～1200℃气化后的残渣，所得污泥气化干馏渣的含水率≤10%，SiO2含量≥35%；污泥气化干馏渣的制备方法：将含水率为60～80％的城市污泥进干化机降低其含水率，再通过斗提机输送至造粒系统，形成球状颗粒，将造成的有强度的颗粒通过斗提进入气化炉，通过1000～1200℃的高温进行热解气化，最终从炉底排出的残渣即为污泥气化干馏渣。
2.根据权利要求1所述的一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，其特征在于，所述水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥，细度为过0.075mm负压筛。
3.根据权利要求1所述的一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，其特征在于，所述石英砂含水率≤20%，其SiO2含量≥80%。
4.根据权利要求1所述的一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，其特征在于，所述石灰的细度为过0.075mm负压筛；石灰的有效钙含量为60～85%。
5.根据权利要求1所述的一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，其特征在于，所述石膏为脱硫石膏或天然石膏，含水率≤25%。
6.根据权利要求1所述的一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土，其特征在于，所述铝粉为加气铝粉，主要成分为单质铝，其表面有少量的氧化铝，其中氧化铝含量≤1%。
7.一种含污泥气化干馏渣的加气混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.按权利要求1的配比称量各组分，并按量备水，将污泥气化干馏渣与石英砂分别进行湿磨，经湿磨后细度为过0.075mm负压筛；
B.按顺序加入污泥气化干馏渣、石英砂、石灰、石膏、水泥与水混合，搅拌得加气混凝土浆料；
C.往加气混凝土浆料中加入铝粉并搅拌，把浆料倒入模具中，进行浆料的发气硬化成型。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C中发气硬化成型分为静停养护和蒸压养护，所述静停养护温度为30～50℃，养护时间为3～6h，所述蒸压养护温度为180～200℃，养护气压为1.2～1.8Mpa，养护时间为6～12h。
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