CN111362668B - 利用工业废渣污泥生产石子的制备方法及在混凝土中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用工业废渣污泥生产石子的方法，由污水处理厂将生物化、印染、药泥、化工等污水处理后排出的各种污泥和辅助材料中和渣、垃圾灰、秸秆灰等废渣按一定比例混合制成物料球，堆放或直接放入回转窑或立窑，依次经预热反应区、水化分解区、焙烧区和冷却区出窑，即得石子材料，该石子材料可用于混凝土的配制，广泛用于道路、桥梁、水下、大坝、高速路、地铁、隧道、工业及民用建筑工程建设用料中；本发明中的石子制备工艺简单，对污泥的处理能力强，且能迅速减少污泥堆积，具有广阔的应用市场前景。
Description
技术领域
本发明属于采用环保式石子材料制备混凝土的技术领域，具体涉及一种以污泥为主要原材料而制成的污泥式石子材料，特别是对污水处理厂生物化、印染、药泥、化工等污水进行处理后排出的污泥为主要原料生产的一种既能替代天然石子又能用于配制混凝土的具有高活性的水硬性污泥式石子材料，属于无害化处理的一种制备方法。
背景技术
随着国家经济的快速发展，污泥的排放量大量增加，年排放量约达2.5亿吨，而被开发利用的污泥仅占排放污泥量的20％左右，导致大量的污泥被堆积。未被利用的污泥堆放不仅占用大量土地，而且造成环境的二次污染。随着国家对环保产业扶持力度的不断加大，以及环境理念的深入人心，开发利用污泥已是当务之急。
本发明中的污泥是指污水处理厂将生物化、印染、药泥、化工等各种工业污水用重力浓缩而成和机械化脱水等方式排出的废渣，简称为污泥，它主要含有SiO2、CaO以及植物生长发育所需的钾、磷、氮等多种微量元素，还含有少量的重金属和铬一类的物质、寄生虫等对人体有害成分，含水量在50-60％，开发利用非常困难。
为了将上述污泥变废为宝，减量化处理，国内外的科技人员提出了一些技术方案，其主要处理方法是将污泥进行堆放填埋，投弃海洋、焚烧、堆肥和将污泥用于烧制高温水泥熟料方法等，但上述技术方案存在以下缺点：①配比量较低，会使产品增加用水量，影响水泥混凝土浆体工程质量；②污泥用于配制高温水泥熟料，质量仍处于波动大、不稳定的阶段，到目前为上，仍都停留在试验阶段，难以大规模推广使用。
发明内容
为了克服现有技术中采用污泥生产的水泥熟料只能替代10％的不足之处，本发明提供一种以污泥为主要原材料就能生产出直接作为水硬性石子材料用于配制混凝土中的制备方法，该制备方法生产周期短、生产效率高、污泥用量大、能耗低、生产成本低、便于推广使用。
本发明所提供的技术方案如下：
利用工业废渣污泥生产石子的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量百分数称取污泥、垃圾灰、中和渣和秸秆灰，加入搅拌成型机，边搅拌边加入水充分混合均匀，再将混合后的原料加工成分散均匀、不出现结决起团和粉尘现象的物料球；
(2)将物料球放入窑中，在窑内依次经过50℃的预热反应区、水化分解区、焙烧区、降温冷却区后出窑，即得石子。
优选地，以重量百分数计，污泥的加入量为75-95％、垃圾灰、中和渣、秸秆灰总共加入的量为5-25％；其中，污泥是污水处理厂排出的生物化类污泥、印染类污泥、药泥类污泥、化工类污泥中的一种或几种；垃圾灰是用垃圾焚烧后排出的废渣；中和渣是利用矿山资源生产稀土产品企业排出的废渣；秸秆灰是利用秸秆发电后排出的废渣。
优选地，步骤(2)中，物料球需堆放固化后入窑或无需堆放直接入窑。
优选地，步骤(1)中的窑为回转窑或立窑。
优选地，步骤(2)中的焙烧区是形成新的矿物组成的区域，焙烧温度为800-1300℃。
更优选地，新的矿物组成中，成分钙硅比为1.0-1.2。
优选地，在采用制得的石子制作混凝土时，物料球的直径为2-20mm。
本发明还公开了一种利用工业废渣污泥生产的石子在混凝土中的应用，制得的石子可100％直接替代天然石子用于制作配制混凝土产品；由此制得的混凝土可广泛用于道路、桥梁、水下、大坝、高速路、地铁、隧道、工业及民用建筑工程建设用料中。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
(1)本发明采用工业废渣污泥生产石子材料，大量使用的原材料为污泥，该污泥是污水处理厂将生物化、印染、药泥、化工等各种工业污水用重力浓缩为主和机械化脱水等排出的废渣，故本发明中的制备方法对污泥的处理能力强，能够迅速减少污泥的堆放和填埋，变废为宝，消除公害。而且，污泥生产的石子材料在用于配制混凝土产品的质量，与现有天然石子配制的混凝土产品质量相当，其物理性能如抗折、抗压强度高，可广泛用于道路、桥梁、水下、大坝、高速路、地铁、隧道、工业及民用等建筑工程建设中。本发明制得的石子材料已经滨海金尼混凝土有限公司配制商品混凝土工程实际使用，其配制的混凝土质量具有强度高、坍落度损失小、收缩率小、水化热低，和易性好，耐磨、抗冻性好等优点。
(2)本发明既可以将物料球堆放固化，也可以不需要预先堆放固化或晾干直接入窑，可明显缩短生产周期和取消堆放固化或晾干场地，将物料球直接入回转窑或立窑更有利于进行预热反应、水化分解以及焙烧形成新的矿物组成，从而提高产品质量，所以在窑中只需要连续循环预热反应、水化分解、焙烧形成新的矿物组成、冷却出窑，便能生产出合格的污泥石子材料。
(3)采用本发明中的方法生产污泥石子材料，可利用污泥本身具有的热能物质，降低焙烧能耗，减少二氧化碳排放量3/4，使生产成本进一步降低，为解决污泥处置难题提供了新途径、新思路、新技术，更是符合国家工业废渣资源化循环发展和有利于环保政策的变废为宝的好方法，便于规模化推广使用。
具体实施方式
本发明的工业废渣污泥制备石子材料，完全由污水处理厂将生物化、印染、药泥、化工等工业污水经脱水后排出的废渣作为主要原料和中和渣、秸秆灰等辅助原料制成，经多次试验可知，污泥石子材料中污泥的含量按重量百分数在75-95％之间，辅助材料中和渣、秸秆灰等的含量按重量百分数在5-25％之间配制成总的重量百分数之和为100％时，均可生产出合格的污泥石子材料。
同时，经对工业废渣污泥生产的石子材料的性能检测研究后，焙烧的温度高低会对产品的性能有直接的影响，产品最佳的焙烧温度要在连续循环中由低温到高温形成最佳的矿物组成为最好的产品性能，所以根据原材料的性能，确定工业废渣污泥生产石子材料产品的整体焙烧的温度变化幅度为50-800-1300℃。为了便于预热水化分解和焙烧形成新的矿物组成成分，物料球的优选直径为2-20mm。
本发明公开了利用工业废渣污泥制备石子的方法，包括以下步骤：
(A)将主要材料污泥按规定重量百分数计算为75-95％和辅助材料垃圾灰、中和渣、秸秆灰按规定重量百分数计算为5-25％，得最终比例之和为100％的原材料，加入搅拌成型机，边搅拌边根据实际加入适量的水充分混合搅拌均匀后，将物料加工成分散均匀、不出现结决起团和粉尘现象的物料球；
(B)将物料球堆放后入回转窑或立窑，也可以直接入回转窑或立窑，在窑内依次进入50℃的预热反应区、连续进入水化分解的温升区、连续进入形成新的矿物组成800-1300℃的焙烧区、连续进入降温冷却区出窑后，出窑即得污泥石子材料。可直接将污泥生产的石子材料用于配制混凝土产品，广泛用于道路、桥梁、水下、大坝、高速路、地铁、隧道、工业及民用等建筑工程建设用料中。
污泥、垃圾灰、中和渣、秸秆灰的部分具体配比和焙烧温度如表一所示。选择配比时，可根据具体污泥成分的情况，决定辅助材料中和渣、秸秆灰等其它废渣最佳掺入量的多少，使材料中的钙硅比控制在1.0-1.2之间为最佳。
表一
本发明利用工业废渣生产的污泥石子材料，可直接用来配制混凝土，按照15×15×15cm试块规格进行有关物理性能标准测试抗压强度、凝结时间、抗氯离子渗透、抗冻性模量、质量损失、坍落度和损失值等性能参数，产品经滨海金尼混凝土有限公司使用和测试后，其主要物理性能如抗压强度等性能质量与天然石子材料配制混凝土产品的质量相当，测定结果如表二所示。
表二：本发明的工业废渣污泥生产的石子材料产品与天然石子材料分别制成的混凝土主要物理性能对比结果
其中，表二中序号1-10中的污泥石子，分别根据表一中对应实施例1-10公开的各物质配比以及焙烧温度制备所得。
本发明使用的工业废渣污泥是污水处理厂排出的各种污泥；垃圾灰是焚烧厂用垃圾焚烧后排出的废渣；中和渣是一种矿山资源生产稀土产品企业排出的废渣称为中和渣；秸秆灰是秸秆发电厂排出的废渣称为秸秆灰。上述物质来源广泛，成本极低，只需要少量的运输费用。将上述材料按一定比例混合搅拌成球状，使具有均匀分散性的物料球在低温预热反应和循环升温中水化分解以及连续进入800-1300℃焙烧形成新的矿物组成成分，其钙硅比控制在1.0-1.2之间，让污泥与各种辅助材料废渣中的化学成分起中和反应，使污泥中的重金属等有害物质，都固熔在污泥石子材料的晶格中，再也不逸出或析出，没有二次污染隐患。而按一定比例的污泥与各种辅助材料废渣配比混合生产的石子材料中会产生新的功能基因，增加了致密、高分散性的钙和硅的水化矿物，这些新产物本身就形成了一定的硬化强度，是一种具有高活性的水硬性胶凝材料。将工业废渣污泥生产的石子材料用于配制混凝土产品，广泛用于各种建筑工程建设中，能极大地提高混凝土强度，改善混凝土需水性能、坍落度、碳化性、抗冻性、耐磨性、渗透性能等，具有加强混凝土石结构的作用，且能在混凝土水化过程中有一定的微集料作用，改善了混凝土早期强度低的弊病。填实硬化混凝土浆体的孔隙和裂缝，增加它们之间的粘结力，使颗粒级配更加合理，有利于提高混凝土强度。本发明将污水处理厂排出的堆积如山又难以处置的各种污泥与各种辅助材料废渣处理成需求量巨大、投资少、产品强度高、耐磨性、抗冻性、碳化性、渗透性、坍落度、干缩性好等优点的污泥石子，为解决污泥处置难题提供了新途径、新思路、新技术，更是符合国家工业废渣资源化循环发展和有利于环保政策的变废为宝的好方法，便于规模化推广使用。
Claims (3)
1.利用工业废渣污泥生产石子的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按重量百分数称取污泥、垃圾灰、中和渣和秸秆灰，加入搅拌成型机，边搅拌边加入水充分混合均匀，再将混合后的原料加工成分散均匀、不出现结块起团和粉尘现象的物料球；
（2）将物料球放入回转窑或立窑中，在窑内依次经过50℃的预热反应区、水化分解区、焙烧区、降温冷却区后出窑，即得石子；以重量百分数计，污泥的加入量为75-95%，垃圾灰、中和渣、秸秆灰总共加入的量为5-25%；其中，污泥是污水处理厂排出的生物化类污泥、印染类污泥、药泥类污泥、化工类污泥中的一种或几种；垃圾灰是用垃圾焚烧后排出的废渣；中和渣是利用矿山资源生产稀土产品企业排出的废渣；秸秆灰是利用秸秆发电后排出的废渣；焙烧区是形成新的矿物组成的区域，焙烧温度为800-1300℃；制备的石子矿物组成中钙硅比为1.0-1.2。
2.根据权利要求1所述的利用工业废渣污泥生产石子的制备方法，其特征在于：在采用制得的石子制作混凝土时，物料球的直径为2-20mm。
3.权利要求1所述方法制备的石子在混凝土中的应用，其特征在于，所述石子直接使用100%替代天然石子用于配制生产混凝土产品，用于工业及民用建筑工程建设用料中。
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