CN111592245A - 一种利用废弃物为原料的环保水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用废弃物为原料的环保水泥及其制备方法，属于建筑材料技术领域，包括如下步骤：（一）废弃物预处理；（二）生料的制备；（三）熟料的制备；（四）成品的制备。本发明提供了一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法，充分考虑原料的性质，处理方法科学合理，不仅解决了资源浪费的问题，最终制得的水泥的抗压强度和抗折强度均得到显著的提升，物理性能优越，具有广泛的应用推广价值。

Description

一种利用废弃物为原料的环保水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用废弃物为原料的环保水泥及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高和城市化进程的加快，废弃物增长的压力也越来越大，相关的环境问题、社会问题也逐渐显现。人们在重新审视自己的生存方式的过程中，逐渐认识到只有通过废弃物回收利用的方式才能解决现实社会中出现的一系列问题，才能实现资源、环境和社会的可持续发展。在我国，用于建筑和环境营建的资材多数为不可再生资源，每年仅用于生产建材产品要消耗各种矿物资源就有约50亿t，在全国工业领域所占的资源消耗比重最大。而建材工业能源的消耗量几乎每年都在以10%以上的速度增长，2007年的总量已达1.95亿t标准煤。随着城市建设的继续推进，各种建设资材的需求迅速增长，与建筑业相关矿产的缺口逐年增大，我国已经成为世界上最大的资源进口国。把废弃物作为资源进行开发利用，可以缓解地球上和人类社会生产相关的自然资源迅速减少与人类对自然资源的需求不断增多的矛盾。通过加快废弃物在建筑营建中利用的产业步伐，可优化资源的供给结构，降低对各种不可再生天然资源的依存，为我国的物质资源环境保护与可持续发展提供保障。
现今也有利用农业、工业和城市废弃物制备水泥的研究，但是并没有合理的考虑废弃物的性质，没有得到充分的利用，最终制备的水泥的性能无法满足人们的需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法， 包括如下步骤：
（一）废弃物预处理：
a. 将锯木和农作物秸秆按照重量比为1:2~3共同投入反应釜内，将反应釜内的温度升至100~110℃，将反应釜内的压力升至6~9MPa，在此高温高压环境中处理10~12min后，快速泄压至常压后取出得混合物A备用；
b. 将操作a中所得的混合物A放入冷离子体设备中，冷等离子体处理5~9次后，置于干燥箱内进行干燥，取出得混合物B备用；
c. 分别称取相应重量份的操作b所得的混合物B 40~50份、粉煤灰10~12份、炉底渣12~18份、采矿废石3~7份分别置于粉磨机内进行磨粉，然后将所得的粉末混匀后投入处理剂中浸泡，浸泡处理1~2h后，滤出烘干得混合粉末C备用；
（二）生料的制备：
称取相应重量份的生石灰40~50份、步骤（一）所得的混合粉末C 24~28份、粘土1~2份、铁矿石0.2~0.4份、硅砂0.5~0.7份分别置于粉磨机内进行磨粉，得干粉状的生料备用；
（三）熟料的制备：
将步骤（二）中所得的生料喂入干法预分解窖进行预热、分解，然后在水泥回转窖中进行高温煅烧，煅烧处理10~12min后，得到物料液相量为20~24%的部分熔融状的物料，将熔融状的物料在篦冷机上用高压风机鼓风以50~60℃/min的冷却至室温即得熟料备用； （四）成品的制备：
将步骤（三）所得的熟料与石膏按照重量比为45~49:1混匀后投入粉磨机内进行磨粉即可。
进一步的，步骤（一）操作a中农作物秸秆至少为小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的一种。
进一步的，步骤（一）操作b中所述的冷等离子体处理的功率为1~3kW。
进一步的，步骤（一）操作c中所述的处理剂中各成分及对应重量百分比为：二辛基琥珀酸磺酸钠10~14%、吐温20 7~9%、质量分数为0.5~0.6%的氢氧化钠11~12%、硅烷偶联剂5~6%、丙二醇0.7~0.9%，余量为去离子水，浸泡时保持处理剂中的温度为70~80℃。
进一步的，步骤（二）中所述的生料中控制主要氧化物的含量分别为：GaO 63~65%、SiO2 21~23%、Al2O3 5~6%、Fe2O3 3~5%，所得生料粉的细度要求为80微米筛筛余是15~20%。
进一步的，步骤（三）中所述的高温煅烧的温度为1350~1450℃。
进一步的，步骤（四）中所述的磨粉控制比表面积≥350m2/kg。
一种利用废弃物为原料的环保水泥，所述的环保水泥是由上述方法制得的水泥。
本发明综合考虑现今的资源利用形式，在已有的利用废弃物制备水泥的基础上做了很大程度的改进，提供了一种利用废弃物为原料的环保水泥及其制备方法，充分考虑废弃物原料的性质，对其进行预处理后再将其应用到水泥的制备中，不仅有效的解决了资源浪费、废弃物污染环境的问题，还有效的提高了水泥的力学性能，提升了水泥的利用价值。锯木和农作物秸秆都是常见的废弃物，属于多孔性材料，大的孔隙和细胞腔和纹孔等，小的如微纤丝间隙，而且木材中含有许多亲水基团，使得水分很容易渗透到锯木的内部，且与锯木中某些成分以化学键或氢键形式结合，引起纤丝的润胀，如果直接将其添加到水泥的制备中，易吸水造成水泥变质，对强度的改善效果减弱，本发明将锯木和农作物按照合适的重量比共同投入反应釜内，随着温度和压力的上升，锯木和农作物秸秆混合物从外到内缓慢升温，产生一定的蒸气压，这些蒸气压力冲破了部分射线薄壁细胞和部分厚壁细胞的纹孔，从而开启了细胞液体流动通道，提高了混合物的渗透性，然后进行冷等离子处理，冷等离子体使混合物表面产生大量的自由基或使混合物表面活化，从而能进一步加成特定官能团，改善混合物的性能，此时将所得的混合物与粉煤灰、炉底渣、采矿废石分别磨粉后进入处理剂中，在处理剂有效成分的辅助作用下，粉煤灰、炉底渣、采矿废石粉末有效的结合到预处理后的锯木和农作物混合物的纤维丝上，再将其用于水泥的的制备中，从而提高水泥的强度。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供了一种利用废弃物为原料的环保水泥及其制备方法，充分考虑原料的性质，处理方法科学合理，不仅解决了资源浪费的问题，最终制得的水泥的抗压强度和抗折强度均得到显著的提升，物理性能优越，具有广泛的应用推广价值。
附图说明
图1为本发明具体实施例部分各实施例抗压强度对比图；
图2为本发明具体实施例部分各实施例抗折强度对比图。
具体实施方式
一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法， 包括如下步骤：
（一）废弃物预处理：
a. 将锯木和农作物秸秆按照重量比为1:2~3共同投入反应釜内，将反应釜内的温度升至100~110℃，将反应釜内的压力升至6~9MPa，在此高温高压环境中处理10~12min后，快速泄压至常压后取出得混合物A备用；
b. 将操作a中所得的混合物A放入冷离子体设备中，冷等离子体处理5~9次后，置于干燥箱内进行干燥，取出得混合物B备用；
c. 分别称取相应重量份的操作b所得的混合物B 40~50份、粉煤灰10~12份、炉底渣12~18份、采矿废石3~7份分别置于粉磨机内进行磨粉，然后将所得的粉末混匀后投入处理剂中浸泡，浸泡处理1~2h后，滤出烘干得混合粉末C备用；
（二）生料的制备：
称取相应重量份的生石灰40~50份、步骤（一）所得的混合粉末C 24~28份、粘土1~2份、铁矿石0.2~0.4份、硅砂0.5~0.7份分别置于粉磨机内进行磨粉，得干粉状的生料备用；
（三）熟料的制备：
将步骤（二）中所得的生料喂入干法预分解窖进行预热、分解，然后在水泥回转窖中进行高温煅烧，煅烧处理10~12min后，得到物料液相量为20~24%的部分熔融状的物料，将熔融状的物料在篦冷机上用高压风机鼓风以50~60℃/min的冷却至室温即得熟料备用； （四）成品的制备：
将步骤（三）所得的熟料与石膏按照重量比为45~49:1混匀后投入粉磨机内进行磨粉即可。
进一步的，步骤（一）操作a中农作物秸秆至少为小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的一种。
进一步的，步骤（一）操作b中所述的冷等离子体处理的功率为1~3kW。
进一步的，步骤（一）操作c中所述的处理剂中各成分及对应重量百分比为：二辛基琥珀酸磺酸钠10~14%、吐温20 7~9%、质量分数为0.5~0.6%的氢氧化钠11~12%、硅烷偶联剂5~6%、丙二醇0.7~0.9%，余量为去离子水，浸泡时保持处理剂中的温度为70~80℃。
进一步的，步骤（二）中所述的生料中控制主要氧化物的含量分别为：GaO 63~65%、SiO2 21~23%、Al2O3 5~6%、Fe2O3 3~5%，所得生料粉的细度要求为80微米筛筛余是15~20%。
进一步的，步骤（三）中所述的高温煅烧的温度为1350~1450℃。
进一步的，步骤（四）中所述的磨粉控制比表面积≥350m2/kg。
为了对本发明做更进一步的解释，下面结合下述具体实施例进行阐述。
实施例1
一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法， 包括如下步骤：
（一）废弃物预处理：
a. 将锯木和农作物秸秆按照重量比为1:2共同投入反应釜内，将反应釜内的温度升至100℃，将反应釜内的压力升至6MPa，在此高温高压环境中处理10min后，快速泄压至常压后取出得混合物A备用；
b. 将操作a中所得的混合物A放入冷离子体设备中，在1kW的功率下冷等离子体处理5次后，置于干燥箱内进行干燥，取出得混合物B备用；
c. 分别称取相应重量份的操作b所得的混合物B 40份、粉煤灰10份、炉底渣12份、采矿废石3份分别置于粉磨机内进行磨粉，然后将所得的粉末混匀后投入处理剂中浸泡，浸泡处理1h后，滤出烘干得混合粉末C备用，其中处理剂中各成分及对应重量百分比为：二辛基琥珀酸磺酸钠10%、吐温20 7%、质量分数为0.5%的氢氧化钠11%、硅烷偶联剂5%、丙二醇0.7%，余量为去离子水，浸泡时保持处理剂中的温度为70℃；
（二）生料的制备：
称取相应重量份的生石灰40份、步骤（一）所得的混合粉末C 24份、粘土1份、铁矿石0.2份、硅砂0.5份分别置于粉磨机内进行磨粉，得干粉状的生料备用，生料中控制主要氧化物的含量分别为：GaO 63%、SiO2 21%、Al2O3 5%、Fe2O3 3%，所得生料粉的细度要求为80微米筛筛余是15%；
（三）熟料的制备：
将步骤（二）中所得的生料喂入干法预分解窖进行预热、分解，然后在水泥回转窖中进行高温煅烧，1350℃煅烧处理10min后，得到物料液相量为20%的部分熔融状的物料，将熔融状的物料在篦冷机上用高压风机鼓风以50℃/min的冷却至室温即得熟料备用； （四）成品的制备：
将步骤（三）所得的熟料与石膏按照重量比为45:1混匀后投入粉磨机内进行磨粉即可。
步骤（一）操作a中农作物秸秆至少为小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的一种。
步骤（四）中所述的磨粉控制比表面积≥350m2/kg。
实施例2
一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法， 包括如下步骤：
（一）废弃物预处理：
a. 将锯木和农作物秸秆按照重量比为1:2.5共同投入反应釜内，将反应釜内的温度升至105℃，将反应釜内的压力升至7.5MPa，在此高温高压环境中处理11min后，快速泄压至常压后取出得混合物A备用；
b. 将操作a中所得的混合物A放入冷离子体设备中，在2kW的功率下冷等离子体处理7次后，置于干燥箱内进行干燥，取出得混合物B备用；
c. 分别称取相应重量份的操作b所得的混合物B 45份、粉煤灰11份、炉底渣15份、采矿废石5份分别置于粉磨机内进行磨粉，然后将所得的粉末混匀后投入处理剂中浸泡，浸泡处理1.5h后，滤出烘干得混合粉末C备用，其中处理剂中各成分及对应重量百分比为：二辛基琥珀酸磺酸钠12%、吐温20 8%、质量分数为0.55%的氢氧化钠11.5%、硅烷偶联剂5.5%、丙二醇0.8%，余量为去离子水，浸泡时保持处理剂中的温度为75℃；
（二）生料的制备：
称取相应重量份的生石灰45份、步骤（一）所得的混合粉末C 26份、粘土1.5份、铁矿石0.3份、硅砂0.6份分别置于粉磨机内进行磨粉，得干粉状的生料备用，生料中控制主要氧化物的含量分别为：GaO 64%、SiO2 22%、Al2O3 5.5%、Fe2O3 4%，所得生料粉的细度要求为80微米筛筛余是17.5%；
（三）熟料的制备：
将步骤（二）中所得的生料喂入干法预分解窖进行预热、分解，然后在水泥回转窖中进行高温煅烧，1400℃煅烧处理11min后，得到物料液相量为22%的部分熔融状的物料，将熔融状的物料在篦冷机上用高压风机鼓风以55℃/min的冷却至室温即得熟料备用； （四）成品的制备：
将步骤（三）所得的熟料与石膏按照重量比为47:1混匀后投入粉磨机内进行磨粉即可。
步骤（一）操作a中农作物秸秆至少为小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的一种。
步骤（四）中所述的磨粉控制比表面积≥350m2/kg。
实施例3
一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法， 包括如下步骤：
（一）废弃物预处理：
a. 将锯木和农作物秸秆按照重量比为1:3共同投入反应釜内，将反应釜内的温度升至110℃，将反应釜内的压力升至9MPa，在此高温高压环境中处理12min后，快速泄压至常压后取出得混合物A备用；
b. 将操作a中所得的混合物A放入冷离子体设备中，在3kW的功率下冷等离子体处理9次后，置于干燥箱内进行干燥，取出得混合物B备用；
c. 分别称取相应重量份的操作b所得的混合物B 50份、粉煤灰12份、炉底渣18份、采矿废石7份分别置于粉磨机内进行磨粉，然后将所得的粉末混匀后投入处理剂中浸泡，浸泡处理2h后，滤出烘干得混合粉末C备用，其中处理剂中各成分及对应重量百分比为：二辛基琥珀酸磺酸钠14%、吐温20 9%、质量分数为0.6%的氢氧化钠12%、硅烷偶联剂6%、丙二醇0.9%，余量为去离子水，浸泡时保持处理剂中的温度为80℃；
（二）生料的制备：
称取相应重量份的生石灰50份、步骤（一）所得的混合粉末C 28份、粘土2份、铁矿石0.4份、硅砂0.7份分别置于粉磨机内进行磨粉，得干粉状的生料备用，生料中控制主要氧化物的含量分别为：GaO 65%、SiO2 23%、Al2O3 6%、Fe2O3 5%，所得生料粉的细度要求为80微米筛筛余是20%；
（三）熟料的制备：
将步骤（二）中所得的生料喂入干法预分解窖进行预热、分解，然后在水泥回转窖中进行高温煅烧，1450℃煅烧处理12min后，得到物料液相量为24%的部分熔融状的物料，将熔融状的物料在篦冷机上用高压风机鼓风以60℃/min的冷却至室温即得熟料备用； （四）成品的制备：
将步骤（三）所得的熟料与石膏按照重量比为49:1混匀后投入粉磨机内进行磨粉即可。
步骤（一）操作a中农作物秸秆至少为小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的一种。
步骤（四）中所述的磨粉控制比表面积≥350m2/kg。
实施例4
一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法， 包括如下步骤：
（一）废弃物预处理：
a. 将锯木和农作物秸秆按照重量比为1:2.5混匀得混合物D；
b. 分别称取相应重量份的操作b所得的混合物D 45份、粉煤灰11份、炉底渣15份、采矿废石5份分别置于粉磨机内进行磨粉，然后将所得的粉末混匀后投入处理剂中浸泡，浸泡处理1.5h后，滤出烘干得混合粉末C备用，其中处理剂中各成分及对应重量百分比为：二辛基琥珀酸磺酸钠12%、吐温20 8%、质量分数为0.55%的氢氧化钠11.5%、硅烷偶联剂5.5%、丙二醇0.8%，余量为去离子水，浸泡时保持处理剂中的温度为75℃；
（二）生料的制备：
称取相应重量份的生石灰45份、步骤（一）所得的混合粉末C 26份、粘土1.5份、铁矿石0.3份、硅砂0.6份分别置于粉磨机内进行磨粉，得干粉状的生料备用，生料中控制主要氧化物的含量分别为：GaO 64%、SiO2 22%、Al2O3 5.5%、Fe2O3 4%，所得生料粉的细度要求为80微米筛筛余是17.5%；
（三）熟料的制备：
将步骤（二）中所得的生料喂入干法预分解窖进行预热、分解，然后在水泥回转窖中进行高温煅烧，1400℃煅烧处理11min后，得到物料液相量为22%的部分熔融状的物料，将熔融状的物料在篦冷机上用高压风机鼓风以55℃/min的冷却至室温即得熟料备用； （四）成品的制备：
将步骤（三）所得的熟料与石膏按照重量比为47:1混匀后投入粉磨机内进行磨粉即可。
步骤（一）操作a中农作物秸秆至少为小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的一种。
步骤（四）中所述的磨粉控制比表面积≥350m2/kg。
实施例5
申请号为：CN201710848533.9公开的一种利用工业固态废弃物生产的水泥及其制备方法，具体参照实施例1的方式制备水泥。
为了对比本发明效果，分别用实施例2、实施例4、实施例5对应的方法制备水泥，然后按照GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》的方法对每组方法对应制备的水泥进行力学性能测试，具体试验对比数据如图1及图2所示：
由图1 可以看出，本发明提供了一种利用废弃物为原料的环保水泥及其制备方法，不仅解决了资源浪费的问题，最终制得的水泥的抗压强度显著优于实施例5方法制备的水泥。
由图2可以看出，本发明提供了一种利用废弃物为原料的环保水泥及其制备方法，通过本发明方法制得的水泥的抗折强度显著优于实施例5方法制备的水泥。

Claims (8)

1.一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（一）废弃物预处理：
a. 将锯木和农作物秸秆按照重量比为1:2~3共同投入反应釜内，将反应釜内的温度升至100~110℃，将反应釜内的压力升至6~9MPa，在此高温高压环境中处理10~12min后，快速泄压至常压后取出得混合物A备用；
b. 将操作a中所得的混合物A放入冷离子体设备中，冷等离子体处理5~9次后，置于干燥箱内进行干燥，取出得混合物B备用；
c. 分别称取相应重量份的操作b所得的混合物B 40~50份、粉煤灰10~12份、炉底渣12~18份、采矿废石3~7份分别置于粉磨机内进行磨粉，然后将所得的粉末混匀后投入处理剂中浸泡，浸泡处理1~2h后，滤出烘干得混合粉末C备用；
（二）生料的制备：
称取相应重量份的生石灰40~50份、步骤（一）所得的混合粉末C 24~28份、粘土1~2份、铁矿石0.2~0.4份、硅砂0.5~0.7份分别置于粉磨机内进行磨粉，得干粉状的生料备用；
（三）熟料的制备：
将步骤（二）中所得的生料喂入干法预分解窖进行预热、分解，然后在水泥回转窖中进行高温煅烧，煅烧处理10~12min后，得到物料液相量为20~24%的部分熔融状的物料，将熔融状的物料在篦冷机上用高压风机鼓风以50~60℃/min的冷却至室温即得熟料备用； （四）成品的制备：
将步骤（三）所得的熟料与石膏按照重量比为45~49:1混匀后投入粉磨机内进行磨粉即可。
2.根据权利要求1所述一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法，其特征在于，步骤（一）操作a中农作物秸秆至少为小麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆中的一种。
3.根据权利要求1所述一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法，其特征在于，步骤（一）操作b中所述的冷等离子体处理的功率为1~3kW。
4.根据权利要求1所述一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法，其特征在于，步骤（一）操作c中所述的处理剂中各成分及对应重量百分比为：二辛基琥珀酸磺酸钠10~14%、吐温20 7~9%、质量分数为0.5~0.6%的氢氧化钠11~12%、硅烷偶联剂5~6%、丙二醇0.7~0.9%，余量为去离子水，浸泡时保持处理剂中的温度为70~80℃。
5.根据权利要求1所述一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法，其特征在于，步骤（二）中所述的生料中控制主要氧化物的含量分别为：GaO 63~65%、SiO2 21~23%、Al2O3 5~6%、Fe2O3 3~5%，所得生料粉的细度要求为80微米筛筛余是15~20%。
6.根据权利要求1所述一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法，其特征在于，步骤（三）中所述的高温煅烧的温度为1350~1450℃。
7.根据权利要求1所述一种利用废弃物为原料的环保水泥的制备方法，其特征在于，步骤（四）中所述的磨粉控制比表面积≥350m2/kg。
8.一种利用废弃物为原料的环保水泥，其特征在于，所述的环保水泥是由上述权利要求1~7任意一种方法制得的水泥。
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