CN115057634A - 一种有机水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机水泥及其制备方法，包括石灰石、有机物、铁粉和黏土，在有机水泥中添加有机物，通过控制有机物的含量，能够控制有机水泥的水化后强度和机水泥浆体流动性；另外，通过有机水泥封存碳，进而处理固体废弃物的生态效益，实现了水泥生产生态化，有机水泥的大规模利用将类似森林一样，大量封存碳，减轻温室效应、城市热岛效应、增加混凝土热容量，改善城市环境具有重要意义。

Description

一种有机水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及环境生态工程领域，具体涉及一种有机水泥及其制备方法。
背景技术
生物炭是农林废弃物在氧气供应不充足条件下通过加热裂解而形成的一类具有稳定结构、髙度芳香度的富碳固体化合物。生物炭的来源十分广泛，可以源自各种有机废弃物，如城乡垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污水处理厂污泥、树木凋落物、有机废弃物、废木材木屑等。有机废弃物除了极少一部分用于燃料、动物饲料、酿酒发酵的填料和田间肥料外，大部分直接废弃或者野外焚烧，对环境质量安全造成极大的危害。
水泥是当代最主要的粉状水硬性无机胶凝建筑材料，水泥加水搅拌成浆体后能在空气或水中硬化，用以将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混凝土。细磨成粉末状，加入适量水后可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。水泥对城市、交通基础设施和水利基础设施的建设，具有重要意义，其社会和经济意义不可替代。
然而，生产水泥需要释放大量的二氧化碳，导致温室效应加剧，而且生产水泥伴随着空气污染，带来多种环境问题。随着人民生活水平及社会环保意识的提高，开发绿色环保型水泥具有重要的环境意义。一方面有机水泥在特定配合比条件下具有比普通水泥更高的胶凝特性，使制备的混凝土具有更高的韧性和硬度，因为生物炭在水泥中的存在，促进了混凝土制备过程中微填充效应、减水剂效应、二次水化效应和水化核效应；另一方面，生物炭的存在使制备的混凝土具有封存碳的作用，使建筑用混凝土成为碳汇，抑制了温室效应，对碳达峰和碳中和具有重要意义。
目前国内外应对温室效应采用的碳封存技术有：地质封存、海洋封存、矿石碳化、工业利用、生态封存等。但是这些技术仍然需要提高技术可行性和封存的经济性。生态封存是环境友好型封存，是重要的碳封存技术，包括造林绿化固定二氧化碳、农田施用生物炭改善土壤环境，同时也把碳封存在土壤中。碳的生态封存是一种方便操作的低成本的封存方式。但是，通过造林绿化的生态封存，周期长；生物炭施入农田，施用量过大会影响耕作。通过有机水泥封存碳于混凝土中，属于生态封存的一种，与上述这些封存技术比，操作简单，成本低，封存时间可达几千年。
因此，有必要设计一种有机水泥，通过有机水泥封存碳、处理固体废弃物的生态效益。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种有机水泥及其制备方法，改善水泥的胶混凝特性，同时具有显著的环境保护功能。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种有机水泥，包括石灰石、有机物、铁粉和黏土，质量比为，(32.9-85)：(0.01-50)：4.1:(1-13)。
优选的，所述有机物为生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污泥、树木凋落物、有机废弃物和废木材木屑中的至少一种。
一种有机水泥的制备方法，包括以下过程：
步骤1、将石灰石、有机物、铁粉和黏土混合后研磨得到混合粉末；
步骤2、将混合粉末进行无氧裂解，冷却后得到机水泥。
优选的，所述无氧裂解的温度为从常温加热到1500度。
一种有机水泥，包括水泥粉、生物炭粉和石膏粉，质量比为，(45-94.99)：(0.01-50)：(1-5)。
优选的，所述生物炭粉为有机物的无氧裂解产物。
优选的，所述有机物为生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污泥、树木凋落物、有机废弃物和废木材木屑中的至少一种物质的无氧裂解产物。
优选的，所述无氧裂解的温度为200-1000℃。
优选的，所述水泥粉为硅酸盐水泥粉。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种有机水泥，采用石灰石、有机物、铁粉和黏土，在有机水泥中添加有机物，通过控制有机物的含量，能够控制有机水泥的水化后强度和机水泥浆体流动性；另外，通过有机水泥封存碳，进而处理固体废弃物的生态效益，实现了水泥生产生态化，有机水泥的大规模利用将类似森林一样，大量封存碳，减轻温室效应、城市热岛效应、增加混凝土热容量，改善城市环境具有重要意义。
本发明提供的一种有机水泥的制备方法，将石灰石、有机物、铁粉和黏土的混合物粉末无氧煅烧成熟料得到有机水泥，该有机水泥具有硅酸盐水泥特性外，还具有比硅酸盐水泥密度小、重量轻的特点。所述有机水泥使用后能大量封存碳，处理固体废弃物，减轻温室效应。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种有机水泥，包括石灰石、有机物、铁粉和黏土，质量比为，(32.9-85)：(0.01-50)：4.1:(1-13)。
所述有机物为生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污泥、树木凋落物、有机废弃物和废木材木屑中的至少一种。
上述有机水泥的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照质量比为，(32.9-85)：(0.01-50)：(4.1:1-13)，准备石灰石、有机物、铁粉和黏土原料；
步骤2、将各原料混合后研磨得到混合粉末。
步骤3、将步骤2得到的混合粉末进行无氧煅烧，冷却后得到机水泥。
具体的，在无氧条件下，将混合粉末在无氧煅烧炉中从常温加热到1500度,使生料中的有机物和石灰石充分无氧裂解，并发生有机物、氧化钙、硅酸钙、二氧化碳的级联反应生成复合物，然后冷却得到有机水泥。
一种有机水泥，包括水泥粉、生物炭粉和石膏粉，质量比为，(45-94.99)：(0.01-50)：(1-5)。
所述生物炭粉为生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污泥、树木凋落物、有机废弃物和废木材木屑中的至少一种有机物，将有机物研磨成粉末，将有机物粉末进行无氧裂解冷却得到生物炭粉。
所述无氧裂解的温度为200-1000℃。
所述水泥粉为硅酸盐水泥粉。
上述有机水泥的制备方法，包括以下步骤：
S1、将有机物研磨成粉末，然后将粉末进行无氧裂解冷却后得到生物炭粉。
所述无氧裂解的温度为200-1000℃。
S2、按质量比，(45-94.99)：(0.01-50)：(1-5)，将水泥粉、生物炭粉和石膏粉通过机械混合均匀得到有机水泥。
实施例1
一种有机水泥，包括石灰石、有机物、铁粉和黏土，质量比为32.9：18：4.1:13。
所述有机物为生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便和污泥的混合物。
制备方法如下：
步骤1、将各原料混合后进行研磨成粉末。
步骤3、在无氧条件下，将粉末从常温加热到1500度进行无氧煅烧，冷却后得到机水泥。
实施例2
一种有机水泥，包括石灰石、有机物、铁粉和黏土，质量比为55：0.01：4.1:1。所述有机废弃物为农作物秸秆。
所述有机物为生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污泥、树木凋落物、有机废弃物和废木材木屑的混合物。
该有机水泥的制备方法与实施例1相同，不再赘述。
实施例3
一种有机水泥，包括石灰石、有机废弃物、铁粉和黏土，质量比为85：55：4.1:6。
所述有机废弃物为农作物秸秆。
制备方法与实施例1相同，不再赘述。
实施例4
一种有机水泥，包括石灰石、有机废弃物、铁粉和黏土，质量比为85：25：4.1:6。
所述有机废弃物为农作物秸秆。
制备方法与实施例1相同，不再赘述。
实施例5
一种有机水泥，包括水泥粉、生物炭粉、石膏粉，质量比为，45：7.5：2。
该有机水泥的制备方法如下：
步骤1、将生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污泥、树木凋落物、有机废弃物和废木材木屑混合后研磨形成有机物粉末，将有机物粉末在200℃进行无氧裂解冷却后得到生物炭粉。
步骤2、按质量比45：25：2，将水泥粉、生物炭粉和石膏粉通过机械混合均匀得到有机水泥。
实施例6
一种有机水泥，包括水泥粉、生物炭粉、石膏粉，质量比为，60：0.01：5。
该有机水泥的制备方法如下：
步骤1、将生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污泥和树木凋落物混合后研磨形成有机物粉末，将有机物粉末在800℃进行无氧裂解冷却后得到生物炭粉。
步骤2、按质量比60：0.01：5，将水泥粉、生物炭粉和石膏粉通过机械混合均匀得到有机水泥。
实施例7
一种有机水泥，包括水泥粉、生物炭粉、石膏粉，质量比为，94.99：50：1。
该有机水泥的制备方法如下：
步骤1、将生活垃圾研磨形成有机物粉末，将有机物粉末在1000℃下进行无氧裂解冷却后得到生物炭粉。
步骤2、按质量比94.99：50：1，将水泥粉、生物炭粉和石膏粉通过机械混合均匀得到有机水泥。
实施例8
一种有机水泥，包括水泥粉、生物炭粉、石膏粉，质量比为，94.99：25：1。
该有机水泥的制备方法如下：
步骤1、将生活垃圾研磨形成有机物粉末，将有机物粉末在1000℃下进行无氧裂解冷却后得到生物炭粉。
步骤2、按质量比94.99：25：1，将水泥粉、生物炭粉和石膏粉通过机械混合均匀得到有机水泥。
本发明提供的有机水泥的性能如下：
1、有机水泥水化后强度如下：
该有机水泥中有机碳含量低于20％条件下，水泥净浆水化强度高于对应的不同标号普通硅酸盐水泥净浆的水化后强度；有机水泥中有机碳含量低于20％条件下，有机水泥砂浆水化强度高于对应的不同标号普通硅酸盐水泥砂浆的水化后强度。
该有机水泥中有机碳含量高于20％条件下，水泥净浆水化强度等于对应的不同标号普通硅酸盐水泥净浆的水化后强度；有机水泥中有机碳含量高于20％条件下，有机水泥砂浆水化强度等于对应的不同标号普通硅酸盐水泥砂浆的水化后强度。
2、有机水泥浆体流动性如下：
有机水泥中有机碳含量低于8％条件下，水泥净浆和砂浆的流动性比对应的不同标号普通硅酸盐水泥净浆和砂浆的流动性高；有机水泥中有机碳含量低于8％-15％条件下，水泥净浆和砂浆的流动性和对应的不同标号普通硅酸盐水泥净浆和砂浆的流动性相当。
3、有机水泥封存碳的价值评价如下：
当有机水泥中有机碳含量达到28％条件下，以2021年水泥产量为计算基数，可以减少水泥生产2.604亿吨，减少二氧化碳排放和封存二氧化碳0.45Gt,占全部二氧化碳排放11.19Gt的百分之4.02％。
当有机水泥中有机碳含量达到50％条件下，以2021年水泥产量为计算基数，可以减少水泥生产4.65亿吨，减少二氧化碳排放和封存二氧化碳0.80Gt,占全部二氧化碳排放11.19Gt的百分之7.18％。
4、有机水泥处理固体废弃物的价值如下：
当有机水泥中有机碳含量达到28％条件下，可以处理全国干污泥1.86亿吨，实现全部污泥的处理。同时还可处理垃圾0.744亿吨，占全部垃圾的26％。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种有机水泥，其特征在于，包括石灰石、有机物、铁粉和黏土，质量比为，(32.9-85)：(0.01-50)：4.1:(1-13)。
2.根据权利要求1所述的一种有机水泥，其特征在于，所述有机物为生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污泥、树木凋落物、有机废弃物和废木材木屑中的至少一种。
3.一种权利要求1或2所述的一种有机水泥的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤1、将石灰石、有机物、铁粉和黏土混合后研磨得到混合粉末；
步骤2、将混合粉末进行无氧裂解，冷却后得到机水泥。
4.根据权利要求3所述的一种有机水泥的制备方法，其特征在于，所述无氧裂解的温度为从常温加热到1500度。
5.一种有机水泥，其特征在于，包括水泥粉、生物炭粉和石膏粉，质量比为，(45-94.99)：(0.01-50)：(1-5)。
6.根据权利要求5所述的一种有机水泥，其特征在于，所述生物炭粉为有机物的无氧裂解产物。
7.根据权利要求6所述的一种有机水泥，其特征在于，所述有机物为生活垃圾、农作物秸秆、牲畜粪便、污泥、树木凋落物、有机废弃物和废木材木屑中的至少一种物质的无氧裂解产物。
8.根据权利要求5所述的一种有机水泥，其特征在于，所述无氧裂解的温度为200-1000℃。
9.根据权利要求5所述的一种有机水泥，其特征在于，所述水泥粉为硅酸盐水泥粉。
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Citations (3)

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AU2563677A (en) * 1976-06-16 1978-12-07 Portlandzementwerk Dotternhausen Rudolf Rohrbach Burning cement clinker using waste fuel
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