CN115353303A - 一种针对重金属污染治理的工业固废水泥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，包括以下质量份的原料：高炉水淬渣为52‑70份、钢渣为12‑26份、脱硫石膏为17‑18份、1‑4份辅料、2‑5份水泥熟料、1‑3份减水剂。该水泥的主要成分为高炉水淬渣、钢渣、脱硫石膏、辅料，成分中90％以上来源于工业固体废弃物，将传统水泥中的主要成分作为该种固废水泥的辅料。相较于传统水泥生产来说，该种工业固废水泥的生产过程具有显著降低生产能源消耗和带来环境污染问题。
Description
技术领域
本发明涉及水泥制备技术领域，具体为一种针对重金属污染治理的工业固废水泥。
背景技术
近年来，随着中国工业化进程的不断加快，各类环境问题不断涌现，最引人注意的是雾霾天气。雾霾是一种特殊的天气现象。指空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等非物质使大气混浊，视野模糊并导致能见度恶化。近年来统计，我国水泥工业的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放量占全国排放总量的比例分别高达15％～20％、3％～4％、8％～10％，属于污染控制重点行业。推进水泥供给侧结构性改革，去产能工作的重点是去熟料产能，遏制新增产能、淘汰落后产能。
水泥的种类很多，按其用途和性能可分为：通用水泥、专用水泥、特性水泥。水泥成分中绝大部分是熟料，熟料以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。熟料制备过程会产生大量的噪声、粉尘、废水等污染物。
水泥中如矿渣、石膏等工业副产物、固体废弃物添加量呈上升趋势。该添加物不需要高温熔烧，通过破碎、筛分、粉磨等手段即可利用。水泥中矿渣、石膏等固废能够为水泥提供一些具有活性的富含硅、铝、氧等元素的硅铝质材料，当这些材料发生水化时，材料中的Si-O、Al-O、Si-O-Al键断裂，使其解聚形成SiO44-、AlO45-等离子，和水泥中其他成分发生反应时，离子不断重新聚合、晶化，形成三维网状结构的凝胶体和一些类沸石相矿物，从而使水泥拥有更好强度、耐水性、耐酸性和抗冻融等方面性能。制备工艺简单、生产成本低，具有很好的环境效益、社会效益和经济效益。
例如中国专利“一种水泥”专利中，CN106747202A，提出该水泥重量份数：水泥熟料100-150份，石膏8-15份，乙酸钠4-10份，硫酸钠2-7份，硫酸铝钾6-14份，亚硝酸钠1-5份，磷酸二氢钾3-6份，氢氧化钙3-10份，十二烷基苯磺酸钠2-6份，聚乙烯醇1-2份，木质磺酸钠10-20份，三异丙醇胺8-16份，对甲基苯磺酸1-5份，聚亚烷基二醇2-5份，纤维素醚1-5份。该种水泥符合国家标准，性能满足要求。
该种水泥中水泥熟料的为总份数的一半以上，添加15种不同种类的物质，制作程序繁琐且相对传统的水泥成分复杂。不适合大范围推广应用。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种针对重金属污染治理的工业固废水泥。采用矿渣、钢渣、脱硫石膏原料为工业固体废弃物，以少量水泥熟料作为该水泥材料的添加剂，并配少量减水剂。该种工业固废水泥在满足PC42.5硅酸盐水泥的强度、凝结时间等指标的情况下，可以高效利用工业固体废弃物、减少生产陈本和减少环境污染的目的。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，包括以下质量份的原料：高炉水淬渣为52-70份、钢渣为12-26份、脱硫石膏为17-18份、1-4份辅料、2-5份水泥熟料、1-3份减水剂。
优选的，所述工业固废水泥制备包括以下步骤：
S1：先将高炉水淬矿渣、钢渣、脱硫石膏、辅料分别在粉磨机中粉磨至480-600kg/m3、450-580kg/m3、520-620kg/m3、420-450kg/m3；由于高炉水淬矿渣微粉中的硅氧四面体、脱硫石膏中的硫酸根、钢渣微粉中的金属阳离子在水中发生化学反应，生成C-S-H凝胶类和类沸石相等矿物，其中C-S-H凝胶和钙矾石为该种水泥强度的主要来源；
S2：掺和前高炉水淬矿渣和钢渣微粉均进入球磨机中进行破碎筛分，然后进入筛分斗进一步均化；
S3：然后将S2中的产品添加水泥熟料和减水剂，并通过搅拌机进行搅拌2-5分钟，出料制备成品。
优选的，所述脱硫石膏是脱硫FGD过程的副产品。
优选的，所述辅料采用水泥熟料或石灰石。辅料的作用是激发该工业固废水泥体系水化反应速度，随着辅料的份数的增加其水泥硬化时间相应减少。该种水泥可对于重金属污染土壤及污泥进行有效固化稳定化治理。
优选的，所述S3中，维持温度控制在40％-60％，湿度控制在10％以下。
优选的，所述S3中的搅拌机为双轴搅拌机。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，具备以下有益效果：
1、该一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，主要成分为高炉水淬渣、钢渣、脱硫石膏、辅料，成分中90％以上来源于工业固体废弃物，将传统水泥中的主要成分作为该种固废水泥的辅料。相较于传统水泥生产来说，该种工业固废水泥的生产过程具有显著降低生产能源消耗和带来环境污染问题。
2、该一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，且辅料的质量份为1-4份，将原本为普通硅酸盐水泥主要成分的熟料作为该工业固废水泥的辅料使用，并且在体系中起激发剂作用，能够显著减少由传统原料制备过程带来的环境污染问题。
3、该一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，相较于其他种类水泥，该工业固废水泥在各项性能指标均满足国家标准情况下，该种工业固废水泥中工业固废掺量在90％以上，固废掺量优于其他种类水泥。
4、该一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，该种工业固废水泥中主要成分共有四种成分，绝大部分原料来源于工业固废。原料经加工制备的成品，其成本为普通硅酸盐水泥成本的65-75％。
5、该一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，通过该种水泥制备的透水砖的抗压强度、耐磨性能、保水性能和抗冻融性能与普通硅酸盐水泥制备的透水砖的性能相近。从环保的角度来看，该种工业固废水泥采用多种工业固废为原材料起到废弃物的有效合理利用。从经济效益角度来看，该种工业固废水泥的生产成本低于通用硅酸盐水泥的生产成本，从而节约了资金投入。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，且该工业固废水泥制备包括以下步骤：
S1：先将52份高炉水淬矿渣、26份钢渣、18份脱硫石膏、4份辅料为生石灰，分别在粉磨机中粉磨至500kg/m3、500kg/m3、580kg/m3、400kg/m3；
S2：掺和前高炉水淬矿渣和钢渣微粉均进入球磨机中进行破碎筛分，然后进入筛分斗进一步均化；
S3：然后将S2中的产品添加2份水泥熟料和1份减水剂，维持温度控制在40％-60％，湿度控制在10％以下，并通过双轴搅拌机进行搅拌2-5分钟，出料制备成品。
用该实施例一中的水泥配以骨料制备的透水砖，经检测，透水砖的各项性能符合国家标准和行业标准。其中透水砖的抗压强度的平均值为35.7MPa，磨坑长度为18mm，保水性为0.8cm2，透水系数(15℃)≥1.0×10-2cm/s。
实施例二：
一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，且该工业固废水泥制备包括以下步骤：
S1：先将70份高炉水淬矿渣、12份钢渣、17份脱硫石膏、1份辅料水泥熟料，分别在粉磨机中粉磨至530kg/m3、560kg/m3、620kg/m3、450kg/m3；
S2：掺和前高炉水淬矿渣和钢渣微粉均进入球磨机中进行破碎筛分，然后进入筛分斗进一步均化；
S3：然后将S2中的产品添加3份水泥熟料和2份减水剂，维持温度控制在40％-60％，湿度控制在10％以下，并通过双轴搅拌机进行搅拌2-5分钟，出料制备成品。
用该实施例二中的水泥配以发泡剂等材料制备的泡沫保温板，经检测，泡沫保温板的各项性能符合国家标准和行业标准，其中导热系数为0.10V/m·k，隔音性能41.25Db。
实施例三：
一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，且该工业固废水泥制备包括以下步骤：
S1：先将60份高炉水淬矿渣、20份钢渣、17份脱硫石膏、3份辅料为水泥熟料，分别在粉磨机中粉磨至600kg/m3、580kg/m3、580kg/m3、420kg/m3；
S2：掺和前高炉水淬矿渣和钢渣微粉均进入球磨机中进行破碎筛分，然后进入筛分斗进一步均化；
S3：然后将S2中的产品添加2-5份水泥熟料和1-3份减水剂，维持温度控制在40％-60％，湿度控制在10％以下，并通过双轴搅拌机进行搅拌2-5分钟，出料制备成品。
用该实施例三中的水泥配以发泡剂等材料制备的混凝土路沿石，经检测，混凝土路沿石的各项性能符合国家标准和行业标准，其平均抗压强度值为31.5Mpa，吸水率为7.0％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，其特征在于，包括以下质量份的原料：高炉水淬渣为52-70份、钢渣为12-26份、脱硫石膏为17-18份、1-4份辅料、2-5份水泥熟料、1-3份减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，所述工业固废水泥制备包括以下步骤：
S1：先将高炉水淬矿渣、钢渣、脱硫石膏、辅料分别在粉磨机中粉磨至480-600kg/m3、450-580kg/m3、520-620kg/m3、420-450kg/m3；
S2：掺和前高炉水淬矿渣和钢渣微粉均进入球磨机中进行破碎筛分，然后进入筛分斗进一步均化；
S3：然后将S2中的产品添加水泥熟料和减水剂，并通过搅拌机进行搅拌2-5分钟，出料制备成品。
3.根据权利要求1所述的一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，其特征在于，所述脱硫石膏是脱硫FGD过程的副产品。
4.根据权利要求1所述的一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，其特征在于，所述辅料采用水泥熟料或石灰石。
5.根据权利要求2所述的一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，其特征在于，所述S3中，维持温度控制在40％-60％，湿度控制在10％以下。
6.根据权利要求2所述的一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，其特征在于，所述S3中的搅拌机为双轴搅拌机。
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