CN116253555B - 工业污泥基全固废透水砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种工业污泥基全固废透水砖及其制备方法，通过采用电镀污泥作为工业污泥，并以其作为透水砖主要原料，添加粉煤灰调节原料化学组成，利用转炉钢渣作为多孔骨料，添加活性炭滤泥粉末和造纸黑液作为调节剂，制备出力学性能高，透水系数好，烧结温度低，固废利用率高，生态环保的透水砖。

Description

工业污泥基全固废透水砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种工业污泥基全固废透水砖及其制备方法。

背景技术

海绵城市的建设科促进城市生态健康发展，缓解城市热岛效应，实现城市防洪排涝和雨水资源再利用。海绵城市的建设利用大量透水性材料，其中透水砖便是重要的透水性铺装材料，可用于步道砖，具有透水能力强，生态美观，耐磨抗滑等特点，提高了城市的美感与艺术性。

根据制备工艺的区别，透水砖分为非烧结透水砖和烧结透水砖，非烧结透水砖主要由水泥等胶凝材料粘结而成，制备简单，但耐久性和抗冻性不足，烧结透水砖则是经烧结具有高温陶瓷相形成强度的透水材料，强度较高，耐久性好，但是高温煅烧一般需要1000℃以上的煅烧温度，大多需要在1050-1200℃高温煅烧，因此能耗较高。根据环保要求的日益提高，越来越多工业固废开始用于建材制造，包括用于制造透水砖，例如废陶瓷、建筑垃圾、固废陶粒等，但现有技术大部分透水砖只能采用工业固废部分替代天然原料进行烧结透水砖的生产，工业固废的利用率相对较低。金属表面处理离不开电镀处理，该生产工艺使用了大量强酸强碱、重金属溶液等化学药品，同时伴随着大量有毒有害的污染废水，电镀污水经水处理工艺后同样产生大量电镀污泥，该电镀污泥中含有大量锌、铜、铅等重金属离子，若不经处理随意堆放会导致周边地下水和土壤产生严重污染，对电镀污泥的无害化处理与资源化利用已成为环保行业热点课题。目前电镀污泥的处理方式主要为填埋、回收金属、制肥、生产水泥等，也有部分现有技术将电镀污泥用量制备砖体，张秀广在《电镀混合污泥制煤渣砖》论文中利用固体电镀污泥破碎后，与石灰、煤渣、磷石膏等利用蒸汽养护制备免烧砖，龙军在《电镀污泥与粘土混合制砖重金属浸出毒性实验》论文中公开将电镀污泥与粘土按一定比例混合后烧制红砖和青砖，专利文献CN108383485A公开了一种电镀污泥压制免蒸免烧砖的制备方法，通过采用酸浸改性对电镀污泥进行脱水，再与粉煤灰、建筑垃圾粉、硅灰、硫酸钙、硼酸、F14液体激发剂、水混合，掺入固结剂通过液压成型机制成免蒸免烧转，CN112209701A公开了一种全固废高透水性烧结透水砖的制备方法，选用耐高温和低吸水的废瓷砖为骨料，采用来源广泛的硅铝酸盐矿物为主的固体废弃物为粘结剂，同时，把助溶剂换成了低温熔剂，这些技术在制砖过程中同样需要添加大量天然原料和工业原料，CN115536426A公开一种以全固废为原料的生态透水烧结砖，采用水处理污泥、钢渣污泥、废玻璃和废木屑作为原料，CN101318805A公开利用城市污泥和湿排粉煤灰生产烧结透水砖的方法，利用污泥中有机质和粉煤灰中未燃碳作内燃，CN102515705A公开利用城市污泥和糖滤泥制备透水材料的方法，但其烧结温度仍然较高，超过1000℃，能耗高，并且仅仅制作普通砖，工艺较为复杂，存在二次污染等问题，且并未公开如何利用电镀污泥制备透水砖。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明公开一种工业污泥基全固废透水砖及其制备方法，通过采用电镀污泥作为工业污泥，并以其作为透水砖主要原料，添加粉煤灰调节原料化学组成，利用转炉钢渣作为多孔骨料，添加活性炭滤泥粉末和造纸黑液作为调节剂，制备出力学性能高，透水系数好，烧结温度低，固废利用率高，生态环保的透水砖。

具体的，本发明工业污泥基全固废透水砖的制备方法，包括如下制备步骤：

1）将电镀污泥进行脱水处理，至含水率为20-25%，得预处理电镀污泥；

2）按如下质量份准备原料：

预处理电镀污泥200-300份，

粉煤灰120-150份，

转炉钢渣150-200份，

活性炭滤泥粉末20-30份，

造纸黑液50-70份；

3）将转炉钢渣与活性炭滤泥粉末混合，得改性骨料；

4）将电镀污泥、粉煤灰混合均匀后，加入改性骨料强制拌合，再加入造纸黑液，混合至均匀，得混合料；

5）将混合料放入模具压制成型，得坯料；

6）将坯料进行养护，干燥，烧结，得到透水砖。

优选的，步骤1）电镀污泥含水率为40-60%。

优选的，步骤2）各原料质量份为：

预处理电镀污泥250-300份，

粉煤灰130-150份，

转炉钢渣150-190份，

活性炭滤泥粉末22-28份，

造纸黑液55-68份。

优选的，步骤2）预处理电镀污泥粒径小于200μm。

本发明采用电镀污泥作为工业污泥的来源，电镀污泥是电镀废水经中和、絮凝等处理过程中产生的沉淀物，主要成分为金属氢氧化物，水分含量较高，含有部分可溶性盐，通过对其作为主要原料制备烧结透水砖，高温作用下可实现重金属离子的固定，降低电镀污泥的毒性和污染性。

优选的，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。

为满足烧结透水砖力学性能要求，通过大量实验对电镀污泥进行配伍，最终选择粉煤灰作为辅料，无需再添加其他工业硅铝质固废，即可满足烧结砖对烧结工艺的原料化学组成要求，制备的透水烧结砖抗压强度可高于15MPa，抗折强度高于3MPa，满足国家标准相应要求，同时原料来源广泛。

优选的，转炉钢渣粒径为5-10mm。本发明采用转炉钢渣作为骨料，利用其多孔特性构建部分透水孔道，相较于现有技术中建筑垃圾再生骨料，转炉钢渣已经过了高温工艺，因此再次作为烧结透水砖骨料在进行烧结过程中不会再出现较大的烧失量，高温下体积稳定性好，有利于透水砖烧结骨架的形成，相较于陶粒等多孔骨料，由于钢渣强度较高，由其制备得到的透水砖力学性能明显优于采用陶粒。

优选的，步骤2）活性炭滤泥粉末为活性炭对市政污水进行吸附处理后得到。

优选的，步骤4）强制拌合时间为3-5min。

污水处理厂在进行市政污水处理过程中，常利用粉末活性炭吸附处理法对水中有机物等污染物进行吸附，该过程一般包括活性炭粉末强力混合分散、混悬吸附与氧化、固液分离工序，经固液分离后从污水中分离出的活性炭滤泥粉末一般进行回收再生；然而，活性炭滤泥粉末的回收再生常采用清洗法和微生物法，其中清洗法又会产生大量污水，微生物法较为洁净，但成本较高，因此，活性炭滤泥粉末的回收再生性价比较低；本发明将活性炭滤泥粉末可用来制备烧结透水砖，变废为宝，提高活性炭滤泥粉末的附加值，为了便于使用，经研究，本发明将转炉钢渣首先与活性炭滤泥粉末进行强制拌合，使活性炭滤泥粉末对钢渣骨料进行改性，并部分嵌入转炉钢渣的孔中，如此可避免其他原料堵塞转炉钢渣孔，导致烧结过程孔隙率的降低和坯料煅烧不彻底进而影响透水砖抗压强度和透水率，活性炭滤泥粉末在烧结过程中发生内燃，同样可以形成部分孔隙，活性炭的热值也可以进行回收利用。

优选的，步骤5）成型压力为20-25MPa。

优选的，步骤6）养护时间为1-1.5d。

本发明透水砖在烧结之前进行一段时间的养护，造纸黑液中的碱性物质会对坯料中的活性物质如粉煤灰产生一定的激发效应，使压实的坯料产生一定的水化产物，水化产物构成初步的硬化体构架，该构架虽然力学性能不是很高，但是在后续的烧结过程中由于该碱激发预水化效应使原料中硅铝质结构变得相对“松散”，低强度水化产物硬化体构架使得透水砖坯体的烧结温度可以相应降低；并且，造纸黑夜中存在大量木质素，其作为纤维类原料可抑制坯体养护水化过程中产生的收缩，提高坯体抗开裂能力；此外，造纸黑液中的木质素可在烧结过程中产生微孔道，提高透水砖的透水效果，木质素作为植物纤维可燃物，也会起到一定的“内燃”效果。

优选的，步骤6）干燥温度为60-80℃，干燥时间为30-50min。

优选的，烧结温度为800-900℃，烧结时间为30-50min。

本发明相较于现有技术大幅降低了烧结温度，其中，电镀污泥、造纸黑液中含有部分金属盐，具有一定的助熔效果，加之造纸黑液的“预水化”和“内燃效果”，可进一步降低本发明电镀污泥-粉煤灰活性体系的烧结温度。

本发明还涉及工业污泥基全固废透水砖，具体的，由上述制备方法制备得到。

本发明采用电镀污泥作为主要成分，辅以粉煤灰对体系化学组成进行调节，并添加活性炭滤泥粉末和造纸黑液进行改性，在转炉钢渣的多孔骨架支撑下，可以制备得到一种高强度、高透水性、烧结温度低、成本低、绿色环保的工业污泥全固废透水砖。

具体实施方式

对本发明烧结透水砖的抗压强度、抗折强度、透水率进行测试，透水砖制备过程中将电镀污泥脱水至含水率为25%，粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰，转炉钢渣粒径为5-10mm，成型压力为20MPa，养护时间为1d，干燥温度采用80℃，干燥时间为40min，烧结温度采用850℃，烧结时间为40min。

实施例1

工业污泥基全固废透水砖，各原料质量份为：预处理电镀污泥260份，粉煤灰150份，转炉钢渣170份，活性炭滤泥粉末25份，造纸黑液63份。

经检测，透水砖抗压强度17.6MPa，抗折强度3.2MPa，透水系数0.6mm/s。

实施例2

工业污泥基全固废透水砖，各原料质量份为：预处理电镀污泥290份，粉煤灰140份，转炉钢渣180份，活性炭滤泥粉末24份，造纸黑液62份。

经检测，透水砖抗压强度19.2MPa，抗折强度3.4MPa，透水系数0.8mm/s。

对比例1

透水砖，各原料质量份为：预处理电镀污泥290份，S95级矿渣微粉140份，转炉钢渣180份，活性炭滤泥粉末24份，造纸黑液62份。

经检测，透水砖抗压强度13.4MPa，抗折强度2.8MPa，透水系数0.09mm/s。

对比例2

透水砖，各原料质量份为：预处理电镀污泥290份，粉煤灰140份，5-10mm建筑垃圾再生骨料180份，活性炭滤泥粉末24份，造纸黑液62份。

经检测，透水砖抗压强度6.6MPa，抗折强度1.3MPa，透水系数0.02mm/s。

对比例3

透水砖，各原料质量份为：预处理电镀污泥290份，粉煤灰164份，转炉钢渣180份，造纸黑液62份。

经检测，透水砖抗压强度11.2MPa，抗折强度1.9MPa，透水系数0.06mm/s。

对比例4

透水砖，各原料质量份为：预处理电镀污泥290份，粉煤灰140份，转炉钢渣180份，活性炭滤泥粉末24份，水62份。

经检测，透水砖抗压强度7.8MPa，抗折强度1.5MPa，透水系数0.11mm/s。

最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种工业污泥基全固废透水砖的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

1）将电镀污泥进行脱水处理，至含水率为20-25%，得预处理电镀污泥；

2）按如下质量份准备原料：

预处理电镀污泥200-300份，预处理电镀污泥粒径小于200μm，

粉煤灰120-150份，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，

转炉钢渣150-200份，转炉钢渣粒径为5-10mm，

活性炭滤泥粉末20-30份，活性炭滤泥粉末为活性炭对市政污水进行吸附处理后得到，

造纸黑液50-70份；

3）将转炉钢渣与活性炭滤泥粉末混合，得改性骨料；

4）将预处理电镀污泥、粉煤灰混合均匀后，加入改性骨料强制拌合，再加入造纸黑液，混合至均匀，得混合料；

5）将混合料放入模具压制成型，得坯料；

6）将坯料进行养护，干燥，烧结，得到透水砖，烧结温度为800-900℃，烧结时间为30-50min。

2.根据权利要求1所述工业污泥基全固废透水砖的制备方法，其特征在于，步骤1）电镀污泥含水率为40-60%。

3.根据权利要求1所述工业污泥基全固废透水砖的制备方法，其特征在于，步骤2）各原料质量份为：

预处理电镀污泥250-300份，

粉煤灰130-150份，

转炉钢渣150-190份，

活性炭滤泥粉末22-28份，

造纸黑液55-68份。

4.根据权利要求1所述工业污泥基全固废透水砖的制备方法，其特征在于，步骤4）强制拌合时间为3-5min。

5.根据权利要求1所述工业污泥基全固废透水砖的制备方法，其特征在于，步骤5）成型压力为20-25MPa。

6.根据权利要求1所述工业污泥基全固废透水砖的制备方法，其特征在于，步骤6）养护时间为1-1.5d。

7.根据权利要求1所述工业污泥基全固废透水砖的制备方法，其特征在于，步骤6）干燥温度为60-80℃，干燥时间为30-50min。

8.工业污泥基全固废透水砖，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到。