CN101857385A

CN101857385A - 污泥式水泥胶凝材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101857385A
Application number: CN201010158286A
Authority: CN
Inventors: 谭纪林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2010-10-13

Abstract

本发明的污泥式水泥胶凝材料，完全由污水处理厂将生物化、印染等污水处理后排出的污泥和石灰石粉组成，具有对污泥的处理能力强，能够迅速减少污泥堆积等优点。其制备方法是将污泥与石灰石粉按一定比例混合成物料球，直接入窖依次经预热带、水化反应带、焙烧带和冷却带后出窑，在窖中只需约1个小时就能生产出合格的污泥式水泥胶凝材料产品。具有生产周期短、生产效率高、能耗低、生产成本低等优点。该胶凝材料在加入适量石膏或适量石膏和少量硅粉即可粉磨成污泥式水泥。该方法能有效地解决了将污泥采取堆放、填埋、焚烧等极易造成二次污染的问题，又克服了以往方法存在能耗高和生产周期长、生产效率低等不足之处，是一种便于推广的好方法。

Description

污泥式水泥胶凝材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以污泥为主要原料而制成的污泥式水泥胶凝材料，特别是对污水处理厂将生物化、印染等污水进行处理后排出的污泥为主要原料生产一种既能在空气中又能在水中凝结硬化的具有高活性的水硬性污泥式水泥胶凝材料及其无害化处理的一种制备方法，属于环保式水泥领域。

背景技术

随着我国城乡工业的迅速发展，污泥的排放量急剧增加，年排放量达2亿吨，而被开发利用的污泥仅占排放污泥量的10％左右，造成污泥的大量堆积，未被利用的污泥堆放不仅占用大量土地，而且严重造成二次污染环境。随着环保理念的逐渐深入人心，随着国家对环保产业扶持力度的不断加大，开发利用已是当务之急。

这里所讲的污泥是指污水处理厂将生物化、印染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，这里称为污泥。它主要含有氧化钙和二氧化硅，同时也含有植物生长发育所需的氮、磷、钾及维持植物正常发育的多种微量元素和能改良土壤结构的有机质，同时还含有铬一类，能使人们产生癌症的物质，以及其它有毒和不同类型的寄生虫等对人体有害成份，含水率在70-80％，开发利用十分困难。

为处理这些污泥，为了变废为宝，消除公害，国内外很多人想了不少办法，其主要方法是将污泥进行填埋、堆放、投弃海洋、焚烧、堆肥处理等，现在也有人将污泥用于烧制高温水泥熟料，如“活化粉煤灰处理方法”、“用于建材中的铁泥与污泥的处理方法”、“污水泥渣式水泥及其制备方法”、“硫酸铝渣用作水泥配料的处理方法”等，明显存在以下缺点：1)、其产品只能代替部分水泥原料使用或只能当混合材料使用，替代比例较低，同时，还会使混合水泥品种的需水量增高，影响水泥混凝土浆体工程质量；2)、都需要在制坯后还要再经过晾干后才进行焙烧，明显存在晾干时间长、晾干场地大和生产周期长等缺陷；3)、焙烧温度高和时间长，有的需要将其置于水泥窑中锻烧到1000℃以上高温还需要1～2小时才能烧结成水泥熟料，有的虽然可用较低温度但需焙烧的时间长达8～30小时，其能量消耗较大，生产效率较低；4)需要使用价格昂贵的生产水泥的回转窑，使投资费用加大，同时还存在有二次污染问题。综上所述，现有的将污泥用于烧制高温水泥熟料的各种方法还都并不理想，对于污泥处理的力度和对降低水泥成本的作用都不大，到目前为止，还都停留在试验阶段，难以被推广使用。

发明内容

本发明的主要目的是为了克服上述现有的用污泥生产的水泥熟料只能部分代替水泥的不足之处，提供一种以污泥为主要原料就能生产出合格的能直接作为水泥原料使用的污泥式水泥胶凝材料。

本发明的另一个目的是为了克服现有的用污泥生产水泥熟料方法的不足之处，提供一种生产周期短、生产效率高、能耗低、生产成本低、便于推广使用的污泥式水泥胶凝材料的制备方法

为了实现上述目的，本发明采取的主要措施如下：

本发明的污泥式水泥胶凝材料，其成份完全由主要材料污泥和辅助材料石灰石粉组成，所述的主要材料污泥按规定除去含有自由水后按重量百分数计算为90～70％，所述辅助材料石灰石粉按重量百分数计算为10～30％，所述污泥和石灰石粉配制的重量百分数之和为100％。

本发明的污泥式水泥胶凝材料的制备方法，主要包括以下步骤：

A)将主要材料污泥按规定除去含有自由水后按重量百分数计算为90～70％和辅助材料石灰石粉按重量百分数计算为10～30％的比例之和为100％的原料加入搅拌成型机，边搅拌边加入适量的水再充分混合搅拌均匀后将物料加工成分散均匀、不出现结块起团和粉尘现象的物料球；

B)将物料球直接入窑，在窑内依次经80～120℃的低温区的预热带预热10～15分钟，中区的水化反应带水化反应10～15分钟，400～600℃的高温区的焙烧带焙烧10～15分钟，再经冷却带自然冷却10～15分钟后出窑，即为污泥式水泥胶凝材料产品。

经对所述污泥式水泥胶凝材料产品的性能检测研究，所述焙烧带的温度更低后，产品的性能就会明显下降，焙烧带的温度提高后，产品的性能并不能随之同步提高，反而会明显增加能耗和增加成本，所以其焙烧带的优选温度为500±50℃。

为了便于预热水化和焙烧，所述物料球的优选直径为5-8mm。

本发明的污泥式水泥胶凝材料，由于大量使用的原料为污泥，该污泥是污水处理厂将生物化、印染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，所以对污泥的处理能力强，能够迅速减少污泥堆积，变废为宝，消除公害，该污泥式水泥胶凝材料的质量与现有的纯硅酸盐水泥熟料相当，如加入适量石膏或适量石膏和硅粉即可分别粉磨成的污泥式水泥或高标号污泥式水泥，其物理性能如抗折强度、抗压强度还能远远高于纯硅酸盐熟料水泥强度，可广泛用于大坝、水下、道路、桥梁、民用建筑等工程建设，经有关工程实际使用，其水泥质量具有强度高、收浆快、水化热低，防止水渗漏和抗耐磨性能好等优点。同时，用本发明提供的方法生产，因不需要将物料球预先晾干，所以能明显缩短生产周期和取消晾干场地，而将物料球直接入窑更有利于水化反应而提高产品质量，所以在窖中只需约1个小时就能在焙烧温度较低和焙烧时间很短的情况下，生产出合格的污泥式水泥胶凝材料产品。用本方法生产的污泥式水泥胶凝材料，能耗能降低到高温生产硅酸盐水泥熟料的1/3，二氧化碳的排放量也能减少4/5，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，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，具有很强的现实意义和便于推广使用。

具体实施方式

本发明的污泥式水泥胶凝材料，完全由污水处理厂将工业污水经脱水后排出的废渣被称为污泥作主要原料和石灰石粉为辅助原料制成，经多次试验获得，其原料中的污泥按规定除去含有自由水后按重量百分数计算，原料中的石灰石粉按重量百分数计算，用下列各组的重量百分数均可制成：

1、污泥：90％；石灰石粉：10％。

2、污泥：80％；石灰石粉：20％。

3、污泥：70％；石灰石粉：30％。

综上所述，本发明的污泥式水泥胶凝材料中的污泥的含量按重量百分数在90-70％之间、石灰石粉的含量按重量百分数在10-30％之间配制的重量百分数之和为100％时，均可生产出合格的污泥式水泥胶凝材料。其部分配比情况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，决定石灰石粉的最佳掺入量的多少，如这批污泥中的氧化钙含量高，则掺入的石灰石粉比例可低到10％；如这批污泥中的氧化钙含量低，则掺入的石灰石粉比例就高些可达30％。使材料中的氧化钙与二氧化硅的分子比在0.9～1.1之间为最好。

表一：部分配比情况和焙烧温度表

A)将主要原料的污泥按规定除去含有自由水后按重量百分数计算为90～70％和辅助原料石灰石粉按重量百分数计算为10～30％的比例之和为100％的原料加入搅拌成型机，边搅拌边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、不出现结块起团和粉尘现象的物料球；

B)将物料球直接入窑，在窑内依次经80～120℃低温区的预热带预热10～15分钟、中温区的水化反应带水化反应10～15分钟、400～600℃高温区的焙烧带焙烧10～15分钟，再经室温区的冷却带自然冷却10～15分钟后出窑，即为污泥式水泥胶凝材料。

经对本发明的污泥式水泥胶凝材料产品性能的研究，所述焙烧带的温度低于400℃后，产品的性能就会明显下降，焙烧带的温度高于600℃后，产品的性能并不能随之同步提高，反而会明显增加能耗和增加成本，所以其焙烧带的优选温度为500±50℃。

为了便于水化反应和焙烧，所述物料球的优选直径为5～8mm。

在本发明的污泥式水泥胶凝材料产品中，加入适量(4％)石膏或适量(4％)石膏和少量(10％)配料如硅粉可分别粉磨成的污泥式水泥或高标号污泥式水泥，并按照ISO有关水泥物理性能测试标准进行强度、细度、流动度等性能测试(即用胶砂比为1∶3，水胶比为0.5，可用胶凝材料450克，标准砂1350克，试块规格4×4×6cm，每组成型3块，按规定脱膜、养护、测试一定令期强度、细度、流动度)。该产品经张家港市塘桥镇污水处理有限公司进行测试，其主要物理性能如抗折强度、抗压强度还能远远高于纯硅酸盐熟料水泥强度，其结果如表二所示。

表二：本发明的胶凝材料与硅酸盐水泥熟料分别制成的水泥的主要物理性能对比表

本发明使用的污泥是污水处理厂排出的各种污泥，石灰石是一种矿山资源，来源非常广，成本也非常低，只需要粉磨成粉，按一定比例混合搅拌成球，使具有均匀分散性的物料球会在低温和中温区中产生一定的化学反应基础上还对污泥产生分解腐蚀作用，从而破坏污泥中的有害物质的原有结构，使污泥中重金属等有害物质，也都固熔在污泥式水泥胶凝材料的晶格之中，再也不能逸出或析出，没有二次污染隐患。再经约500℃焙烧，使加有一定量的石灰石粉的污泥结构中产生新的功能基因，增加了极微小的高分散性的硅和钙的水化物，使这些新产物本身既能在空气中又能在水中凝结硬化，是一种具有高活性的水硬性胶凝材料。如加入适量石膏或适量石膏和少量配料如硅粉即可分别粉磨成污泥式水泥或高标号污泥式水泥，能极大地提高水泥早后期强度，而且改善了水泥的需水性能，增强了抗硫酸盐的侵蚀和抗冻性、耐磨性等性能。具有加强水泥石结构的作用，在水泥水化过程中有微集料的作用，促进C₃S的水化，改善了水泥早期强度低的弊病。一方面该产品本身加入一定的石灰石粉，就加速了污泥式水泥胶凝材料的水化反应，又是CaCO₃能加速与污泥式水泥间矿物组成C₃S的早期水化，是CaCO₃与污泥式水泥胶凝材料中的各种化学成份反应，生成碳铝酸钙，碳铝酸钙是一种针状体，促进污泥式水泥胶凝材料和水泥强度的发展，从而增强了水泥的早期强度，并超过了纯硅酸盐水泥熟料强度。其水泥产品的测试结果如表二所示。另一方面，该产品污泥式水泥胶凝材料能易磨，粉磨细度细，这些细小的颗粒，可以起微集料的作用，填实硬化水泥浆体的孔隙和裂缝，增加它们之间的粘结力，使颗粒级配合理有利于提高强度。该方法能将污水处理厂排出的堆放积如山又难处置的各种污泥处理成需求量巨大、投资少、产品强度高、耐磨性、抗冻性、干缩性能好，既有利于环保，又能降低生产成本的优质水泥，也为处置污泥难题提供了新途径、新思路，具有很强的现实意义和便于推广使用。

Claims

1.一种污泥式水泥胶凝材料，其特征在于由主要原料污泥和辅助原料石灰石粉组成，所述的主要原料污泥按规定除去含有自由水后按重量百分数计算为90-70％，所述辅助原料石灰石粉按重量百分数计算为10-30％，所述污泥和石灰石粉配制的重量百分数之和为100％。

2.权利1的污泥式水泥胶凝材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A)将主要原料污泥按规定除去含有自由水后按重量百分数计算为90-70％和辅助原料石灰石粉按重量百分数计算为10-30％的比例之和为100％的原料加入搅拌成型机，边搅拌边加入适量的水再充分混合搅拌均匀后将物料加工成分散均匀、不出现结块起团和粉尘现象的物料球；

B)将物料球直接入窑，在窑内依次经80～120℃的低温区的预热带预热10～15分钟，中温区的水化反应带水化反应10～15分钟，400～600℃的高温区的焙烧带焙烧10～15分钟，再经冷却带自然冷却10～15分钟后出窑，即为污泥式水泥胶凝材料产品。

3.如权利要求2所述的污泥式水泥胶凝材料的制备方法，其特征在于所述物料球的优选直径为5-8mm。

4.如权利要求2或3所述的污泥式水泥胶凝材料的制备方法，其特征在于所述焙烧带的优选温度为500±50℃。