申請日2014.10.22
公開(公告)日2015.02.18
IPC分類號C04B7/24; C04B28/00
摘要
本發(fā)明涉及一種粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料及其制備方法,包括固體粉料和復(fù)合激發(fā)劑，固體粉料為粉煤灰和煅燒印染污泥的混合物，煅燒印染污泥與粉煤灰的質(zhì)量比為1:4-9，煅燒印染污泥為經(jīng)鐵劑和鈣劑調(diào)質(zhì)并干化的印染污泥在650℃-950℃下煅燒1-3小時而得，復(fù)合激發(fā)劑為鈉水玻璃和氫氧化鈉配制而成，且復(fù)合激發(fā)劑的模數(shù)為1-2，復(fù)合激發(fā)劑與固體粉料的質(zhì)量比為0.6-1.0：1。本發(fā)明以廢止廢，為印染污泥的處理處置提供了新的途徑，減輕了對環(huán)境的危害，降低了成本，減少了資源消耗，符合節(jié)能減排的要求，實現(xiàn)了資源的回收利用。
權(quán)利要求書
1.粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料，其特征在于包括固體粉料和復(fù)合激發(fā)劑，所述的固體粉料為粉煤灰和煅燒印染污泥的混合物，所述煅燒印染污泥與粉煤灰的質(zhì)量比為1:4-9，所述的煅燒印染污泥為經(jīng)鐵劑和鈣劑調(diào)質(zhì)并干化的印染污泥在650℃-950℃下煅燒1-3小時而得，所述復(fù)合激發(fā)劑為鈉水玻璃和氫氧化鈉配制而成，且復(fù)合激發(fā)劑的模數(shù)為1-2，所述復(fù)合激發(fā)劑與固體粉料的質(zhì)量比為0.6-1.0：1。
2.如權(quán)利要求1所述粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料，其特征在于：所述的鐵劑為硫酸鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵、氯化亞鐵或氯化鐵。
3.如權(quán)利要求1所述粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料，其特征在于：所述的鈣劑為氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣或硫酸鈣。
4.粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
(1)將經(jīng)鐵劑和鈣劑調(diào)質(zhì)并干化的印染污泥升溫至650℃-950℃，煅燒1-3小時，冷卻并磨細至10-100μm備用;
(2)將鈉水玻璃和氫氧化鈉混合，控制其模數(shù)為1-2，制成復(fù)合激發(fā)劑，陳化備用;
(3)將步驟(1)中的煅燒印染污泥和粉煤灰以1:4-9的質(zhì)量比充分混合均勻制成固體粉料，將步驟(2)中的復(fù)合激發(fā)劑以激發(fā)劑：固體粉料=0.6-1.0：1的質(zhì)量比混合，充分攪拌均勻，制得漿體;
(4)將步驟(3)中制得的漿體澆筑進適當?shù)哪＞咧�，表面覆蓋薄膜，室溫養(yǎng)護一天后脫模，并在室溫下養(yǎng)護至28d或在80℃下濕氣養(yǎng)護24h再室溫養(yǎng)護至28d，即得粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料。
5.如權(quán)利要求4所述粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料的制備方法，其特征在于：在步驟(3)的配料中加入砂或石子制成砂漿或混凝土。
6.如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料用于生產(chǎn)磚。
7.如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料在建筑工程或市政工程中的應(yīng)用。
說明書
粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料及其制備方法, 所用到的技術(shù)為煅燒工藝和地質(zhì)聚合物技術(shù)，屬于印染污泥治理領(lǐng)域和建筑材料領(lǐng)域，所制備的粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料可以用于生產(chǎn)磚，用于建筑工程和市政工程等。
背景技術(shù)
印染污泥是印染廢水治理過程中產(chǎn)生的殘留物。其產(chǎn)量大、成分復(fù)雜、有毒污染物含量高，是一種危險廢棄物。因此，印染污泥的治理是一個非常棘手又亟待解決的環(huán)境問題。目前較多采用衛(wèi)生填埋的傳統(tǒng)方法，但填埋一方面會占用大量土地，另一方面污泥滲濾液仍會擴散從而污染土壤和地下水。焚燒是較為徹底的污泥處置方法，可以消滅病毒和致病菌，使有機物碳化，使重金屬富集在灰渣中，最終使污泥體積減少95 %左右，但如何合理處置焚燒過程中產(chǎn)生的二次污染物仍是有待解決的問題。資源化利用是印染污泥處置的可持續(xù)方法，如燒制輕質(zhì)節(jié)能磚、制備混凝土輕質(zhì)骨粒、生產(chǎn)水泥制品、制備廢水處理中的吸附劑、混凝劑等。現(xiàn)有的生產(chǎn)水泥制品的步驟如下：干化印染污泥和水泥混合——>加水攪拌——>成型——>脫模養(yǎng)護——>免燒磚。燒制磚的方法步驟如下：污泥干化——>摻粘土或頁巖配料拌合——>制坯干化——>入窯焙燒——>燒結(jié)磚。
上述生產(chǎn)水泥制品的方法中,干化印染污泥直接加入水泥中生產(chǎn)水泥制品的方法，其不利條件是印染污泥本身含有有機物，在水泥的堿性條件下更會釋放氨氣、硫化氫等氣體，造成制品強度偏低，且印染污泥含有大量氯離子和硫酸根離子等對水泥有腐蝕作用的組分，造成制品耐久性不佳，制品本色為灰色，需根據(jù)需要添加顏料。燒制磚的方法，其不利條件是仍然必須添加大量粘土、頁巖等組分，煅燒量大，煅燒溫度高，煅燒時釋放大量廢氣造成制品強度低，且加鈣干化的印染污泥含有大量鈣組分，煅燒之后形成氧化鈣，易造成石灰爆裂，制品本色為磚紅色。
粉煤灰是燃煤過程排放出來的以硅鋁為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)品。在建筑材料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，常作為摻合料加入到硅酸鹽水泥中形成粉煤灰硅酸鹽水泥。地質(zhì)聚合物是以含硅鋁材料為原料，通過地質(zhì)聚合反應(yīng)形成的一種低能耗、高耐久、低碳排放的無機聚合物。在地質(zhì)聚合物種類中，粉煤灰基地質(zhì)聚合物由于可以利用粉煤灰這種固體廢棄物而受到重視。
基于此,提出本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，對經(jīng)鐵劑和鈣劑調(diào)質(zhì)并干化的印染污泥這種高污染物進行資源化利用，以降低印染污泥對環(huán)境造成的負擔，實現(xiàn)資源的重復(fù)利用;以粉煤灰為硅鋁原材料，以煅燒印染污泥為添加劑，以鈉水玻璃和氫氧化鈉配制所得混合溶液為激發(fā)劑，確定印染污泥的煅燒工藝和添加比例，以及激發(fā)劑的模數(shù)和摻量，在一定養(yǎng)護條件下使該制品具有較好的性能，可以用于建筑工程和市政工程以替代目前常見的燒結(jié)磚和水泥磚。
為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料，包括固體粉料和復(fù)合激發(fā)劑，所述的固體粉料為粉煤灰和煅燒印染污泥的混合物，所述煅燒印染污泥與粉煤灰的質(zhì)量比為1:4-9，所述的煅燒印染污泥為經(jīng)鐵劑和鈣劑調(diào)質(zhì)并干化的印染污泥在650℃-950℃下煅燒1-3小時而得，所述復(fù)合激發(fā)劑為鈉水玻璃和氫氧化鈉配制而成，且復(fù)合激發(fā)劑的模數(shù)為1-2，所述復(fù)合激發(fā)劑與固體粉料的質(zhì)量比為0.6-1.0：1。
所述的鐵劑為硫酸鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵、氯化亞鐵或氯化鐵等。
所述的鈣劑為氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣或硫酸鈣等。
粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將經(jīng)鐵劑和鈣劑調(diào)質(zhì)并干化的印染污泥升溫至650℃-950℃，煅燒1-3小時，冷卻并磨細至10-100μm備用;
(2)將鈉水玻璃和氫氧化鈉混合，控制其模數(shù)為1-2，制成復(fù)合激發(fā)劑，陳化備用;
(3)將步驟(1)中的煅燒印染污泥和粉煤灰以1:4-9的質(zhì)量比充分混合均勻制成固體粉料，將步驟(2)中的復(fù)合激發(fā)劑以激發(fā)劑：固體粉料=0.6-1.0：1的質(zhì)量比混合，充分攪拌均勻，制得漿體;
(4)將步驟(3)中制得的漿體澆筑進適當?shù)哪＞咧�，表面覆蓋薄膜，室溫養(yǎng)護一天后脫模，并在室溫下養(yǎng)護至28d或在80℃下濕氣養(yǎng)護24h再室溫養(yǎng)護至28d，即得粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料。
在步驟(3)的配料中加入砂或石子制成砂漿或混凝土。
粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料用于生產(chǎn)磚。
所述的粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料在建筑工程或市政工程中的應(yīng)用。
對該種印染污泥進行熱重-等離子質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)當煅燒溫度達到650度以上時，污泥釋放氣體量趨于最小，固體質(zhì)量趨于穩(wěn)定，因此煅燒工藝控制溫度定為650度至950度。煅燒之后，印染污泥成分以氧化鐵以及氧化鈣或硫酸鈣為主，呈紅色。
由上述步驟制得的制品屬于鈣基地質(zhì)聚合物材料，各項性能優(yōu)良，抗壓強度可達30-50MPa，符合砌墻磚和市政磚的要求，其重金屬浸出量符合《浸出毒性鑒別標準》GB5085.3-2007的限制要求。
本發(fā)明針對的是經(jīng)過鐵劑和鈣劑調(diào)質(zhì)處理并經(jīng)板框壓濾的印染污泥，利用煅燒工藝和粉煤灰地質(zhì)聚合物技術(shù)對其進行資源化利用。要解決的技術(shù)問題是(1)對使用鐵劑和鈣劑調(diào)質(zhì)處理的干化印染污泥進行預(yù)處理，實現(xiàn)其成分固定，便于資源化利用;(2)將粉煤灰和印染污泥按一定比例配合，并用激發(fā)劑進行激發(fā)，使其固化成具有較高強度、較高耐久性和低的污染物釋放的實用性材料。
本發(fā)明粉煤灰印染污泥地質(zhì)聚合物材料的制備方法，在煅燒過程可以釋放污泥中附著的氣體，使有機物燃燒，并使無機物的活性提高，最終降低污泥燒失量，提高其固體成分的反應(yīng)活性。有機物帶有一定的燃燒熱值，可以節(jié)約煅燒過程中的燃料消耗。若使用煤炭煅燒污泥，所獲得的粉煤灰可以按本方法的原理直接回收利用。
本發(fā)明中的粉煤灰含有大量細小的玻璃顆粒，當遇到鈉水玻璃和氫氧化鈉復(fù)合激發(fā)劑時，部分鋁硅相從玻璃球殼中溶出，并發(fā)生地質(zhì)聚合反應(yīng)。煅燒印染污泥中含有的氧化鈣或硫酸鈣可以起到復(fù)合激發(fā)劑的作用，并參與地質(zhì)聚合反應(yīng)，最終形成鈣基地質(zhì)聚合物，具有一定的強度和耐久性，而煅燒印染污泥中含有的氧化鐵成分賦予制品一定程度的紅色，與焙燒紅磚類似，無需再添加顏料。
本發(fā)明充分利用了該調(diào)質(zhì)干化印染污泥中鐵劑和鈣劑這兩種可回收資源，其中鈣劑的煅燒產(chǎn)物可以參與地質(zhì)聚合物的形成，而鐵劑的煅燒產(chǎn)物成為制品的著色劑，使得最終的地質(zhì)聚合物材料呈現(xiàn)紅色。
本發(fā)明利用了工業(yè)廢棄物粉煤灰來治理高污染物印染污泥，屬于以廢止廢，為印染污泥的處理處置提供了新的途徑，減輕了對環(huán)境的危害，降低了成本，減少了資源消耗，符合節(jié)能減排的要求，實現(xiàn)了資源的回收利用;與燒制磚的工藝相比，減少了煅燒量，降低了煅燒溫度，減輕了能源消耗和碳排放;與生產(chǎn)水泥制品的工藝相比，地質(zhì)聚合物具有更高耐久性，避免了氯離子和硫酸根離子等的危害，且具有更好的重金屬封固效果，并且不使用水泥，減少了水泥的生產(chǎn)，減少了水泥生產(chǎn)過程中的高資源能源消耗和高碳排放。
