利用造紙汙泥生產建材製品的方法及其設備的製作方法

2023-05-29 05:13:46

專利名稱：：利用造紙汙泥生產建材製品的方法及其設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種利用造紙汙泥生產建材製品的方法及其設備，屬於環境保護
技術領域：
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背景技術：
：傳統的石膏板材為單純的脆性板材，其結構強度低，乾燥易開裂，多孔吸溼性強，有害氣體易吸附，易引起剝落、發黴，潮解後耐電擊穿性差等。這些不利因素大大提高了其使用成本，且給建築行業帶來了一系列的問題和隱患。造紙業是一個汙染比較嚴重的行業，在生產過程中產生了大量的廢渣和汙泥，對周邊環境構成了巨大的汙染。在造紙廢渣中，汙泥是主要廢棄物，其產生量是原生纖維漿廠產出汙泥的24倍，每生產1噸紙，含水65%的汙泥產量就超過700kg。到目前為止，大多數汙泥的處置方式是填埋、散放或焚燒，而這些處理方式又不同程度的存在投資高，容易造成二次汙染等問題。因此，如何合理的處理造紙汙泥，將其變廢為寶，是亟待解決的問題。
發明內容為了克服傳統石膏板材存在的缺陷和造紙汙泥汙染環境的問題，本發明提供了一種利用造紙汙泥生產建材製品的方法。本發明還提供了上述的生產建材製品的方法所用的設備。本發明採用的技術方案如下本發明的利用造紙汙泥生產建材製品的方法，包括以下步驟(1)混合配比將壓濾後的造紙汙泥與粉碎後的碳化材料混合攪拌，送至儲料倉備用，造紙汙泥與碳化材料的重量比為1:0.54;(2)衝壓成型將儲料倉中的原料釋放至布料機中，經初始預壓和脈衝震實後，再經液壓機壓製成半成品；(3)乾燥及養護硬化壓製成的半成品送入反應窯中，進行千燥處理後，半成品在加速碳化養護下，經充分的鈣化結晶反應，定型硬化、最後自然風冷。上述本發明的方法，所述的乾燥處理所用乾燥介質為幹飽和熱空氣，溫度為100'C23(TC;所述的加速碳化養護條件為反應氣體為含二氧化碳的工業廢氣，二氧化碳濃度大於wt10。/。，反應氣體壓力大於l.Obar，加速碳化溫度為20-150°C，所述的加速碳化養護時間為2-48小時。上述本發明的方法，所述的碳化材料優選為石灰、鋼渣、電石渣和廢棄水泥混凝土中的一種以上。上述本發明的方法，所述的碳化材料優選為含有氧化鈣、氫氧化鈣、矽酸二鈣、矽酸三轉、水化矽酸f丐、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣、鈣礬石、氫氧化鎂和氧化鎂中的一種或一種以上的碳化成分，碳化成分佔碳化材料的重量百分比不少於30%。本發明所述的生產建材製品的方法所用的設備，包括依次連接的混合配比單元、衝壓成型單元和乾燥及養護硬化單元；所述的乾燥及養護硬化單元包括蒸養床、蒸養床的輸送裝置和反應窯，反應窯位於蒸養床的輸送裝置末端。上述本發明的設備，所述的反應窯內按半成品的輸送方向依次為乾燥室、反應室，乾燥室和反應室的側壁分別對置設有矩形進風道，乾燥室的上部設有排風裝置，反應室上部設有排煙裝置。所述的矩形進風道優選為百葉窗式結構，百葉偏向入窯口2030度。上述本發明的設備，所述的混合配比單元包括依次連接的稱量裝置、攪拌器和儲料倉；所述的衝壓成型單元包括布料機、擠料嘴、震動刮料板和液壓機，擠料嘴和震動刮料板位於布料機螺旋進料口末端，液壓機位於布料機右側，液壓機前機身安置取卸料機械手。上述本發明的設備，優選的所述的乾燥室和反應室之間有屏蔽氣幕，屏蔽氣幕為乾燥室的幹飽和熱空氣經水平對置和頂置三向噴入形成的軟隔離段。本發明在造紙汙泥中摻入碳化材料(如鋼渣、石灰等)，經過吸收工業廢氣製造建築輕質內外牆板及成型砌塊等，由於利用了木質纖維的結構韌性、鋼渣的結構強度、石灰石蒸養的鈣化結晶，克服了傳統石膏建材的缺陷；製得的新型建材其微觀晶相為多晶固溶體，音頻電平寬廣，聲阻尼激振係數相互交錯，產生激振共軛的機率低，抗震性強，其晶相結構導致熱傳導自耦發散、隔音、隔熱性能優良，特別是料比中含亞鐵粒子，若襯入金屬絲網壓制，可製成電磁屏蔽專用板材，相對於昂貴的工業純鐵屏蔽板，實為發電機房、變電站、雷達站、微波站等對電磁防護和電荷屏蔽有苛刻要求場所和行業的理想替代品，其市場價值日趨顯著。本發明的有益效果是充分合理的利用了造紙汙泥、鋼渣、廢棄混凝土等工業廢棄物，採用加速碳化技術進行處理，固化儲存二氧化碳等工業廢氣，降低了生產成本，解決了造紙汙泥所造成的環境汙染問題，製備了韌性、結構強度都顯著提高的新型建材，降低了建材的使用成本，具有良好的經濟效益。圖1為本發明所述設備的框圖。具體實施方式實施例l選用淄博某造紙廠的造紙汙泥為主要原料，其化學成分和其重量百分比為:tableseeoriginaldocumentpage6選用工業生石灰為輔助原料，其主要成分為CaO，採用以下步驟和設備進行製備:1混合配比將壓榨過汙水的造紙汙泥60kg在攪拌器中攪拌混合，然後經螺旋秤定量輸送至混合攪拌器中，經破碎機粉碎的生石灰經皮帶秤稱量40kg送入混合攪拌器，兩者充分混合攪拌後，經螺旋輸送至儲料倉儲存備用。2衝壓成型(1)儲料倉定量釋放原料至布料機螺旋進料口，釋放量為單一板材的預壓體積。布料機右側設有液壓機，布料機螺旋進料口末端設有擠料嘴和震動刮料板，布料螺旋運動至下模右側，刮料板下落，此時刮料板下表面與下模底部距離即為板材的預壓厚度。螺旋伺服電機啟動，驅動油缸等速慢回程。刮料板的升降油缸開始邏輯脈衝震動，其行程面積覆蓋整合模具的裝料表面，對布料嘴擠出的原料進行初始預壓和脈衝震實，排除原料的氣泡和空穴，使結構緻密，預壓板材厚度均勻。當螺旋迴程至下模左側，刮料板抬起，螺旋伺服電機制動，有效布料行程結束。布料機快速返程至接料工位，接料後重複布料循環。(2)液壓機滑塊下落，滑塊上安裝上模，慢速合模，瞬時預壓，公稱壓力擠壓，公稱壓力保壓，卸壓，油缸邏輯脈衝震動落料，慢速開模，快速回程至上止點，壓製成76x38x8mm3的半成品板材。機械手由卸料工位平移進入上下模空間內的取料工位，取料爪為液壓行程可調常開啟型柔性排爪，前後陣列布置，起模油缸驅動起模板推料開模至抓料爪抓取空間，抓料爪閉合，起模板回位，完成一級板料傳遞。所述的液壓機為單滑塊雙點四柱液壓機，工作檯滑塊尺寸符合標準板材模具安裝尺寸要求，公稱壓力5000KN6300KN，滑塊最大行程860mm，工作檯最大裝模高度220mm，配備75KW邏輯液壓站；所述布料機運動總成為機體外徑C280~<2320mm的恆距螺旋輸送機，恆量等速將胚料擠入下模，當布料機復位後，其進料鬥正對頂部儲料倉定量釋放口。運動總成與固定機架間通過多滾輪道實現導向定位，由長行程雙向油缸活塞驅動，控制運動總成的工位行程往復與工位邏輯定位。機械手為平行四邊形雙搖杆機構。搖杆由擺動油缸驅動，搖杆動力箱安裝在升降臺上，升降架通過安裝在液壓機身上的導向杆導向定位。通過安裝在液壓機橫梁上的雙油缸實現升降驅動，搖杆末端安裝液壓開合式抓料機械手總成。雙聯搖杆擺幅+/-60。C。升降架升程550mm，升降油缸與擺動搖杆動力箱按正弦運動邏輯配合，以保證抓料機械手總成在液壓機縱向水平面內等速往復運動。(3)抓料機械手攜帶半成品板材返回卸料工位，將其放於碼垛機升降抬板上的蒸養床上，升降抬板攜蒸養床及半成品板材開至碼垛工位的蒸養車，進行逐層堆垛，而後回程至中部取床工位，自循環錕道上取床後復位至取料工位，循環傳遞。碼垛機升降抬板預設初始及單床層高，每次堆垛進行Z軸坐標累加，直至滿車堆垛結束，其Z、Y向進給由伺服電機驅動絲槓執行，以滿足三工位、多級坐標點的二維定位。碼垛機碼垛工位的蒸養車位於縱嚮導軌滑臺上，滑臺沿縱向長行程軌道開出，將滿載的蒸養車變軌送入4~8個並列反應窯的準備軌道上，直至每條準備軌道上備足5車為止。入窯時，採用鏈板傳動，末端驅動推送入窯，最後變軌滑臺開至縱向軌道最外端的取車工位，對應橫置的小車回收軌道，空車開入變軌滑臺，滑臺攜小車復位至碼垛工位，重複碼垛循環。3乾燥及養護硬化半成品板材經液壓機擠壓成型後，進行最終結晶鈣化反應，成為成品出廠。反應窯設計為單窯雙室回熱式乾燥反應一體型10車整體進行反應。窯室內空間為25000*1500*2000中置三向噴射型矩陣氣幕，將窯室軟分隔為乾燥室和反應室，兩室內分別對半成品板材進行各自的工藝處理。反應窯為常壓層流式，反應溫度為低溫，故無特別的耐壓耐火要求，乾燥室將半成品板材進行乾燥，乾燥介質為幹飽和熱空氣(180°C~230°C)，其幹飽和熱空氣的加熱介質為背壓式汽輪機乏汽或蒸汽鍋爐乏汽(272°C~327°C)通過高效板管式換熱器進行熱交換。乾燥介質為常壓閉式循環，每循環入窯前，進入除溼器進行除水處理。乾燥室側壁對置百葉窗式矩形進風道，噴入幹飽和熱空氣，水平層流噴出，百葉窗對熱風導向，偏向入窯口20'C3(TC噴入，使幹飽和熱空氣在板材空間內產生多次撞擊渦街，使板料內水汽充分蒸發排出，同時雙向射流的合向矢量速度不為零，不會使熱風擁塞，造成板料乾燥度不均勻。乾燥室上部有排風裝置，窯室內中部的屏蔽氣幕為乾燥室的幹飽和熱風分流經密排陣列噴嘴水平對置和頂置三向噴入形成層流匯聚的軟隔離段，這樣可避免引入冷空氣降低加熱乾燥段溫度及衝淡反應段的煙氣濃度。預設置乾燥室和反應室相同的反應處理時間，當兩室反應結束後，進出窯門開啟，5車新料開入，5車成品開出，窯門關閉。乾燥室的5車半成品板材穿過屏蔽氣幕進入反應室，反應室的結構布置與乾燥段相同，矩形噴嘴百葉窗對反應介質導向偏向入口2(rC3(TC對置噴入，反應介質為含二氧化碳的工業廢氣，二氧化碳濃度為wt35。/。，氣體壓力為3.0bar，加速碳化溫度為30-8(TC，經加速碳化養護2小時，充分鈣化結晶反應後，重量增長即吸收二氧化碳6%左右，碳化率超過16%。碳化造紙汙泥板材抗折強度約為3MPa，抗壓強度約為12MPa。板材達到設計指標的成品要求，即開窯出爐，5車整體開出，充分定型硬化後，進行成品碼垛，分離養護架和養護小車，經回收軌道傳遞至相應的取用安置工位，進行生產單元的自動化循環。乾燥室可設有回熱器，乾燥室的排風裝置可與反應室的排煙裝置並聯，接到回熱器加熱介質排管的旁通引射器上，無需複雜的動力機構投入，直接利用加熱介質產生負壓抽吸引射兩段廢氣。乾燥室內可設有熱電偶和氧化鋯傳感器，當傳感器檢測道有過多反應室煙氣滲透進而超過乾燥室的標定要求時，即開啟排風裝置排出熱風，重新引入新空氣進行換熱乾燥反應。當開閉窯門時，設置開窯停風聯動機構，避免介質外洩造成損耗和汙染。實施例2選用造紙汙泥(同實施例l)和濟南鋼鐵集團的鋼渣為主要原料。鋼渣的化學成分和其重量百分比為-CaOSi02F203FeOA1203MgOP205Mn0235.3712.1121.0119.651.436.921.342.08取造紙汙泥25kg，鋼渣75kg，原料共100kg粉碎，混合均勻，按實施例l的方法製備半成品磚。壓製成的240xll5x50mn^半成品磚，採用含二氧化碳的工業廢氣進行加速碳化處理，二氧化碳濃度為wt35。/。，氣體壓力為2.5bar，加速碳化溫度為30-60'C，經過6小時的反應，製成成品磚。經過加速碳化後，重量增長即吸收二氧化碳10%左右，碳化率超過20%。碳化造紙汙泥磚抗折強度約為4MPa，抗壓強度約為17MPa。實施例3選用造紙汙泥(同實施例l)、鋼渣(同實施例2)、石灰和廢棄混凝土為原料。廢棄混凝土的化學成分和其重量百分比為CaOSi02F203A1203NaOMgOso3Loss58.1414.802.003.860.852.013.8013.80取造紙汙泥35kg、鋼渣20kg、石灰20kg和廢棄混凝土25kg，原料共100kg粉碎，混合均勻，按實施例l的方法製備板材。壓製成的240xll5x50mn^半成品磚，採用含二氧化碳的工業廢氣進行加速碳化處理，二氧化碳濃度為wt25。/。，二氧化碳氣體壓力為4bar，加速碳化溫度為30-60。C,經過14小時的反應，製成成品磚。經過加速碳化後，重量增長即吸收二氧化碳5%左右，碳化率超過10%。碳化造紙汙泥磚抗折強度約為3.5MPa，抗壓強度約為10MPa。權利要求1.一種利用造紙汙泥生產建材製品的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)混合配比將壓濾後的造紙汙泥，與粉碎後的碳化材料混合攪拌，送至儲料倉備用，造紙汙泥與碳化材料的重量比為10.5～4；(2)衝壓成型將儲料倉中的原料釋放至布料機中，經初始預壓和脈衝震實後，再經液壓機壓製成半成品；(3)乾燥及養護硬化壓製成的半成品送入反應窯中，進行乾燥處理後，半成品在加速碳化養護下，經充分的鈣化結晶反應、定型硬化，最後自然風冷。2.根據權利要求l所述的生產建材製品的方法，其特徵在於所述的乾燥處理所用乾燥介質為幹飽和熱空氣，溫度為100°C~230°C;所述的加速碳化養護條件為反應氣體為含二氧化碳的工業廢氣，二氧化碳濃度大於wtl0%，反應氣體壓力大於l.Obar，加速碳化溫度為20-150°C，所述的加速碳化養護時間為2-48小時。3.根據權利要求1所述的生產建材製品的方法，其特徵在於所述的碳化材料為石灰、鋼渣、電石渣和廢棄水泥混凝土中的一種以上。4.根據權利要求3所述的生產建材製品的方法，其特徵在於所述的碳化材料含有氧化鈣、氫氧化鈣、矽酸二鈣、矽酸三鈣、水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣、鈣礬石、氫氧化鎂和氧化鎂中的一種或一種以上的碳化成分，碳化成分佔碳化材料的重量百分比不少於30%。5.—種權利要求l所述生產建材製品的方法所用的設備，其特徵在於包括依次連接的混合配比單元、衝壓成型單元和乾燥及養護硬化單元；所述的乾燥及養護硬化單元包括蒸養床、蒸養床的輸送裝置和反應窯，反應窯位於蒸養床的輸送裝置末端。6.根據權利要求5所述的設備，其特徵在於所述的反應窯內按半成品的輸送方向依次為乾燥室、反應室，乾燥室和反應室的側壁分別對置設有矩形進風道，乾燥室的上部設有排風裝置，反應室上部設有排煙裝置。7.根據權利要求6所述的設備，其特徵在於所述的矩形進風道為百葉窗式結構，百葉偏向入窯口2030度。8.根據權利要求5所述的設備，其特徵在於所述的混合配比單元包括依次連接的稱量裝置、攪拌器和儲料倉；所述的衝壓成型單元包括布料機、擠料嘴、震動刮料板和液壓機，擠料嘴和震動刮料板位於布料機螺旋進料口末端，液壓機位於布料機右側，液壓機前機身安置取卸料機械手。9.根據權利要求6所述的設備，其特徵在於所述的乾燥室和反應室之間有屏蔽氣幕，屏蔽氣幕為乾燥室的幹飽和熱空氣經水平對置和頂置三向噴入形成的軟隔離段。全文摘要本發明涉及一種利用造紙汙泥生產建材製品的方法及其設備，屬於環境保護
技術領域：
。本發明的方法是將重量比為1∶0.5～4造紙汙泥與碳化材料混合配比、衝壓成型，壓製成的半成品經乾燥、加速碳化養護和充分的鈣化結晶反應，最後自然風冷，定型硬化。該方法所用的設備由依次連接的混合配比單元、衝壓成型單元和乾燥及養護硬化單元組成。本發明充分合理地利用了造紙汙泥、鋼渣、廢棄混凝土等工業廢棄物，降低了生產成本，解決了造紙汙泥所造成的環境汙染問題，製備了韌性、結構強度都顯著提高的新型建材，降低了建材的使用成本，具有良好的經濟效益和環境效益。文檔編號B28C1/16GK101412243SQ200810159068公開日2009年4月22日申請日期2008年11月25日優先權日2008年11月25日發明者任開迅,葉正茂,鈞常,董才翔,黃世峰申請人:濟南翔迅環保科技有限公司