粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料及其製備方法
2023-05-10 11:09:06
粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料及其製備方法,包括固體粉料和複合激發劑，固體粉料為粉煤灰和煅燒印染汙泥的混合物，煅燒印染汙泥與粉煤灰的質量比為1:4-9，煅燒印染汙泥為經鐵劑和鈣劑調質並幹化的印染汙泥在650℃-950℃下煅燒1-3小時而得，複合激發劑為鈉水玻璃和氫氧化鈉配製而成，且複合激發劑的模數為1-2，複合激發劑與固體粉料的質量比為0.6-1.0：1。本發明以廢止廢，為印染汙泥的處理處置提供了新的途徑，減輕了對環境的危害，降低了成本，減少了資源消耗，符合節能減排的要求，實現了資源的回收利用。
【專利說明】粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料及其製備方法，所用到的技術 為煅燒工藝和地質聚合物技術，屬於印染汙泥治理領域和建築材料領域，所製備的粉煤灰 印染汙泥地質聚合物材料可以用於生產磚，用於建築工程和市政工程等。
【背景技術】
[0002] 印染汙泥是印染廢水治理過程中產生的殘留物。其產量大、成分複雜、有毒汙染物 含量高，是一種危險廢棄物。因此，印染汙泥的治理是一個非常棘手又亟待解決的環境問 題。目前較多採用衛生填埋的傳統方法，但填埋一方面會佔用大量土地，另一方面汙泥滲濾 液仍會擴散從而汙染土壤和地下水。焚燒是較為徹底的汙泥處置方法，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，最終使汙泥體積減少95 %左右，但如何合理 處置焚燒過程中產生的二次汙染物仍是有待解決的問題。資源化利用是印染汙泥處置的可 持續方法，如燒制輕質節能磚、製備混凝土輕質骨粒、生產水泥製品、製備廢水處理中的吸 附齊U、混凝劑等。現有的生產水泥製品的步驟如下：幹化印染汙泥和水泥混合--> 加水攪 拌--> 成型--> 脫模養護--> 免燒磚。燒制磚的方法步驟如下：汙泥幹化--> 摻粘 土或頁巖配料拌合--> 制坯幹化--> 入窯焙燒--> 燒結磚。
[0003] 上述生產水泥製品的方法中，幹化印染汙泥直接加入水泥中生產水泥製品的方 法，其不利條件是印染汙泥本身含有有機物，在水泥的鹼性條件下更會釋放氨氣、硫化氫等 氣體，造成製品強度偏低，且印染汙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，造成製品耐久性不佳，製品本色為灰色，需根據需要添加顏料。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 氣造成製品強度低，且加鈣幹化的印染汙泥含有大量鈣組分，煅燒之後形成氧化鈣，易造成 石灰爆裂，製品本色為磚紅色。
[0004] 粉煤灰是燃煤過程排放出來的以矽鋁為主要成分的工業副產品。在建築材料領域 應用廣泛，常作為摻合料加入到矽酸鹽水泥中形成粉煤灰矽酸鹽水泥。地質聚合物是以含 矽鋁材料為原料，通過地質聚合反應形成的一種低能耗、高耐久、低碳排放的無機聚合物。 在地質聚合物種類中，粉煤灰基地質聚合物由於可以利用粉煤灰這種固體廢棄物而受到重 視。
[0005] 基於此，提出本發明。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術的上述技術問題，本發明的目的是提供一種粉煤灰印染汙泥地質聚 合物材料及其製備方法，對經鐵劑和鈣劑調質並幹化的印染汙泥這種高汙染物進行資源化 利用，以降低印染汙泥對環境造成的負擔，實現資源的重複利用；以粉煤灰為矽鋁原材料， 以煅燒印染汙泥為添加劑，以鈉水玻璃和氫氧化鈉配製所得混合溶液為激發劑，確定印染 汙泥的煅燒工藝和添加比例，以及激發劑的模數和摻量，在一定養護條件下使該製品具有 較好的性能，可以用於建築工程和市政工程以替代目前常見的燒結磚和水泥磚。
[0007] 為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的： 粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料，包括固體粉料和複合激發劑，所述的固體粉料為粉 煤灰和煅燒印染汙泥的混合物，所述煅燒印染汙泥與粉煤灰的質量比為1:4-9,所述的煅燒 印染汙泥為經鐵劑和鈣劑調質並幹化的印染汙泥在650°C-950°C下煅燒1-3小時而得，所 述複合激發劑為鈉水玻璃和氫氧化鈉配製而成，且複合激發劑的模數為1-2,所述複合激發 劑與固體粉料的質量比為0. 6-1. 0 :1。
[0008] 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。
[0009] 所述的鈣劑為氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣或硫酸鈣等。
[0010] 粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料的製備方法，包括以下步驟： (1) 將經鐵劑和鈣劑調質並幹化的印染汙泥升溫至650°C-950°c，煅燒1-3小時，冷卻 並磨細至10-100 備用； (2) 將鈉水玻璃和氫氧化鈉混合，控制其模數為1-2,製成複合激發劑，陳化備用； (3) 將步驟（1)中的煅燒印染汙泥和粉煤灰以1:4-9的質量比充分混合均勻製成固體 粉料，將步驟（2)中的複合激發劑以激發劑：固體粉料=0. 6-1. 0 :1的質量比混合，充分攪拌 均勻，製得漿體； (4) 將步驟（3)中製得的漿體澆築進適當的模具中，表面覆蓋薄膜，室溫養護一天後脫 模，並在室溫下養護至28d或在80°C下溼氣養護24h再室溫養護至28d，即得粉煤灰印染汙 泥地質聚合物材料。
[0011] 在步驟（3)的配料中加入砂或石子製成砂漿或混凝土。
[0012] 粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料用於生產磚。
[0013] 所述的粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料在建築工程或市政工程中的應用。
[0014] 對該種印染汙泥進行熱重-等離子質譜分析，發現當煅燒溫度達到650度以上時， 汙泥釋放氣體量趨於最小，固體質量趨於穩定，因此煅燒工藝控制溫度定為650度至950 度。煅燒之後，印染汙泥成分以氧化鐵以及氧化鈣或硫酸鈣為主，呈紅色。
[0015] 由上述步驟製得的製品屬於鈣基地質聚合物材料，各項性能優良，抗壓強度可 達30-50MPa，符合砌牆磚和市政磚的要求，其重金屬浸出量符合《浸出毒性鑑別標準》 GB5085. 3-2007的限制要求。
[0016] 本發明針對的是經過鐵劑和鈣劑調質處理並經板框壓濾的印染汙泥，利用煅燒工 藝和粉煤灰地質聚合物技術對其進行資源化利用。要解決的技術問題是（1)對使用鐵劑和 鈣劑調質處理的幹化印染汙泥進行預處理，實現其成分固定，便於資源化利用；（2)將粉煤 灰和印染汙泥按一定比例配合，並用激發劑進行激發，使其固化成具有較高強度、較高耐久 性和低的汙染物釋放的實用性材料。
[0017] 本發明粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料的製備方法，在煅燒過程可以釋放汙泥中 附著的氣體，使有機物燃燒，並使無機物的活性提高，最終降低汙泥燒失量，提高其固體成 分的反應活性。有機物帶有一定的燃燒熱值，可以節約煅燒過程中的燃料消耗。若使用煤 炭煅燒汙泥，所獲得的粉煤灰可以按本方法的原理直接回收利用。
[0018] 本發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複合激 發劑時，部分鋁矽相從玻璃球殼中溶出，並發生地質聚合反應。煅燒印染汙泥中含有的氧化 鈣或硫酸鈣可以起到複合激發劑的作用，並參與地質聚合反應，最終形成鈣基地質聚合物， 具有一定的強度和耐久性，而煅燒印染汙泥中含有的氧化鐵成分賦予製品一定程度的紅 色，與焙燒紅磚類似，無需再添加顏料。
[0019] 本發明充分利用了該調質幹化印染汙泥中鐵劑和鈣劑這兩種可回收資源，其中鈣 劑的煅燒產物可以參與地質聚合物的形成，而鐵劑的煅燒產物成為製品的著色劑，使得最 終的地質聚合物材料呈現紅色。
[0020] 本發明利用了工業廢棄物粉煤灰來治理高汙染物印染汙泥，屬於以廢止廢，為印 染汙泥的處理處置提供了新的途徑，減輕了對環境的危害，降低了成本，減少了資源消耗， 符合節能減排的要求，實現了資源的回收利用；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；與生產水泥製品的工藝相比，地質聚合物具有更高 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，並且不使用 水泥，減少了水泥的生產，減少了水泥生產過程中的高資源能源消耗和高碳排放。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料的生產工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護範圍並不限於 此。
[0023] 本發明實施例中的主要原材料如下：粉煤灰取自某電廠，印染汙泥取自某汙水處 理廠，成分見表1。氫氧化鈉為純度99%的分析純化學試劑；水玻璃溶液為模數3. 3,含固率 34%，其中含氧化鈉8%，二氧化矽26%。
[0024] 表1印染汙泥和粉煤灰的主要化學成分及含量（wt. %)
【權利要求】
1. 粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料，其特徵在於包括固體粉料和複合激發劑，所述 的固體粉料為粉煤灰和煅燒印染汙泥的混合物，所述煅燒印染汙泥與粉煤灰的質量比為 1:4-9,所述的煅燒印染汙泥為經鐵劑和鈣劑調質並幹化的印染汙泥在650°C -950°C下煅 燒1-3小時而得，所述複合激發劑為鈉水玻璃和氫氧化鈉配製而成，且複合激發劑的模數 為1-2,所述複合激發劑與固體粉料的質量比為0. 6-1. 0 :1。
2. 如權利要求1所述粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料，其特徵在於：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. 如權利要求1所述粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料，其特徵在於：所述的鈣劑為氧 化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣或硫酸鈣。
4. 粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料的製備方法，其特徵在於包括以下步驟： (1) 將經鐵劑和鈣劑調質並幹化的印染汙泥升溫至650°C _950°C，煅燒1-3小時，冷卻 並磨細至10-100 備用； (2) 將鈉水玻璃和氫氧化鈉混合，控制其模數為1-2,製成複合激發劑，陳化備用； (3) 將步驟（1)中的煅燒印染汙泥和粉煤灰以1:4-9的質量比充分混合均勻製成固體 粉料，將步驟（2)中的複合激發劑以激發劑：固體粉料=0. 6-1. 0 :1的質量比混合，充分攪拌 均勻，製得漿體； (4) 將步驟（3)中製得的漿體澆築進適當的模具中，表面覆蓋薄膜，室溫養護一天後脫 模，並在室溫下養護至28d或在80°C下溼氣養護24h再室溫養護至28d，即得粉煤灰印染汙 泥地質聚合物材料。
5. 如權利要求4所述粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料的製備方法，其特徵在於：在步 驟（3)的配料中加入砂或石子製成砂漿或混凝土。
6. 如權利要求1-5任一權利要求所述的粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料用於生產磚。
7. 如權利要求1-5任一權利要求所述的粉煤灰印染汙泥地質聚合物材料在建築工程 或市政工程中的應用。
【文檔編號】C04B7/24GK104355575SQ201410562332
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】周何鋌, 鍾振宇, 何江偉, 劉啟順, 李少和, 黃曼 申請人:浙江工業職業技術學院