專利名稱：污泥式水泥膠凝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以污泥為主要原料而制成的污泥式水泥膠凝材料，特別是對污水 處理廠將生物化、印染等污水進行處理后排出的污泥為主要原料生產(chǎn)一種既能在空氣中又 能在水中凝結(jié)硬化的具有高活性的水硬性污泥式水泥膠凝材料及其無害化處理的一種制 備方法，屬于環(huán)保式水泥領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國城鄉(xiāng)工業(yè)的迅速發(fā)展，污泥的排放量急劇增加，年排放量達2億噸，而被 開發(fā)利用的污泥僅占排放污泥量的10%左右，造成污泥的大量堆積，未被利用的污泥堆放 不僅占用大量土地，而且嚴重造成二次污染環(huán)境。隨著環(huán)保理念的逐漸深入人心，隨著國家 對環(huán)保產(chǎn)業(yè)扶持力度的不斷加大，開發(fā)利用已是當務(wù)之急。這里所講的污泥是指污水處理廠將生物化、印染等各種工業(yè)污水用重力濃縮為主 和機械化脫水等排出的廢渣，這里稱為污泥。它主要含有氧化鈣和二氧化硅，同時也含有植 物生長發(fā)育所需的氮、磷、鉀及維持植物正常發(fā)育的多種微量元素和能改良土壤結(jié)構(gòu)的有 機質(zhì)，同時還含有鉻一類，能使人們產(chǎn)生癌癥的物質(zhì)，以及其它有毒和不同類型的寄生蟲等 對人體有害成份，含水率在70-80%，開發(fā)利用十分困難。為處理這些污泥，為了變廢為寶，消除公害，國內(nèi)外很多人想了不少辦法，其主要 方法是將污泥進行填埋、堆放、投棄海洋、焚燒、堆肥處理等，現(xiàn)在也有人將污泥用于燒制高 溫水泥熟料，如“活化粉煤灰處理方法”、“用于建材中的鐵泥與污泥的處理方法”、“污水泥 渣式水泥及其制備方法”、“硫酸鋁渣用作水泥配料的處理方法”等，明顯存在以下缺點1)、 其產(chǎn)品只能代替部分水泥原料使用或只能當混合材料使用，替代比例較低，同時，還會使混 合水泥品種的需水量增高，影響水泥混凝土漿體工程質(zhì)量；2)、都需要在制坯后還要再經(jīng)過 晾干后才進行焙燒，明顯存在晾干時間長、晾干場地大和生產(chǎn)周期長等缺陷；3)、焙燒溫度 高和時間長，有的需要將其置于水泥窯中鍛燒到1000°C以上高溫還需要1 2小時才能燒 結(jié)成水泥熟料，有的雖然可用較低溫度但需焙燒的時間長達8 30小時，其能量消耗較大， 生產(chǎn)效率較低；4)需要使用價格昂貴的生產(chǎn)水泥的回轉(zhuǎn)窯，使投資費用加大，同時還存在 有二次污染問題。綜上所述，現(xiàn)有的將污泥用于燒制高溫水泥熟料的各種方法還都并不理 想，對于污泥處理的力度和對降低水泥成本的作用都不大，到目前為止，還都停留在試驗階 段，難以被推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是為了克服上述現(xiàn)有的用污泥生產(chǎn)的水泥熟料只能部分代替 水泥的不足之處，提供一種以污泥為主要原料就能生產(chǎn)出合格的能直接作為水泥原料使用 的污泥式水泥膠凝材料。本發(fā)明的另一個目的是為了克服現(xiàn)有的用污泥生產(chǎn)水泥熟料方法的不足之處，提 供一種生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、能耗低、生產(chǎn)成本低、便于推廣使用的污泥式水泥膠凝材料的制備方法為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的主要措施如下本發(fā)明的污泥式水泥膠凝材料，其成份完全由主要材料污泥和輔助材料石灰石粉 組成，所述的主要材料污泥按規(guī)定除去含有自由水后按重量百分數(shù)計算為90 70%，所述 輔助材料石灰石粉按重量百分數(shù)計算為10 30%，所述污泥和石灰石粉配制的重量百分 數(shù)之和為100%。本發(fā)明的污泥式水泥膠凝材料的制備方法，主要包括以下步驟A)將主要材料污泥按規(guī)定除去含有自由水后按重量百分數(shù)計算為90 70%和輔 助材料石灰石粉按重量百分數(shù)計算為10 30%的比例之和為100%的原料加入攪拌成型 機，邊攪拌邊加入適量的水再充分混合攪拌均勻后將物料加工成分散均勻、不出現(xiàn)結(jié)塊起 團和粉塵現(xiàn)象的物料球；B)將物料球直接入窯，在窯內(nèi)依次經(jīng)80 120°C的低溫區(qū)的預(yù)熱帶預(yù)熱10 15 分鐘，中區(qū)的水化反應(yīng)帶水化反應(yīng)10 15分鐘，400 600°C的高溫區(qū)的焙燒帶焙燒10 15分鐘，再經(jīng)冷卻帶自然冷卻10 15分鐘后出窯，即為污泥式水泥膠凝材料產(chǎn)品。經(jīng)對所述污泥式水泥膠凝材料產(chǎn)品的性能檢測研究，所述焙燒帶的溫度更低后， 產(chǎn)品的性能就會明顯下降，焙燒帶的溫度提高后，產(chǎn)品的性能并不能隨之同步提高，反而會 明顯增加能耗和增加成本，所以其焙燒帶的優(yōu)選溫度為500士50°C。為了便于預(yù)熱水化和焙燒，所述物料球的優(yōu)選直徑為5_8mm。本發(fā)明的污泥式水泥膠凝材料，由于大量使用的原料為污泥，該污泥是污水處理 廠將生物化、印染等各種工業(yè)污水用重力濃縮為主和機械化脫水等排出的廢渣，所以對污 泥的處理能力強，能夠迅速減少污泥堆積，變廢為寶，消除公害，該污泥式水泥膠凝材料的 質(zhì)量與現(xiàn)有的純硅酸鹽水泥熟料相當，如加入適量石膏或適量石膏和硅粉即可分別粉磨成 的污泥式水泥或高標號污泥式水泥，其物理性能如抗折強度、抗壓強度還能遠遠高于純硅 酸鹽熟料水泥強度，可廣泛用于大壩、水下、道路、橋梁、民用建筑等工程建設(shè)，經(jīng)有關(guān)工程 實際使用，其水泥質(zhì)量具有強度高、收漿快、水化熱低，防止水滲漏和抗耐磨性能好等優(yōu)點。 同時，用本發(fā)明提供的方法生產(chǎn)，因不需要將物料球預(yù)先晾干，所以能明顯縮短生產(chǎn)周期和 取消晾干場地，而將物料球直接入窯更有利于水化反應(yīng)而提高產(chǎn)品質(zhì)量，所以在窖中只需 約1個小時就能在焙燒溫度較低和焙燒時間很短的情況下，生產(chǎn)出合格的污泥式水泥膠凝 材料產(chǎn)品。用本方法生產(chǎn)的污泥式水泥膠凝材料，能耗能降低到高溫生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料 的1/3，二氧化碳的排放量也能減少4/5，使生產(chǎn)成本進一步降低，為解決污泥處置難題提 供了新途徑、新思路，更是符合國家工業(yè)廢渣資源化循環(huán)發(fā)展和有利于環(huán)保政策的變廢為 寶的好方法，具有很強的現(xiàn)實意義和便于推廣使用。
具體實施例方式本發(fā)明的污泥式水泥膠凝材料，完全由污水處理廠將工業(yè)污水經(jīng)脫水后排出的廢 渣被稱為污泥作主要原料和石灰石粉為輔助原料制成，經(jīng)多次試驗獲得，其原料中的污泥 按規(guī)定除去含有自由水后按重量百分數(shù)計算，原料中的石灰石粉按重量百分數(shù)計算，用下 列各組的重量百分數(shù)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%。綜上所述，本發(fā)明的污泥式水泥膠凝材料中的污泥的含量按重量百分數(shù)在 90-70%之間、石灰石粉的含量按重量百分數(shù)在10-30%之間配制的重量百分數(shù)之和為 100%時，均可生產(chǎn)出合格的污泥式水泥膠凝材料。其部分配比情況和焙燒溫度如表一所 示。選擇配比時，可根據(jù)具體污泥成分的情況，決定石灰石粉的最佳摻入量的多少，如這批 污泥中的氧化鈣含量高，則摻入的石灰石粉比例可低到10% ；如這批污泥中的氧化鈣含量 低，則摻入的石灰石粉比例就高些可達30%。使材料中的氧化鈣與二氧化硅的分子比在 0.9 1. 1之間為最好。表一部分配比情況和焙燒溫度表 本發(fā)明的污泥式水泥膠凝材料的制備方法，主要包括以下步驟A)將主要原料的污泥按規(guī)定除去含有自由水后按重量百分數(shù)計算為90 70%和 輔助原料石灰石粉按重量百分數(shù)計算為10 30%的比例之和為100%的原料加入攪拌成 型機，邊攪拌邊加入適量的水充分混合攪拌均勻后將物料加工成分散均勻、不出現(xiàn)結(jié)塊起 團和粉塵現(xiàn)象的物料球；B)將物料球直接入窯，在窯內(nèi)依次經(jīng)80 120°C低溫區(qū)的預(yù)熱帶預(yù)熱10 15分 鐘、中溫區(qū)的水化反應(yīng)帶水化反應(yīng)10 15分鐘、400 600°C高溫區(qū)的焙燒帶焙燒10 15 分鐘，再經(jīng)室溫區(qū)的冷卻帶自然冷卻10 15分鐘后出窯，即為污泥式水泥膠凝材料。經(jīng)對本發(fā)明的污泥式水泥膠凝材料產(chǎn)品性能的研究，所述焙燒帶的溫度低于 400°C后，產(chǎn)品的性能就會明顯下降，焙燒帶的溫度高于600°C后，產(chǎn)品的性能并不能隨之同 步提高，反而會明顯增加能耗和增加成本，所以其焙燒帶的優(yōu)選溫度為500士50°C。為了便于水化反應(yīng)和焙燒，所述物料球的優(yōu)選直徑為5 8mm。在本發(fā)明的污泥式水泥膠凝材料產(chǎn)品中，加入適量(4% )石膏或適量(4% )石膏 和少量(10% )配料如硅粉可分別粉磨成的污泥式水泥或高標號污泥式水泥，并按照ISO有 關(guān)水泥物理性能測試標準進行強度、細度、流動度等性能測試(即用膠砂比為1 3，水膠比 為0. 5，可用膠凝材料450克，標準砂1350克，試塊規(guī)格4X4X6cm，每組成型3塊，按規(guī)定脫膜、養(yǎng)護、測試一定令期強度、細度、流動度)。該產(chǎn)品經(jīng)張家港市塘橋鎮(zhèn)污水處理有限公 司進行測試，其主要物理性能如抗折強度、抗壓強度還能遠遠高于純硅酸鹽熟料水泥強度， 其結(jié)果如表二所示。表二 本發(fā)明的膠凝材料與硅酸鹽水泥熟料分別制成的水泥的主要物理性能對比
表 本發(fā)明使用的污泥是污水處理廠排出的各種污泥，石灰石是一種礦山資源，來源 非常廣，成本也非常低，只需要粉磨成粉，按一定比例混合攪拌成球，使具有均勻分散性的 物料球會在低溫和中溫區(qū)中產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上還對污泥產(chǎn)生分解腐蝕作用，從而 破壞污泥中的有害物質(zhì)的原有結(jié)構(gòu)，使污泥中重金屬等有害物質(zhì)，也都固熔在污泥式水泥 膠凝材料的晶格之中，再也不能逸出或析出，沒有二次污染隱患。再經(jīng)約500°C焙燒，使加 有一定量的石灰石粉的污泥結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生新的功能基因，增加了極微小的高分散性的硅和鈣 的水化物，使這些新產(chǎn)物本身既能在空氣中又能在水中凝結(jié)硬化，是一種具有高活性的水 硬性膠凝材料。如加入適量石膏或適量石膏和少量配料如硅粉即可分別粉磨成污泥式水泥 或高標號污泥式水泥，能極大地提高水泥早后期強度，而且改善了水泥的需水性能，增強了 抗硫酸鹽的侵蝕和抗凍性、耐磨性等性能。具有加強水泥石結(jié)構(gòu)的作用，在水泥水化過程中C3S的水化，改善了水泥早期強度低的弊病。一方面該產(chǎn)品本身加入 一定的石灰石粉，就加速了污泥式水泥膠凝材料的水化反應(yīng)，又是CaC03能加速與污泥式水 泥間礦物組成C3S的早期水化，是CaC03與污泥式水泥膠凝材料中的各種化學(xué)成份反應(yīng)，生 成碳鋁酸鈣，碳鋁酸鈣是一種針狀體，促進污泥式水泥膠凝材料和水泥強度的發(fā)展，從而增 強了水泥的早期強度，并超過了純硅酸鹽水泥熟料強度。其水泥產(chǎn)品的測試結(jié)果如表二所 示。另一方面，該產(chǎn)品污泥式水泥膠凝材料能易磨，粉磨細度細，這些細小的顆粒，可以起微 集料的作用，填實硬化水泥漿體的孔隙和裂縫，增加它們之間的粘結(jié)力，使顆粒級配合理有 利于提高強度。該方法能將污水處理廠排出的堆放積如山又難處置的各種污泥處理成需求 量巨大、投資少、產(chǎn)品強度高、耐磨性、抗凍性、干縮性能好，既有利于環(huán)保，又能降低生產(chǎn)成 本的優(yōu)質(zhì)水泥，也為處置污泥難題提供了新途徑、新思路，具有很強的現(xiàn)實意義和便于推廣 使用。
權(quán)利要求
一種污泥式水泥膠凝材料，其特征在于由主要原料污泥和輔助原料石灰石粉組成，所述的主要原料污泥按規(guī)定除去含有自由水后按重量百分數(shù)計算為90-70％，所述輔助原料石灰石粉按重量百分數(shù)計算為10-30％，所述污泥和石灰石粉配制的重量百分數(shù)之和為100％。
2.權(quán)利1的污泥式水泥膠凝材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟A)將主要原料污泥按規(guī)定除去含有自由水后按重量百分數(shù)計算為90-70%和輔助原 料石灰石粉按重量百分數(shù)計算為10-30%的比例之和為100%的原料加入攪拌成型機，邊 攪拌邊加入適量的水再充分混合攪拌均勻后將物料加工成分散均勻、不出現(xiàn)結(jié)塊起團和粉 塵現(xiàn)象的物料球；B)將物料球直接入窯，在窯內(nèi)依次經(jīng)80 120°C的低溫區(qū)的預(yù)熱帶預(yù)熱10 15分鐘， 中溫區(qū)的水化反應(yīng)帶水化反應(yīng)10 15分鐘，400 600°C的高溫區(qū)的焙燒帶焙燒10 15 分鐘，再經(jīng)冷卻帶自然冷卻10 15分鐘后出窯，即為污泥式水泥膠凝材料產(chǎn)品。
3.如權(quán)利要求2所述的污泥式水泥膠凝材料的制備方法，其特征在于所述物料球的優(yōu) 選直徑為5-8mm。
4.如權(quán)利要求2或3所述的污泥式水泥膠凝材料的制備方法，其特征在于所述焙燒帶 的優(yōu)選溫度為500士50°C。
全文摘要
本發(fā)明的污泥式水泥膠凝材料，完全由污水處理廠將生物化、印染等污水處理后排出的污泥和石灰石粉組成，具有對污泥的處理能力強，能夠迅速減少污泥堆積等優(yōu)點。其制備方法是將污泥與石灰石粉按一定比例混合成物料球，直接入窖依次經(jīng)預(yù)熱帶、水化反應(yīng)帶、焙燒帶和冷卻帶后出窯，在窖中只需約1個小時就能生產(chǎn)出合格的污泥式水泥膠凝材料產(chǎn)品。具有生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、能耗低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。該膠凝材料在加入適量石膏或適量石膏和少量硅粉即可粉磨成污泥式水泥。該方法能有效地解決了將污泥采取堆放、填埋、焚燒等極易造成二次污染的問題，又克服了以往方法存在能耗高和生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)效率低等不足之處，是一種便于推廣的好方法。
文檔編號C04B7/24GK101857385SQ20101015828
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者譚紀林 申請人:譚紀林