用旋窯廠處理廢棄混凝土制活性渣粉和活性骨料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)保利廢領(lǐng)域，尤其涉及一種利用干法旋窯生產(chǎn)線工藝裝備處理廢棄混凝土制活性渣粉和活性骨料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]
當(dāng)前，我國廢棄混凝土日平均產(chǎn)生量已逾百萬噸，且以每年8%的速度增長，預(yù)計2020年將達到6.5?7億噸。這些廢棄混凝土如果不能得到良好的再利用，不僅破壞生態(tài)環(huán)境，而且也是資源的巨大浪費，同時還將進一步加劇建材行業(yè)的生產(chǎn)負擔(dān)。我國水泥產(chǎn)量居世界首位，2014年水泥產(chǎn)能近28億噸；與此同時，水泥生產(chǎn)所需的石灰石、黏土等原材料卻面臨資源匱乏的局面。利用廢棄混凝土制備再生水泥，通過水泥一一混凝土材料的閉路循環(huán)，一方面可以直接減少整個混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的廢棄物，實現(xiàn)廢棄混凝土的高附加值再生利用；另一方面，能夠有效緩解水泥工業(yè)的生產(chǎn)壓力，減少對不可再生資源的消耗。
近年來，廢棄混凝土資源化利用國內(nèi)外相關(guān)研究多集中于再生骨料，且以多級破碎、振動分選方式為主，但是，受廢棄混凝土成分復(fù)雜性以及骨料與硬化砂漿分離技術(shù)的限制，我國現(xiàn)階段再生骨料生產(chǎn)成本較高而產(chǎn)品性能有限，混凝土破碎過程中產(chǎn)生大量裂縫損傷，且骨料表面嵌附有大量結(jié)構(gòu)疏松的水泥石礦物，直接影響其應(yīng)用。此外，再生骨料技術(shù)主要利用的是廢棄混凝土中的粗骨料，而成本更高的砂漿、尤其是水泥石部分沒有被有效的利用。
在以廢棄混凝土為原料煅燒水泥方面，目前研究的技術(shù)途徑主要有二:
其一是從廢棄混凝土中分離出粗骨料，利用廢棄混凝土中的粗骨料取代部分天然石灰石作為水泥鈣質(zhì)原料。申請?zhí)枮?01110307407.5的中國專利公開了一種用廢棄混凝土制備水泥熟料的方法；2012年4月《土木建筑與環(huán)境工程》第34卷第2期“廢棄混凝土再生水泥熟料的配制與性能”介紹了重慶大學(xué)萬朝均等在實驗室將廢棄混凝土多次破碎、分離，去掉含砂較多的水泥石(< 5mm顆粒物)，獲得以石灰石為主的顆粒(粒徑5?20_)，取代天然石灰石煅燒熟料。武漢理工大學(xué)萬惠文等同樣以實驗室條件利用廢棄混凝土代替部分石灰石原料配料燒制水泥，實驗室配料中石灰石取代率為60%時可煅燒出熟料。
其技術(shù)途徑二是利用廢棄混凝土破碎后分離出的水泥石微粉、含砂硬化水泥石或者砂漿部分作為水泥生料組分。
廢棄混凝土經(jīng)破碎、分選制備再生骨料過程中產(chǎn)生的細小微粒，主要成分為水泥石。有研究者將廢棄混凝土破碎，經(jīng)低溫?zé)崽幚?、多次磨碎、分次篩分后的微粉(水泥石微粉)煅燒水泥。捷克研究人員用回收的混凝土微粉作為波特蘭水泥生料組分，摻入富鈣石灰石、鐵質(zhì)校正原料以及CaF2，于實驗室在1430°C煅燒熟料。申請?zhí)枮?01210492158.6的中國專利申請，公開了一種廢棄混凝土微粉活化方法，介紹了浙江大學(xué)孫家瑛等用廢棄混凝土微粉與粉狀硅酸鈉混合后加熱(250°C?350°C )1-2小時，冷卻后再加脫硫石膏和熟石灰、硫鋁酸鹽、硅酸鹽水泥熟料、三乙醇胺外加劑一起粉磨至大于450m2的粉料。 經(jīng)破碎的廢棄混凝土中，水泥石與砂緊密黏接、不易分離，有研究者利用這種含砂的硬化水泥石、或直接利用廢砂漿為原料煅燒水泥。如山東大學(xué)陶珍東等采用熱處理或者三乙醇胺(TEA)處理，并結(jié)合機械粉碎，將廢棄混凝土中的基質(zhì)膠凝組分(即水泥石組份)分離出來作為水泥原料，于實驗室條件下?lián)搅?0%時，熟料強度與常規(guī)生料煅燒的熟料相差不大。同濟大學(xué)王培銘等利用廢棄混凝土中分離出的廢砂漿為部分粘土替代原料，于實驗室分別按照高C3S、高C2S和普通硅酸鹽水泥3種典型配料煅燒熟料。
但，國內(nèi)外現(xiàn)有的實驗顯示，以分離后的含砂廢棄混凝土膠凝組分為原料煅燒水泥熟料，存在一個關(guān)鍵性的技術(shù)難題一一結(jié)晶態(tài)S12的活化。砂的主要礦物成分為石英，在水泥煅燒時不易解聚出[S14]4—(反應(yīng)活性體)與CaO結(jié)合形成(^，進而影響生料易燒性；另外，由于硬度大、難磨，砂中S1^aB體的顆粒較粗，對熟料中硅酸鹽礦物(C2S、C3S)的組成和晶型晶貌有不利影響。萬惠文等的研究表明:隨著分離后的廢棄混凝土取代石灰石比例的上升，熟料中f-CaO含量增加、熟料質(zhì)量下降；陶珍東等的研究配制的生料易燒性較差，且隨著摻量增加，生料易燒性更差，熟料強度降低；王曉波利用以分離的廢棄混凝土和廢磚為主的建筑垃圾為原料煅燒熟料，隨建筑垃圾摻量增加，熟料抗壓強度呈下降趨勢。
目前，利用廢棄混凝土制備水泥的方法大都需要對原料進行破碎、篩分，將組分分離，不僅使廢棄混凝土材料利用率偏低，而且增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和能耗。而廢棄混凝土中含有石灰石(粗骨料)和硅質(zhì)原料(砂)，硬化水泥石高溫下脫水形成的氧化物成分與水泥生料基本相同，理論上完全可以利用廢棄混凝土中所有組分作為原料制備再生水泥。這種方式突出的優(yōu)點是:廢棄混凝土無需分離處理，可以降低再生水泥成本，實現(xiàn)廢棄混凝土的完全資源化利用；對原料加工要求精度低，適于大批量生產(chǎn)；廢棄混凝土中的硬化水泥石、未水化水泥顆粒以及雜質(zhì)離子可以促進熟料燒成，降低燒成能耗。但是當(dāng)前尚沒有技術(shù)方法可以解決廢棄混凝土原料顯著區(qū)別于普通水泥生料的特點，即國內(nèi)外至今尚沒有可行的技術(shù)方法可解決——存在硬化水泥石和由砂提供結(jié)晶度高的S1jt為硅質(zhì)原料，及解決結(jié)晶態(tài)S12的反應(yīng)活性，以降低熟料燒成能耗、提高熟料質(zhì)量的技術(shù)問題。
[0003]另一方面，水泥作為最大宗建筑材料之一，為降低其生產(chǎn)成本或改善某些性能，通常加入一定量的摻合材，即水泥通常是采用熟料、摻合材、石膏經(jīng)熟料配料后粉磨的混合物。常用的活性摻合材是水淬礦渣，其次是磷渣、鋼渣、煤渣、粉煤灰及其他冶金廢渣。視水泥品種及強度等級不同，摻合材通常用量占5 - 50%。為降低生產(chǎn)成本，部分水泥粉磨站所用摻合材的用量高達60 - 80%。由于摻合材需求量巨大，而可用的活性摻合材來源有限，許多企業(yè)不得不采用專門焙燒的煤矸石、燒頁巖、燒粘土及砂巖、石灰石作為摻合材，甚至部分企業(yè)為降低生產(chǎn)成本采用大量的生矸石、碳質(zhì)頁巖乃至粘土質(zhì)礦物等直接作為摻合材，導(dǎo)致部分水泥除強度和凝結(jié)時間正常外，實際上是不能用于機構(gòu)工程的劣質(zhì)水泥，而致使豆腐渣工程層出不窮。
[0004]其次，大規(guī)模經(jīng)濟建設(shè)致使水泥混凝土工程用砂需求巨大，優(yōu)質(zhì)砂石資源逐漸枯竭，因技術(shù)與成本原因，高含泥量砂石及高含鹽砂石(海砂)被廣泛采用，現(xiàn)已嚴(yán)重影響到混凝土工程質(zhì)量尤其是工程的耐久性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用旋窯廠處理廢棄混凝土制活性渣粉和活性骨料的方法，可利用旋窯水泥生產(chǎn)線設(shè)備，可簡便地、較低成本的有效利用廢棄混凝土組成的全部組份，生產(chǎn)有較高附加值且市場用途廣泛的優(yōu)質(zhì)活性渣粉和優(yōu)質(zhì)活性骨料。
[0006]本發(fā)明解決其問題采用的技術(shù)方案是，用旋窯廠處理廢棄混凝土制活性渣粉和活性骨料的方法，利用旋窯水泥生產(chǎn)線工藝裝備，將破碎的廢棄混凝土于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)9800C?1280°C焙燒，然后經(jīng)解理性粉磨、分選，制取活性渣粉和骨料，主要包括如下步驟:
(I)原、燃材料備料:將廢棄混凝土破碎至< 40mm，去鋼筋，作為原料；以燃煤制成煤粉作為燃料；
(2 )活化焙燒:將步驟(I)所得廢棄混凝土塊粒狀原料連續(xù)送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，每Kg廢棄混凝土原料配熱100?300KCal，視焙燒質(zhì)量情況調(diào)整回轉(zhuǎn)窯窯頭噴煤管燃燒器用煤量和回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速及原料喂料量，控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫?zé)蓞^(qū)段焙燒溫度為980°C?1280°C ;控制焙燒的時間為15~50分鐘；
以確保塊粒狀廢棄混凝土中的原水泥石礦物組份及原惰性的硅鋁酸鹽等礦物熱分解活化后可以有效吸收氧化鈣化合為硅酸二鈣、鐵酸鈣、鐵鋁酸鈣、鋁酸鈣、硫鋁酸鈣、硫鐵酸鈣等有良好水化活性的礦物，并形成大量的活性氧化鈣，并控制在有限時間內(nèi)氧化鈣不會被死燒、且可保持水泥石結(jié)構(gòu)疏松，也不會生成硅酸三鈣；同時，石英砂骨料與水泥石的結(jié)合結(jié)構(gòu)變得很疏松(結(jié)合部疏松則易于剝離和磨削)，且石英砂的表面得以被高溫堿活化形成表面活化的優(yōu)質(zhì)骨料，另一方面，碳酸鈣骨料的外部區(qū)和破損裂縫區(qū)受熱分解為活性氧化鈣，較粗大顆粒的碳酸鈣骨料的內(nèi)核得以保留而化為較小粒徑的優(yōu)質(zhì)骨料。
[0007](3)解理性粉磨:將步驟(2)所得的焙燒物料連續(xù)穩(wěn)定的送入球磨機內(nèi)，或者配入石膏等適宜于摻入活性渣粉的材料一起送入球磨機內(nèi)；連續(xù)加入占入磨物料總量0.039^0.3%的醇胺復(fù)合型解理性活化助磨劑(市售產(chǎn)品，長沙