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CN116813369B - 一种危废基高强度轻集骨料及其制备方法 - Google Patents

一种危废基高强度轻集骨料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种危废基高强度轻集骨料，由如下质量百分比的组分组成：10～40％危废物料和60～90％固废物料；其中，所述危废物料为铝灰、垃圾焚烧飞灰、电镀污泥或含油污泥中至少三种的组合，所述固废物料为建筑弃土、污染土、河道淤泥或生活市政污泥中至少三种的组合。本发明还公开了上述危废基高强度轻集骨料的制备方法。本发明制备轻集骨料所用原料均为危废和固废，无需额外增加助熔剂、粘结剂、造孔剂等辅料，能够实现大量危废、固废的无害化、减量化以及资源化处理。本发明制备的轻集骨料在危废物料加入量到达40％比例时，仍然能够保持高筒压强度(23.16MPa)和低毒性浸出浓度。

Description

一种危废基高强度轻集骨料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种危废基高强度轻集骨料，还涉及上述危废基高强度轻集骨料的制备方法。
背景技术
人造轻集骨料是市场上较为常见的环保建筑材料，主要有粘土陶粒、页岩陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、膨胀矿渣珠、沸石轻集料、多孔烧结料、煤渣和碎砖等，其中陶粒更是以其优异的性能被广泛应用。
传统陶粒的主要生产原料粘土和页岩已属于不可再生资源，因此现在采用与其化学成分相近的固废来生产轻集骨料已是研究的主流方向。
CN111517752B公开了一种固硫灰陶粒的制备方法，主要以固硫灰、污泥、岩浆土、尾矿粉、铝灰粉、石灰石粉、玻璃粉、磷酸盐胶黏剂作为原料，实现了在少用高温发泡剂和助熔剂的情况下，高温烧结制得筒压强度不超过6.6MPa的轻质陶粒。虽然该方法消解了大量固硫灰、污泥以及岩浆土，但原料中危废基的量消耗极少，种类单一，同时所制得的陶粒强度也较低。
CN104402403B公开了一种垃圾焚烧灰固化重金属高强陶粒的制备方法，以大量垃圾灰(60％～80％)、盐渍土、玻璃粉、碳酸钙、碳酸钠、水作为原料，在1150℃以下煅烧成型，所得陶粒浸出毒性远低于《危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准》，筒压强度最高可达10.52MPa。该方法虽然消耗大量飞灰，但是危废种类单一，且使用了碳酸钙、碳酸钠、水等资源作为辅料，在资源高效利用这块仍有不足。
CN103241970B公开了一种用含油污泥生产的烧结膨胀型轻质陶粒及其制造方法，采用含油污泥、建筑废渣土、废弃节能灯废渣、锅炉废渣、木材加工废渣为主原料，氧化钙、羧甲基纤维素、聚羧酸盐高效减水剂、硫酸亚铁、硫酸镁和水等为辅料，烧结制得膨胀型轻质陶粒产品，筒压强度为3.85MPa，筒压强度较低，同时资源利用率也较低。
综上所述，目前危废基轻集骨料仅对单一危废进行配料制备，筒压强度低，同时还需消耗助熔剂、粘结剂、造孔剂等辅料，无法实现完全固废的资源化利用。
发明内容
发明目的：本发明目的旨在提供一种危废基高强度轻集骨料，该轻集骨料的制备原料全部采用危废物料和固废物料，一方面实现了完全固废的资源化利用，另一方面得到的轻集骨料具有不低于15Mpa的筒压强度。本发明另一目的旨在提供上述危废基高强度轻集骨料的制备方法。
技术方案：本发明所述的危废基高强度轻集骨料，由如下质量百分比的组分组成：10～40％危废物料和60～90％固废物料；其中，所述危废物料为铝灰、垃圾焚烧飞灰、电镀污泥或含油污泥中至少三种的组合，所述固废物料为建筑弃土、污染土、河道淤泥或生活市政污泥中至少三种的组合。
其中，所述河道淤泥是含水率为60％-80％。河道淤泥是含水率能够控制水料比在0.25～0.5，保证物料完全混合形成湿料同时又不至于水分过多导致造粒不成型。
其中，所述危废基高强度轻集骨料由如下质量百分比的组分组成：40％危废物料和60％固废物料；其中，所述危废物料由如下质量百分比的组分组成：铝灰20％、垃圾焚烧飞灰5％、电镀污泥6％以及含油污泥9％；所述固废物料由如下质量百分比的组分组成：建筑弃土4.8％、污染土8.4％、河道淤泥42％以及生活市政污泥4.8％。
其中，上述危废基高强度轻集骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)除河道淤泥和生活市政污泥，将所有危废物料和固废物料烘干、研磨并过筛；通过该方式能够确保混合过程的混合均匀性；
(2)将配方量的危废物料和固废物料混合，搅匀后得到混合湿物料；湿物料中的水分来自于河道淤泥和生活市政污泥；
(3)混合湿物料于常温下陈化(陈化过程为均化过程，能够实现原料在微观上的细化和混合，实现充分渗透，使焙烧前的混合料成分均匀稳定)，陈化后输送至造粒机，制得球形生胚；
(4)将球形生胚输送至烘干机，利用回转窑焙烧余热烘干1～3h，烘干温度为105～350℃，使球形生胚含水率≤3％；通过分阶段加热有效避免烧制过程中球体的开裂，提高成品强度；
(5)烘干后的球形生胚送至回转窑窑尾，在温度1050～1200℃下烧制10～25min，得到所需骨料。若烧制温度过高，则球体会烧实；若烧制温度不够，则制得的陶粒强度不够。
其中，步骤(1)中，烘干后物料经200目筛子过筛。
其中，步骤(3)中，陈化时间为1～2d。
其中，步骤(3)中，球形生胚的直径为5～15mm，能够满足后续的应用。
其中，步骤(4)中，烘干温度为220℃。
其中，步骤(5)中，烧好的骨料球进入冷却机，冷却至80℃以下，按骨料球尺寸分级筛分入库。
本发明原料中使用的危废一方面可通过高温烧结固化危废中的重金属于陶粒矿物中，另一方面危废中有机质的分解还有助于陶粒形成多孔膨胀结构，从而减少造孔剂和膨胀剂的使用。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)本发明制备轻集骨料所用原料均为危废和固废，无需额外增加助熔剂、粘结剂、造孔剂等辅料，能够实现大量危废、固废的无害化、减量化以及资源化处理；(2)利用河道淤泥、生活市政污泥自身的含水量，无需额外加水配制；(3)本发明制备的轻集骨料在危废物料加入量到达40％比例时，仍然能够保持高筒压强度(23.16MPa)和低毒性浸出浓度。
具体实施方式
铝灰为二次铝灰，实施例中铝灰来自于江苏汇联铝业有限公司生产过程中形成的危废物料；垃圾焚烧飞灰包括垃圾焚烧发电厂的焚烧飞灰和水泥窑协同处置生活垃圾产生的旁路放风灰，实施例中垃圾焚烧飞灰来自于湖北光大垃圾焚烧发电有限公司和江苏天山水泥集团有限公司生产过程中形成的危废物料，电镀污泥为电镀行业的电镀槽渣、槽液及水处理污泥，实施例中电镀污泥来自于江苏国强镀锌实业有限公司生产过程中形成的危废物料，含油污泥为炼油厂污水处理产生的含油污泥，实施例中含油污泥来自于江苏永葆环保科技股份有限公司生产过程中形成的危废物料，污染土为化学药剂、焦化类、石油类有机污染形成的污染土，实施例中污染土为被黑牡丹(集团)股份有限公司排放水体污染的土壤，建筑弃土为不含砖瓦石块、土质松散的弃土，实施例中建筑弃土来自于南京路港环境科技有限公司在建设施工过程中产生的建筑弃土。
实施例1
本发明危废基高强度轻集骨料，由如下质量百分比的组分组成：10％危废物料和90％固废物料；其中，危废物料由如下质量百分比的组分组成：铝灰7％、垃圾焚烧飞灰2％和含油污泥1％；固废物料由如下质量百分比的组分组成：污染土19.8％，河道淤泥63％以及生活市政污泥7.2％。
上述危废基高强度轻集骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将配方量的铝灰、垃圾焚烧飞灰、含油污泥以及污染土放入烘干机中，利用回转窑焙烧余热烘干，研磨后用200目筛子过筛，确保粒度均匀；
(2)过筛后将干物料与河道淤泥、生活市政污泥均放入立式搅拌机中搅拌，混合均匀，得到混合湿物料；
(3)混合湿物料于常温下陈化1天，皮带输送至圆盘造粒机，制得5～15mm的球形生胚；
(4)皮带输送至沸腾床烘干机，控制温度为350℃烘干1h，再输送至回转窑窑尾，烧制温度控制为1200℃，烧制10min；烧制好的骨料球从窑头排出，进入冷却机快速降温至80℃以下，按骨料球尺寸分级筛分入库。
所制得的轻集骨料堆积密度为1000kg/m3，筒压强度25.24MPa，1h吸水率4.9％，符合《轻集料及其试验方法:轻集料》(GB/T 17431.1-2010)的标准要求。
按照《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》(GB/T 30810-2014)对轻集骨料进行浸出毒性试验，其重金属浸出浓度测得砷(As)为0.003mg/L、铅(Pb)为0.01mg/L、镉(Cd)为0.004mg/L、铬(Cr)为0.016mg/L、铜(Cu)为0.167mg/L、镍(Ni)为0.049mg/L、锌(Zn)为0.201mg/L、锰(Mn)为0.528mg/L,低于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760-2014)浸出重金属含量限值。
实施例2
本发明危废基高强度轻集骨料，由如下质量百分比的组分组成：25％危废物料和75％固废物料；其中，危废物料由如下质量百分比的组分组成：铝灰15％、垃圾焚烧飞灰2％和含油污泥8％；固废物料由如下质量百分比的组分组成：建筑弃土6％、污染土16.5％以及河道淤泥52.5％。
上述危废基高强度轻集骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将配方量的铝灰、垃圾焚烧飞灰、含油污泥、建筑弃土以及污染土放入烘干机中，利用回转窑焙烧余热烘干，研磨后用200目筛子过筛，确保粒度均匀；
(2)过筛后将干物料与河道淤泥、生活市政污泥均放入立式搅拌机中搅拌，混合均匀，得到混合湿物料；
(3)混合湿物料于常温下陈化1天，皮带输送至圆盘造粒机，制得5～15mm的球形生胚；
(4)皮带输送至沸腾床烘干机，控制温度为350℃烘干1h，再输送至回转窑窑尾，烧制温度控制为1200℃，烧制10min；烧制好的骨料球从窑头排出，进入冷却机快速降温至80℃以下，按骨料球尺寸分级筛分入库。
所制得的轻集骨料堆积密度1030kg/m3，筒压强度21.79MPa，1h吸水率4.5％，符合《轻集料及其试验方法:轻集料》(GB/T 17431.1-2010)的标准要求。
按照《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》(GB/T 30810-2014)对轻集骨料进行浸出毒性试验，其重金属浸出浓度测得砷(As)为0.002mg/L、铅(Pb)为0.02mg/L、镉(Cd)为0.008mg/L、铬(Cr)为0.021mg/L、铜(Cu)为0.118mg/L、镍(Ni)为0.073mg/L、锌(Zn)为0.167mg/L、锰(Mn)为0.69mg/L，低于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760-2014)浸出重金属含量限值。
实施例3
本发明危废基高强度轻集骨料，由如下质量百分比的组分组成：40％危废物料和60％固废物料；其中，危废物料由如下质量百分比的组分组成：铝灰20％、垃圾焚烧飞灰5％、电镀污泥6％和含油污泥9％；固废物料由如下质量百分比的组分组成：建筑弃土4.8％、污染土8.4％、河道淤泥42％以及生活市政污泥4.8％。
上述危废基高强度轻集骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将配方量的铝灰、垃圾焚烧飞灰、电镀污泥、含油污泥、建筑弃土以及污染土放入烘干机中，利用回转窑焙烧余热烘干，研磨后用200目筛子过筛，确保粒度均匀；
(2)过筛后将干物料与河道淤泥、生活市政污泥均放入立式搅拌机中搅拌，混合均匀，得到混合湿物料；
(3)混合湿物料于常温下陈化2天，皮带输送至圆盘造粒机，制得5～15mm的球形生胚；
(4)皮带输送至沸腾床烘干机，控制温度为105℃烘干2h，再输送至回转窑窑尾，烧制温度控制为1050℃，烧制25min；烧制好的骨料球从窑头排出，进入冷却机快速降温至80℃以下，按骨料球尺寸分级筛分入库。
所制得的轻集骨料堆积密度987kg/m3，筒压强度18.66MPa，1h吸水率5.6％，符合《轻集料及其试验方法:轻集料》(GB/T 17431.1-2010)的标准要求。
按照《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》(GB/T 30810-2014)对轻集骨料进行浸出毒性试验，其重金属浸出浓度测得砷(As)为0.007mg/L、铅(Pb)为0.054mg/L、镉(Cd)为0.025mg/L、铬(Cr)为0.047mg/L、铜(Cu)为0.137mg/L、镍(Ni)为0.032mg/L、锌(Zn)为0.195mg/L、锰(Mn)为0.687mg/L，低于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760-2014)浸出重金属含量限值。
实施例4
本发明危废基高强度轻集骨料，由如下质量百分比的组分组成：40％危废物料和60％固废物料；其中，危废物料由如下质量百分比的组分组成：铝灰20％、垃圾焚烧飞灰5％、电镀污泥6％和含油污泥9％；固废物料由如下质量百分比的组分组成：建筑弃土4.8％、污染土8.4％、河道淤泥42％以及生活市政污泥4.8％。
上述危废基高强度轻集骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将配方量的铝灰、垃圾焚烧飞灰、电镀污泥、含油污泥、建筑弃土以及污染土放入烘干机中，利用回转窑焙烧余热烘干，研磨后用200目筛子过筛，确保粒度均匀；
(2)过筛后将干物料与河道淤泥、生活市政污泥均放入立式搅拌机中搅拌，混合均匀，得到混合湿物料；
(3)混合湿物料于常温下陈化2天，皮带输送至圆盘造粒机，制得5～15mm的球形生胚；
(4)皮带输送至沸腾床烘干机，控制温度为350℃烘干1h，再输送至回转窑窑尾，烧制温度控制为1200℃，烧制15min；烧制好的骨料球从窑头排出，进入冷却机快速降温至80℃以下，按骨料球尺寸分级筛分入库。
所制得的轻集骨料堆积密度1080kg/m3，筒压强度24.35MPa，1h吸水率3.5％，符合《轻集料及其试验方法:轻集料》(GB/T 17431.1-2010)的标准要求。
按照《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》(GB/T 30810-2014)对轻集骨料进行浸出毒性试验，其重金属浸出浓度测得：其重金属浸出浓度测得砷(As)为未检出、铅(Pb)为0.022mg/L、镉(Cd)为0.005mg/L、铬(Cr)为0.012mg/L、铜(Cu)为0.013mg/L、镍(Ni)为0.058mg/L、锌(Zn)为0.192mg/L、锰(Mn)为0.177mg/L，低于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760-2014)浸出重金属含量限值。
当两段加热温度提高，骨料的筒压强度明显提高，同时毒性浸出浓度显著降低。
实施例5
本发明危废基高强度轻集骨料，由如下质量百分比的组分组成：40％危废物料和60％固废物料；其中，危废物料由如下质量百分比的组分组成：铝灰20％、垃圾焚烧飞灰5％、电镀污泥6％和含油污泥9％；固废物料由如下质量百分比的组分组成：污染土13.2％、河道淤泥42％以及生活市政污泥4.8％。
上述危废基高强度轻集骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将配方量的铝灰、垃圾焚烧飞灰、电镀污泥、含油污泥以及污染土放入烘干机中，利用回转窑焙烧余热烘干，研磨后用200目筛子过筛，确保粒度均匀；
(2)过筛后将干物料与河道淤泥、生活市政污泥均放入立式搅拌机中搅拌，混合均匀，得到混合湿物料；
(3)混合湿物料于常温下陈化2天，皮带输送至圆盘造粒机，制得5～15mm的球形生胚；
(4)皮带输送至沸腾床烘干机，控制温度为350℃烘干1h，再输送至回转窑窑尾，烧制温度控制为1200℃，烧制15min；烧制好的骨料球从窑头排出，进入冷却机快速降温至80℃以下，按骨料球尺寸分级筛分入库。
所制得的轻集骨料堆积密度1050kg/m3，筒压强度20.49MPa，1h吸水率4.2％，符合《轻集料及其试验方法:轻集料》(GB/T 17431.1-2010)的标准要求。
按照《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》(GB/T 30810-2014)对轻集骨料进行浸出毒性试验，其重金属浸出浓度测得砷(As)为0.005mg/L、铅(Pb)0.025mg/L、镉(Cd)为0.018mg/L、铬(Cr)为0.021mg/L、铜(Cu)为0.213mg/L、镍(Ni)为0.058mg/L、锌(Zn)为0.152mg/L、锰(Mn)为0.434mg/L，低于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760-2014)浸出重金属含量限值。
实施例5中污染土含量增加，建筑弃土含量减少，由于污染土含有较多有机质，烧结过程中气孔较多，强度会下降；且污染土有较多重金属，对浸出也有影响。
实施例6
本发明危废基高强度轻集骨料，由如下质量百分比的组分组成：40％危废物料和60％固废物料；其中，危废物料由如下质量百分比的组分组成：铝灰20％、垃圾焚烧飞灰5％、含油污泥15％；固废物料由如下质量百分比的组分组成：建筑弃土4.8％、污染土8.4％、河道淤泥42％以及生活市政污泥4.8％。
上述危废基高强度轻集骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将配方量的铝灰、垃圾焚烧飞灰、电镀污泥、含油污泥以及污染土放入烘干机中，利用回转窑焙烧余热烘干，研磨后用200目筛子过筛，确保粒度均匀；
(2)过筛后将干物料与河道淤泥、生活市政污泥均放入立式搅拌机中搅拌，混合均匀，得到混合湿物料；
(3)混合湿物料于常温下陈化2天，皮带输送至圆盘造粒机，制得5～15mm的球形生胚；
(4)皮带输送至沸腾床烘干机，控制温度为350℃烘干1h，再输送至回转窑窑尾，烧制温度控制为1200℃，烧制15min；烧制好的骨料球从窑头排出，进入冷却机快速降温至80℃以下，按骨料球尺寸分级筛分入库。
所制得的轻集骨料堆积密度1060kg/m3，筒压强度23.16MPa，1h吸水率3.8％，符合《轻集料及其试验方法:轻集料》(GB/T 17431.1-2010)的标准要求。
按照《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法》(GB/T 30810-2014)对轻集骨料进行浸出毒性试验，其重金属浸出浓度测得砷(As)为未检出、铅(Pb)为未检出、镉(Cd)为为0.001mg/L、铬(Cr)为0.026mg/L、铜(Cu)为0.007mg/L、镍(Ni)为0.035mg/L、锌(Zn)为0.104mg/L、锰(Mn)为0.124mg/L，低于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760-2014)浸出重金属含量限值。
实施例6中含油污泥有机质较多，强度下降，孔隙率提高；含油污泥重金属相较于电镀污泥含量少，对浸出毒性的影响也小。

Claims (2)

1.一种危废基高强度轻集骨料，其特征在于，所述危废基高强度轻集骨料由如下质量百分比的组分组成：40%危废物料和60%固废物料；其中，所述危废物料由如下质量百分比的组分组成：铝灰20%、垃圾焚烧飞灰5%、电镀污泥6%以及含油污泥9%；所述固废物料由如下质量百分比的组分组成：建筑弃土4.8%、污染土8.4%、河道淤泥42%以及生活市政污泥4.8%；所述河道淤泥含水率为60%~80%；
上述危废基高强度轻集骨料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将配方量的铝灰、垃圾焚烧飞灰、电镀污泥、含油污泥、建筑弃土以及污染土放入烘干机中，利用回转窑焙烧余热烘干，研磨后用200目筛子过筛，确保粒度均匀；
（2）过筛后将干物料与河道淤泥、生活市政污泥均放入立式搅拌机中搅拌，混合均匀，得到混合湿物料；
（3）混合湿物料于常温下陈化2天，皮带输送至圆盘造粒机，制得5~15mm的球形生坯；
（4）皮带输送至沸腾床烘干机，控制温度为350℃烘干1h，再输送至回转窑窑尾，烧制温度控制为1200℃，烧制15min；烧制好的骨料球从窑头排出，进入冷却机快速降温至80℃以下。
2.根据权利要求1所述的危废基高强度轻集骨料，其特征在于：步骤（4）中，烘干后球形生坯的含水率≤3%。
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