本發(fā)明涉及污泥處理技術領域，且特別涉及一種利用電鍍污泥制備的膠凝材料、其制備方法和應用以及由其制備的水泥。
背景技術：
電鍍行業(yè)是當今全球三大污染行業(yè)之一，也是我國重要的基礎性加工行業(yè)，而電鍍過程產生的電鍍污泥富集了電鍍廢水中的幾乎所有元素，其中包括大量的有害重金屬元素。電鍍污泥是金屬表面處理后的電鍍廢水經污水處理后排出的污泥，其含有大量電鍍廢水中含有的有害物質，且電鍍污泥的生產量大，其直接排放污染嚴重，必須對其進行無害化處理或進一步資源化處理。
現有技術中對電鍍污泥的處理方式主要有填埋處理、焚燒處理以及固化處理。填埋處理操作簡單但是投資高資源浪費及環(huán)境污染等問題；焚燒處理的減量化效果好，但是在焚燒過程中還存在產生飛灰及煙氣污染環(huán)境的問題。固化處理技術能夠降低有毒物質的濾出率，可以用來處理重金屬含量比較高的污泥，但是其產生的固化體仍要堆存或者填埋，需占據大量的土地和空間，不符合環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求。此外，上述處理方法還存在處理后產物無法再利用的問題。
由于電鍍污泥產量巨大，為了充分利用電鍍污泥資源，國內外研究者有將電鍍污泥用于生產建筑膠凝材料石膏超細填料，實現污泥資源的再利用。但是現有技術中，利用電鍍污泥再生產其能耗高，且生產的材料強度不高，其穩(wěn)定性不高，存在電鍍污泥中的有害物質特別是重金屬元素重新溶于水中造成二次污染的隱患。
技術實現要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種利用電鍍污泥制備的膠凝材料，利用電鍍污泥及鋼渣作原料，利用工業(yè)廢渣對電鍍污泥進行有效處理及循環(huán)再利用；其強度高、穩(wěn)定性好，能夠防止二次污染。
本發(fā)明的第二目的在于提供上述膠凝材料的制備方法，其工藝簡單、能耗低，原料處理完全且產品附加值高。
本發(fā)明的第三目的在于提供上述膠凝材料制備水泥中的應用，其能夠充分利用電鍍污泥及鋼渣等工業(yè)廢物的潛在價值，實現廢物循環(huán)利用。同時，其能夠降低水泥熟料生產過程中的能耗，進一步降低水泥的成本，同時降低二氧化碳的排放量。
本發(fā)明的第四目的在于提供一種利用電鍍污泥制備的水泥，其生產成本低，抗壓性能優(yōu)良，可廣泛應用于道路及民用建筑等工程建設中。
本發(fā)明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。
本發(fā)明提出一種利用電鍍污泥制備的膠凝材料，由原料與水混合后煅燒制得，原料包括60-90wt％的第一原料以及10-40wt％的第二原料，第一原料由電鍍污泥經烘干后粉碎制得，第二原料由鋼渣經烘干后粉碎制得。
本發(fā)明提出一種上述膠凝材料的制備方法，包括：備取第一原料及第二原料，加水攪拌成料球，將料球于1000-1100℃煅燒0.5-1h，冷卻后粉碎。
本發(fā)明提出一種上述膠凝材料制備水泥中的應用。
本發(fā)明還提出一種利用電鍍污泥制備的水泥，包括：4-6wt％的二水石膏、65-90wt％的水泥熟料以及5-30wt％的上述的膠凝材料。
本發(fā)明實施例的有益效果是：本發(fā)明提供的利用電鍍污泥制備的膠凝材料，利用電鍍污泥及鋼渣作原料，采用工業(yè)廢渣對電鍍污泥進行有效處理及循環(huán)再利用，符合國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。鋼渣和電鍍污泥在煅燒過程中能夠形成硅酸二鈣等礦物，硅酸二鈣由γ相轉化為β相并與金屬氧化物等形成固溶體，增加了膠凝材料的強度和穩(wěn)定性。上述膠凝材料的制備方法，只需要對原料進行粉碎及煅燒等操作，且煅燒周期短，煅燒過程無固體廢物等排出，其原料處理完全，工藝簡單、能耗低。利用該膠凝材料部分替代水泥熟料，充分利用了電鍍污泥的潛在價值。其制備的水泥生產成本低，抗壓性能優(yōu)良，由于污泥的生產量大，而水泥在建筑業(yè)等行業(yè)的需求量也大，該水泥能夠廣泛應用于道路及民用建筑等工程建設中。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1為本發(fā)明實施例1-8提供的膠凝材料的XRD圖譜。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產品。
下面對本發(fā)明實施例的利用電鍍污泥制備的膠凝材料、水泥以及該膠凝材料的制備方法及應用進行具體說明。
一種利用電鍍污泥制備的膠凝材料，由原料與水混合后煅燒制得，原料包括60-90wt％的第一原料以及10-40wt％的第二原料，第一原料由電鍍污泥經烘干后粉碎制得，第二原料由鋼渣經烘干后粉碎制得。
本發(fā)明中，電鍍污泥的成分含量高，其污泥使用和處理量大。鋼渣為鋼鐵廠排出的固體廢棄物，采用電鍍污泥和鋼渣作為原料，有效利用工業(yè)廢渣對電鍍污泥進行處理及利用。
鋼渣在煅燒過程中能夠與電鍍污泥中的結構發(fā)生反應生成新的官能團，與采用單一的電鍍污泥進行煅燒相比，煅燒產物除了含有無水硫酸鈣以外，還生成了硅酸二鈣(2CaO·SiO2)，其水化熱小，加速了膠凝材料的水化發(fā)應。
在本發(fā)明較佳的實施例中，第二原料的含量為20-40wt％，更優(yōu)的為20-30wt％。經研究人發(fā)現，當該膠凝材料中第二原料的含量為30wt％左右的時候，鋼渣和電鍍污泥之間的反應更充分，制得的膠凝材料的抗壓性能最佳。
將電鍍污泥和鋼渣分別進行烘干后粉碎至粒徑小于80μm或分體細度為80μm方孔篩篩余量為3％以下，便于鋼渣和電鍍污泥充分混勻，使原料在煅燒過程中能夠充分反應。
上述膠凝材料的制備方法，包括：備取第一原料及第二原料，加水攪拌成料球，將料球于1000-1100℃煅燒0.5-1h，冷卻后粉碎。
本發(fā)明提供的膠凝材料的制備方法，只需要將原料進行烘干、粉碎后混勻再進行煅燒，其工藝簡單、能耗低。其煅燒時間僅為0.5-1h,生產周期短、效率高。在制備過程中無固體廢渣等排出，其對電鍍污泥及鋼渣等廢棄物的處理完全。
在煅燒過程中，料球在高溫條件下充分進行化學反應，對污泥產生腐蝕作用，破壞污泥中有害物質的原有結構；此外，污泥中殘余的重金屬等有害物質固溶于晶格之中，防止其產生二次污染。
具體地，請參閱圖1，圖1中1為Fe2O3，2為2CaO·SiO2，3為CaSO4，4為石英，5為5CaO·MgO·Cr2O3·Al2O3·Fe2O3。煅燒過程中，在溫度為達到約800℃時，電鍍污泥與鋼渣中的CaO和SiO2反應生成硅酸二鈣(2CaO·SiO2)等礦物，同時鋼渣中γ-2CaO·SiO2晶型轉變?yōu)棣孪唷Ｔ仙射X酸鹽(CaO·Al2O3、12CaO·7Al2O3、3CaO·Al2O3)、鐵酸鹽(CaO·Fe2O3)、銅酸鹽(CaO·2CuO和2CaO·CuO)和鉻酸鹽(CaO·Cr2O3)。由于物料中含有大量的Fe2O3以及Cu、Zn等微量元素起到助熔劑的作用，使焚燒過程的液相溫度降低，隨著溫度進一步升高，物料約900℃時出現液相。溫度繼續(xù)升高到1000℃，煅燒物料的液相量逐漸增多，液相粘度降低，利于反應的進行，2CaO·SiO2與Cr2O3、CuO和Al2O3等物質形成復雜固溶體。β相的2CaO·SiO2與原料中的金屬氧化物等物質形成了復雜的固溶體，在冷卻過程中對2CaO·SiO2的晶形轉變產生抑制作用，使所得的產物中2CaO·SiO2以β相的形式穩(wěn)定存在，防止重金屬等有害物質溶于水造成二次污染。
此外，電鍍污泥中的3價和6價鉻的氧化物也參與煅燒過程中的固相反應。首先是Cr2O3與CaO反應生成鉻酸鈣(CaO·Cr2O3)，然后在高溫下CaO·Cr2O3和CrO3進入高溫液相中而成為共熔融低共熔物的一部分。Cr2O3進入β-2CaO·SiO2所形成的固溶體，并不影響其水硬性和強度，而且還可以起到穩(wěn)定β-2CaO·SiO2的作用，阻止β-2CaO·SiO在冷卻過程中向γ-2CaO·SiO2轉化。
在本發(fā)明較佳的實施例中，料球的粒徑為8-20mm，其能夠使原料在煅燒過程中充分反應。為了進一步提高煅燒效率，料球的粒徑為10-12mm。
較佳的，在對原料進行煅燒之后，采用快速降溫的方法對產物進行冷卻。快速冷卻過程中，液相轉變?yōu)椴Ａ啵勰嘀械闹亟饘偃鏑rO3等有害物質于液相中被凝固于玻璃相中，從而抑制了其水溶性，Cr6+的進一步處理消除了二次污染的隱患。
上述的膠凝材料可以用于代替水泥熟料，并用于制備水泥。
以電鍍污泥制備的膠凝材料替代水泥熟料用于進行水泥的制備，其能夠充分利用電鍍污泥及鋼渣等工業(yè)廢物的潛在價值，實現廢棄物處理的同時，對電鍍污泥及鋼渣等工業(yè)廢物循環(huán)再利用，節(jié)約資源，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。
以膠凝材料代替水泥熟料，能夠降低水泥熟料生產過程中的能耗及二氧化碳排放量，進一步減小污染，降低水泥的成本。
據此，本發(fā)明實施例中還提供了一種利用電鍍污泥制備的水泥，包括：4-6wt％的二水石膏、65-90wt％的水泥熟料以及5-30wt％的上述的膠凝材料。
該膠凝材料具有較好的穩(wěn)定性和強度，其制備的水泥也具有較強的抗壓強度，便于推廣和使用，可廣泛應用于道路及民用建筑等工程建設中。
較佳的，該膠凝材料在混合前先粉碎至粒徑小于80μm，使其能夠和二水石膏和水泥熟料混合均勻，進一步增強水泥的抗壓強度等性能。
此外，經研究人發(fā)現，該水泥以膠凝材料部分代替水泥熟料，和采用單一的水泥熟料作為原料相比，其抗壓強度更高，其中當該膠凝材料在水泥中的含量為15wt％左右時，其制得的水泥抗壓強度更高。
以下結合實施例對本發(fā)明的特征和性能作進一步的詳細描述。
實施例1
一種利用電鍍污泥制備的水泥的制備方法，包括：
制備膠凝材料：將電鍍污泥烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第一原料；將鋼渣烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第二原料。稱取90kg第一原料和10kg第二原料，加水混合攪拌成粒徑為8mm的料球。將料球在100℃條件下烘干后于1000℃保溫煅燒0.5h，鼓風冷卻后粉碎至粒徑小于80μm，即得。
稱取15kg上述膠凝材料、5kg二水石膏以及80kg水泥熟料混合，制得利用電鍍污泥制備的水泥。
實施例2
一種利用電鍍污泥制備的水泥的制備方法，包括：
制備膠凝材料：將電鍍污泥烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第一原料；將鋼渣烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第二原料。稱取80kg第一原料和20kg第二原料，加水混合攪拌成粒徑為10mm的料球。將料球在100℃條件下烘干后于1000℃保溫煅燒0.5h，鼓風冷卻后粉碎至粒徑小于80μm，即得。
稱取15kg上述膠凝材料、5kg二水石膏以及80kg水泥熟料混合，制得利用電鍍污泥制備的水泥。
實施例3
一種利用電鍍污泥制備的水泥的制備方法，包括：
制備膠凝材料：將電鍍污泥烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第一原料；將鋼渣烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第二原料。稱取70kg第一原料和30kg第二原料，加水混合攪拌成粒徑為10mm的料球。將料球在100℃條件下烘干后于1000℃保溫煅燒1h，鼓風冷卻后粉碎至粒徑小于80μm，即得。
稱取5kg上述膠凝材料、5kg二水石膏以及90kg水泥熟料混合，制得利用電鍍污泥制備的水泥。
實施例4
一種利用電鍍污泥制備的水泥的制備方法，包括：
制備膠凝材料：將電鍍污泥烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第一原料；將鋼渣烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第二原料。稱取70kg第一原料和30kg第二原料，加水混合攪拌成粒徑為10mm的料球。將料球在100℃條件下烘干后于1000℃保溫煅燒1h，鼓風冷卻后粉碎至粒徑小于80μm，即得。
稱取10kg上述膠凝材料、5kg二水石膏以及85kg水泥熟料混合，制得利用電鍍污泥制備的水泥。
實施例5
一種利用電鍍污泥制備的水泥的制備方法，包括：
制備膠凝材料：將電鍍污泥烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第一原料；將鋼渣烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第二原料。稱取70kg第一原料和30kg第二原料，加水混合攪拌成粒徑為12mm的料球。將料球在100℃條件下烘干后于1000℃保溫煅燒1h，鼓風冷卻后粉碎至粒徑小于80μm，即得。
稱取15kg上述膠凝材料、5kg二水石膏以及80kg水泥熟料混合，制得利用電鍍污泥制備的水泥。
實施例6
一種利用電鍍污泥制備的水泥的制備方法，包括：
制備膠凝材料：將電鍍污泥烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第一原料；將鋼渣烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第二原料。稱取70kg第一原料和30kg第二原料，加水混合攪拌成粒徑為12mm的料球。將料球在100℃條件下烘干后于1000℃保溫煅燒1h，鼓風冷卻后粉碎至粒徑小于80μm，即得。
稱取20kg上述膠凝材料、5kg二水石膏以及75kg水泥熟料混合，制得利用電鍍污泥制備的水泥。
實施例7
一種利用電鍍污泥制備的水泥的制備方法，包括：
制備膠凝材料：將電鍍污泥烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第一原料；將鋼渣烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第二原料。稱取70kg第一原料和30kg第二原料，加水混合攪拌成粒徑為16mm的料球。將料球在100℃條件下烘干后于1100℃保溫煅燒1h，鼓風冷卻后粉碎至粒徑小于80μm，即得。
稱取30kg上述膠凝材料、5kg二水石膏以及65kg水泥熟料混合，制得利用電鍍污泥制備的水泥。
實施例8
一種利用電鍍污泥制備的水泥的制備方法，包括：
制備膠凝材料：將電鍍污泥烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第一原料；將鋼渣烘干后粉碎至粒徑小于80μm，制得第二原料。稱取60kg第一原料和40kg第二原料，加水混合攪拌成粒徑為20mm的料球。將料球在100℃條件下烘干后于1100℃保溫煅燒1h，鼓風冷卻后粉碎至粒徑小于80μm，即得。
稱取15kg上述膠凝材料、5kg二水石膏以及80kg水泥熟料混合，制得利用電鍍污泥制備的水泥。
對比例
稱取5kg的二水石膏和95kg的水泥熟料混合，制得常規(guī)的硅酸鹽水泥。
根據《GB/T 17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法》對實施例1-8及對比例制得的水泥的在3d、7d以及28d時，分別進行抗壓強度測試，其結果如表1所示。
表1.抗壓強度測試表
根據表1可知，將該膠凝材料按照上述比例代替水泥熟料制得的水泥，如實施例1、實施例2及實施例7所示，其抗壓強度與純硅酸鹽水泥的抗壓強度相當；在其他實施例中，其抗壓強度增加。當膠凝材料中由鋼渣烘干后粉碎制得的第二原料的含量為30wt％時，使用其制得的水泥的抗壓強度更高。同時，當膠凝材料在水泥中的含量小于15wt％時,其制得的水泥抗壓強度優(yōu)良。
綜上所述，本發(fā)明提供的利用電鍍污泥制備的膠凝材料，利用電鍍污泥及鋼渣作原料，利用工業(yè)廢渣對電鍍污泥進行有效處理及循環(huán)再利用，符合國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。鋼渣和電鍍污泥在煅燒過程中能夠形成硅酸二鈣等礦物，硅酸二鈣由γ相轉化為β相并與金屬氧化物等形成固溶體，增加了膠凝材料的強度和穩(wěn)定性。該膠凝材料的制備方法只需要對原料進行粉碎及煅燒等，煅燒周期短，煅燒過程無固體廢物等排出，其原料處理完全，能夠有效消除電鍍污泥中含有的大量重金屬的危害，工藝簡單、能耗低。利用該膠凝材料部分替代水泥熟料，充分利用了電鍍污泥的潛在價值。其制備的水泥生產成本低，抗壓性能優(yōu)良，由于污泥的生產量大，而水泥在建筑業(yè)等行業(yè)的需求量也大，該水泥能夠廣泛應用于道路及民用建筑等工程建設中。
以上所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。