生产轻质混凝土制品的方法
技术领域
本发明涉及一种生产轻质混凝土制品的方法,尤其是一种基于电石渣的烟气脱硫脱硝、废水、固废一体化协同治理工艺生产轻质混凝土制品的方法。
背景技术
现代建筑不断向高层发展,对墙体提出诸多要求,例如减少厚度、减轻自重、保温隔热良好、隔音良好、强度合适等,从而使得轻质混凝土制品受到市场青睐。轻质混凝土制品,例如BM砌块(轻质混凝土砌块),是以轻集料为主要原材料生产的建筑材料,其广泛应用于改建工程、高层建筑室内隔墙等。目前,建筑市场制造和使用的轻质混凝土制品主要由水泥、石膏、轻混凝土、植物纤维、泡沫水泥等材料制成,包括GRC(玻璃纤维增强水泥)圆孔条板、GRC方孔条板等。
伴随着我国经济快速发展,产生了大量废渣废料。例如,锅炉燃煤产生煤渣;电石生产乙炔产生电石糊,或称电石渣;燃煤电厂产生粉煤灰;钢厂产生钢渣;拆迁产生的建筑垃圾。但是,这些废渣废料的大部分并没有得到很好的处理应用,占用大量土地,污染了环境。
一方面,当今混凝土行业利用的主要废渣是低品质粉煤灰。然而,随着混凝土行业的发展,粉煤灰废渣已供不应求。很多混凝土企业在寻找替代品。另一方面,电石渣是电石与水反应生成乙炔气体的过程中产生的工业废弃物。电石渣的主要成分是Ca(OH)2,同时还含有多种杂质,例如硫化物、氰化物、铁镁铝钙的氧化物等;需要对其进行合理利用。CN101642674B公开了一种电石渣预处理的湿法烟气脱硫工艺,以电石渣浆液作为脱硫剂对烟气进行湿法脱硫处理,在电石渣浆液中加入催化剂,并鼓入空气进行氧化反应,氧化反应后的电石渣浆液再作为脱硫剂进行烟气湿法脱硫处理。CN101816891A公开了一种电石渣预处理的臭氧法湿法烟气脱硫工艺,以电石渣作为脱硫剂对烟气进行湿法脱硫,在电石渣化渣过程中通入臭氧和氧气的混合气,进行氧化反应,氧化后的电石渣浆液作为脱硫剂进行烟气脱硫。上述工艺均为湿法脱硫工艺,容易产生大量工业废液。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种轻质混凝土制品的生产方法,其不仅可以减少工业废液,还可以利用工业废水、固废,从而在解决这些污染的同时,又为建筑工业提供原材料。根据本发明进一步的目的,生产过程中无“三废”排放,从而极大程度地缩减企业污染治理的支出,从而实现绿色、可循环的经济发展。
本发明提供一种生产轻质混凝土制品的方法,包括如下步骤:
(1)采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝,从而形成胶凝材料;所述烟气脱硫脱硝剂包括70~93重量份电石渣、5~25重量份氧化镁和1~5重量份催化剂;其中,所述的催化剂选自TiO2、Al(OH)3、V2O5、WO3、K2O、双核酞菁钴铁(II)或CaSiO3中的一种或多种,所述的烟气脱硫脱硝剂不含有氧化钙;
(2)将胶凝材料与轻集料、掺和料和普通砂混合均匀,从而形成混合料;和
(3)将混合料与工业废水混合,再经成型、振捣、脱模和养护,从而形成轻质混凝土制品。
根据本发明的方法,优选地,步骤(1)中,所述的电石渣为干法乙炔工艺产生的电石渣产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品;所述的氧化镁为粒度小于100目的粉体,其活性氧化镁含量大于70wt%。
根据本发明的方法,优选地,步骤(1)中,所述氧化镁中的活性氧化镁含量为80wt%~85wt%。
根据本发明的方法,优选地,步骤(1)中,所述烟气脱硫脱硝剂由以下组分组成:
1)92重量份电石渣,5重量份氧化镁和3重量份二氧化钛;或者
2)87.6重量份电石渣,10重量份氧化镁和2.4重量份氢氧化铝;或者
3)83重量份电石渣,15重量份氧化镁和2重量份五氧化二钒。
根据本发明的方法,优选地,所述的烟气脱硫脱硝剂为干粉状。
根据本发明的方法,优选地,在步骤(1)的干法脱硫脱硝过程中,所述烟气的二氧化硫含量为350~700mg/Nm3、氮氧化物含量为350~500mg/Nm3、氧气含量为15~20vol%、流速为3.5~5m/s、且温度为125~145℃。
根据本发明的方法,优选地,步骤(2)中,胶凝材料与轻集料、掺和料和普通砂的重量配比为40~80∶4~8∶5~15∶5~10;步骤(3)中,所述工业废水为所述胶凝材料重量的50~80wt%。
根据本发明的方法,优选地,步骤(2)中,所述轻集料选自粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒、自燃煤矸石轻集料或煤渣的一种或多种;所述掺和料选自粉煤灰、钢渣、水渣或建筑垃圾粉的一种或多种。
根据本发明的方法,优选地,步骤(2)中,胶凝材料与轻集料、掺和料和普通砂的重量配比为70~80∶5~8∶5~9∶5~8;所述轻集料为粘土陶粒或页岩陶粒;所述掺和料为钢渣或水渣;步骤(3)中,所述工业废水为所述胶凝材料重量的60~65wt%。
根据本发明的方法,优选地,步骤(3)中,所述工业废水为不含有机物的工业碱废水。
本发明的方法充分利用电石渣的特性,将其用于烟气脱硫脱硝,所得副产品胶凝材料与轻集料、掺和料等工业固废混合,并利用工业废水形成轻质混凝土制品。由此,本发明不仅减少了工业废液,还利用了工业废水和工业固废,从而在解决这些污染的同时,又为建筑工业提供原材料。此外,本发明减少了粉煤灰的用量,甚至不使用粉煤灰,就可以获得轻质混凝土制品,从而减少对粉煤灰的依赖性。根据本发明优选的技术方案,生产过程中无“三废”排放,从而极大程度地缩减企业污染治理的支出,从而实现绿色、可循环的经济发展。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
本发明的轻质混凝土制品为一种轻质的建筑材料,具体的实例包括但不限于轻集料连锁砌块(BM砌块)等。本发明的轻质混凝土制品包括(1)烟气脱硫脱硝步骤;(2)混合步骤;(3)制品成型步骤。下面进行详细介绍。
<烟气脱硫脱硝步骤>
采用烟气脱硫脱硝剂对烟气进行干法脱硫脱硝,从而形成胶凝材料。可以采用本领域常规的设备进行烟气脱硫脱硝,这里不再赘述。本发明的烟气脱硫脱硝剂包括70~93重量份电石渣、5~25重量份氧化镁和1~5重量份催化剂;其中,所述的催化剂选自TiO2、Al(OH)3、V2O5、WO3、K2O、双核酞菁钴铁(II)或CaSiO3中的一种或多种,且所述的烟气脱硫脱硝剂不含有氧化钙。
本发明的烟气脱硫脱硝剂以电石渣为主料,氧化镁为辅料,并添加合适的催化剂。这样可以使得电石渣的功能得以充分发挥,兼具脱硫和脱硝功能,并且可以降低单位脱除量下的电石渣用量。本发明的烟气脱硫脱硝剂不含有氧化钙。所谓单位脱除量下的电石渣用量表示脱除相同量的烟气所需要的电石渣的重量。本发明发现,氧化钙并不能显著降低单位脱除量下的电石渣用量。
本发明的烟气脱硫脱硝剂包括如下组分:电石渣、氧化镁和催化剂。电石渣的用量为70~93重量份,优选为80~92重量份,更优选为83~86重量份。氧化镁的用量为5~25重量份,优选为5~15重量份,更优选为10~15重量份。催化剂的用量为1~5重量份,优选为2~3重量份,更优选为2~2.5重量份。将上述组分的用量控制在上述范围,可以改善在相同用量的烟气脱硫脱硝剂下的脱硫效果和脱硝效果。
在本发明中,电石渣为工业废物;优选为干法乙炔工艺产生的电石渣产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品。电石渣的粒度可以小于200目,优选小于300目,更优选小于350目。采用上述电石渣,有利于改善脱硫脱硝效果。
在本发明中,氧化镁可以为粒度小于100目的粉体,优选小于200目的粉体。本发明的氧化镁中,活性氧化镁含量可以大于70wt%,优选为70wt%~85wt%,更优选为80wt%~85wt%。采用上述氧化镁,有利于改善脱硫脱硝效果。
在本发明中,催化剂可以选自TiO2、Al(OH)3、V2O5、WO3、K2O、双核酞菁钴铁(II)或CaSiO3中的一种或多种。优选地,所述的催化剂选自TiO2、Al(OH)3、V2O5中的一种或多种。更优选地,所述的催化剂为TiO2、Al(OH)3或V2O5。根据本发明的一个实施方式,所述的催化剂为Al(OH)3或V2O5。V2O5是最优选的。
根据本发明的一个具体实施方式,所述烟气脱硫脱硝剂由以下组分组成:92重量份电石渣,5重量份氧化镁和3重量份二氧化钛。根据本发明的另一个具体实施方式,所述烟气脱硫脱硝剂由以下组分组成:87.6重量份电石渣,10重量份氧化镁和2.4重量份氢氧化铝。根据本发明的再一个具体实施方式,所述烟气脱硫脱硝剂由以下组分组成:83重量份电石渣,15重量份氧化镁和2重量份五氧化二钒。本发明发现,上述组分和用量的所述烟气脱硫脱硝剂可以更好地改善脱硫脱硝效果,并且降低单位脱除量下的电石渣用量。
在本发明中,所述的烟气脱硫脱硝剂可以为干粉状。这样可以直接将烟气脱硫脱硝剂与烟气混合,进而对烟气进行SO2和NOX的脱除。例如,将脱硫脱硝剂干粉与预除尘后的烟气在烟气管道充分混合,然后进入吸收塔进行脱硫脱硝处理,脱硫脱硝后的烟气由烟囱排出。
本发明的烟气脱硫脱硝剂可以采用常规的方法制备。例如将电石渣、氧化镁和催化剂混合均匀得到产品。此外,本发明的制备方法还包括电石渣的处理步骤:将电石渣产物经过烘干、破碎和筛分步骤获得粒度小于200目的电石渣。
采用上述烟气脱硫脱硝剂进行干法烟气脱硫脱硝。根据本发明的一个实施方式,将脱硫脱硝剂干粉与烟气在烟气管道充分混合,然后进入吸收塔进行脱硫脱硝处理,脱硫脱硝后的烟气由烟囱排出。在步骤(1)的烟气干法脱硫脱硝过程中,所述烟气的二氧化硫含量可以为350~700mg/Nm3、氮氧化物含量可以为350~500mg/Nm3、氧气含量可以为15~20vol%、流速可以为3.5~5m/s、且温度可以为125~145℃。优选地,所述烟气的二氧化硫含量可以为500~650mg/Nm3、氮氧化物含量可以为380~450mg/Nm3、氧气含量可以为15~18vol%、流速可以为3.5~3.8m/s、且温度可以为130~135℃。上述烟气参数均表示烟气入口处的参数;烟气出口处的参数根据实际脱硫脱硝情况而定。采用上述工艺参数,有利于获得质量稳定的胶凝材料,从而有利于轻质混凝土制品的生产。
<混合步骤>
将胶凝材料与轻集料、掺和料和普通砂混合均匀,从而形成混合料。该混合料为干料。胶凝材料与轻集料、掺和料和普通砂的重量配比可以为40~80∶4~8∶5~15∶5~10,优选为70~80∶5~8∶5~9∶5~8。这样可以充分保证轻质混凝土制品的强度。混合的方式并没有特别限制,例如可以参考GB/T 14902-2012。
在本发明中,轻集料可以选自粉煤灰陶粒、粘土陶粒、页岩陶粒、自燃煤矸石轻集料或煤渣的一种或多种。粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料,掺入适量石灰(或电石渣)、石膏、外加剂等制成的轻骨料。粘土陶粒是以粘土等为主要原料,经加工制成的陶粒。页岩陶粒是采用页岩为原料,经高温、焙烧精制而成的陶粒。自燃煤矸石轻集料是以自燃煤矸石为原料获得的轻集料。煤渣是火力发电厂、工业和民用锅炉及其他设备燃煤排出的废渣,又称炉渣。作为优选,轻集料为粉煤灰、粘土、页岩、煤矸石或煤渣形成的超轻陶粒。超轻陶粒表示堆积密度不大于500kg/m3的陶粒。采用这样的陶粒,有利于改善轻质混凝土制品的强度等级。超轻陶粒的实例包括但不限于堆积密度为345~356kg/m3的粘土陶粒(新疆建研所)、堆积密度为477kg/m3的页岩陶粒(抚顺建研所)。根据本发明的一个实施方式,所述轻集料为粘土陶粒或页岩陶粒。上述轻集料可以完全替代粉煤灰,从而减少轻质混凝土制品企业对粉煤灰的依赖性。
在本发明中,所述掺和料选自粉煤灰、钢渣、水渣或建筑垃圾粉的一种或多种。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。钢渣是炼钢排出的渣,依炉型分为转炉渣、平炉渣、电炉渣。水渣是把熔融状态的高炉渣置于水中急速冷却而形成的,因而不同于钢渣。建筑垃圾粉是以建筑垃圾为原料,粉碎而成的固废。根据本发明的一个实施方式,所述掺和料为钢渣或水渣。这样可以进一步降低粉煤灰的用量。
<制品成型步骤>
将混合料与工业废水混合,再经成型、振捣、脱模和养护,从而形成轻质混凝土制品。工业废水优选为所述胶凝材料重量的50~80wt%;更优选为所述胶凝材料重量的60~65wt%。上述用量的工业废水有利于改善轻质混凝土制品的强度。本发明的工业废水可以为不含有机物的工业碱废水。上述类型的工业废水更加有利于轻质混凝土制品的质量稳定。
混合过程为将混合料与工业废水充分混合形成拌和料。成型过程为在成型设备振动的状态下,使拌和料填充模具至预定布料高度,并形成水平面。在此过程中,拌和料要克服其与模具的粘附作用力,尽可能地把狭窄的模具空间填实。振捣过程为通过成型设备的强力振动和加压,使模具内的拌和料紧密成型至具有预定高度的坯体。脱模过程为使坯体从模具中脱出,然后将成型设备复位,准备下一个成型周期的操作。在本发明中,优选为模振成型。养护过程可以为室外养护或室内养护。室外养护时,当温度低于20℃,就必须用塑料布覆盖在坯体上,以便保温保湿;在炎热的夏季则需要用草帘覆盖并洒水养护。室外养护获得的轻质混凝土制品码垛后,还要连续养护10~14d。室内养护则需要控制温度为20~60℃,湿度为50~100%,养护10~28d。所得轻质混凝土制品经码垛机码垛后入库。
以下制备例和实施例中的“份”表示重量份,除非特别声明。
以下实施例的BM砌块的性能采用GB/T15229-2011和GB/T4111-2013进行测定。
制备例1
该烟气脱硫脱硝剂由5重量份氧化镁、3重量份催化剂和92重量份电石渣组成。氧化镁为活性氧化镁含量大于70wt%、粒度小于100目的粉体;催化剂为TiO2;电石渣为干法乙炔工艺产生的电石渣产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品。电石渣、氧化镁和催化剂混合均匀后得到烟气脱硫脱硝剂。
制备例2
该烟气脱硫脱硝剂由10重量份氧化镁、2.4重量份催化剂和87.6重量份电石渣组成。氧化镁为活性氧化镁大于75wt%、粒度小于100目的粉体;催化剂为Al(OH)3;电石渣为干法乙炔工艺产生的电石渣产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品。电石渣、氧化镁和催化剂混合均匀后得到烟气脱硫脱硝剂。
制备例3
该烟气脱硫脱硝剂由15重量份氧化镁、2重量份催化剂和83重量份电石渣组成。氧化镁为活性氧化镁大于80wt%、粒度小于100目的粉体;催化剂为V2O5;电石渣为干法乙炔工艺产生的电石渣产物经研磨后得到的粒度小于200目的成品。电石渣、氧化镁和催化剂混合均匀后得到烟气脱硫脱硝剂。
实施例1
(1)采用制备例1的烟气脱硫脱硝剂进行烟气干法脱硫脱硝,得到胶凝材料。烟气的流速为3.5m/s,烟气的氧气含量为15vol%;烟气入口的其他参数、烟气出口的参数如表1和2所示。
(2)将胶凝材料与轻集料、掺和料和普通砂混合均匀,从而形成混合料。
(3)将混合料与工业废水混合,再经成型、振捣和养护,从而形成轻质混凝土制品-BM砌块。所述工业废水为不含有机物的工业碱废水。
表1、烟气脱硫脱硝项目工况参数
序号 |
项目 |
数量 |
单位 |
1 |
入口烟气量(工况) |
1050000 |
m3/h |
2 |
标态烟气量 |
711290 |
Nm3/h |
3 |
入口温度 |
130 |
℃ |
4 |
二氧化硫入口浓度 |
622 |
mg/Nm3 |
5 |
氮氧化物入口浓度 |
430 |
mg/Nm3 |
6 |
入口烟尘 |
105 |
mg/Nm3 |
7 |
烟气含湿量 |
4.7 |
wt% |
表2、脱硫脱硝项目排放情况
BM砌块物料配比和性能测试结果如表3和表4。
表3、BM砌块物料配比
物料名称 |
胶凝材料 |
普通砂 |
页岩陶粒 |
粉煤灰 |
废水 |
规格(g) |
140 |
20 |
10 |
30 |
84 |
表4、BM砌块性能测试结果
密度等级/(Kg/m3) |
650 |
强度等级/MPa |
2.6 |
吸水率/% |
17 |
干缩率/% |
0.045 |
实施例2
除了采用表5的物料配比之外,其他条件与实施例1相同。BM砌块物料配比和性能测试结果如表5和表6。
表5、BM砌块物料配比
物料名称 |
胶凝材料 |
普通砂 |
粘土陶粒 |
钢渣 |
废水 |
规格(g) |
150 |
16 |
16 |
18 |
90 |
表6、BM砌块性能测试结果
密度等级/(Kg/m3) |
1000 |
强度等级/MPa |
3.5 |
吸水率/% |
15 |
干缩率/% |
0.035 |
实施例3
除了采用表7的物料配比之外,其他条件与实施例1相同。BM砌块物料配比和性能测试结果如表7和表8。超轻陶粒为抚顺市榆林耐火材料厂生产的堆积密度为300~500kg/m3的陶粒。
表7、BM砌块配方表
物料名称 |
胶凝材料 |
普通砂 |
超轻陶粒 |
水渣 |
废水 |
规格(g) |
160 |
10 |
10 |
20 |
96 |
表8、BM砌块性能测试结果
密度等级/(Kg/m3) |
1200 |
强度等级/MPa |
7.5 |
吸水率/% |
13 |
干缩率/% |
0.03 |
本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。