CN114013058A - 一种综合利用固废生产岩棉板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固废资源化处理技术领域，公开了一种综合利用固废生产岩棉板的方法。将冶炼炉渣、粉煤灰、干燥电镀污泥及生物质固废加入到调质炉内，真空条件下升温至900～1200℃进行熔炼及高温热解处理，将所得熔体经离心成纤维状，在离心过程中喷洒树脂粘合剂、憎水剂和偶联剂，将所得纤维材料经集棉、压制固化、分切，得到岩棉板。本发明方法同时实现了镍冶炼炉渣、粉煤灰、电镀污泥和生物质固废的回收再利用，并能实现电镀污泥重金属污染的无害化处理，减少了环境污染，具有良好的经济效益和环保效益。

Description

一种综合利用固废生产岩棉板的方法
技术领域
本发明属于固废资源化处理技术领域，具体涉及一种综合利用固废生产岩棉板的方法。
背景技术
有色金属冶炼生产中，会产生大量的的冶炼炉渣、选矿尾渣。其冶炼炉渣通常采用堆存的方法处理，堆存的冶炼炉渣中含有镁、铁、镍、铜和钴等金属，具有很高的回收价值。目前，国内很多企业都存在对冶炼废渣的管理粗放、环境污染严重以及资源消耗和浪费较大等问题。没有实现资源的有效回收和综合利用。
粉煤灰中主要是由氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧化钠等金属氧化物和二氧化硅等无机化合物组成的细小粉尘。堆积成山的粉煤灰造成了严重的土地资源的浪费，并且粉煤灰中的金属盐会破坏土地酸碱平衡，甚至会污染地下水。因此，将粉煤灰进行资源化利用具有显著的经济意义和环保意义。
电镀污泥是指电镀废水处理过程中所产生的以铜、铬等重金属氢氧化物为主要成分的沉淀物，成分复杂。由于电镀废水量大、成分复杂、COD高、重金属含量高，如不经处理任意排放，会导致严重的环境污染。在处理电镀废水的同时也将形成大量的电镀污泥，这些电镀污泥具有含水率高、重金属组分热稳定性高且易迁移等特点，若不妥善处理，极易造成二次污染。
专利CN 104692648 A公开了一种综合利用固废生产岩棉的方法和***。通过将岩棉废渣、煤矸石、水泥混合制成蒸压废渣块，然后将蒸压废渣块、冶炼废渣混合高温熔融后高速离心成纤，制得纤维，喷洒粘结剂、憎水剂以及偶联剂，再经积棉、固化、分切，即得岩棉板材。该方法可综合利用固废替代传统玄武岩、白云石生产岩棉制品。但该专利技术采用的原料组成成纤性能较差，需要在大于1500℃的高温将原料熔化，板材均匀性及强度有待进一步改善。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种综合利用固废生产岩棉板的方法。本发明方法可实现冶炼炉渣、粉煤灰、电镀污泥和生物质固废的综合利用及协同作用，在较低的熔融温度下离心成纤，得到均匀性好、低吸湿率、高强度的岩棉板。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的岩棉板。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种综合利用固废生产岩棉板的方法，包括如下步骤：
(1)将冶炼炉渣、粉煤灰、干燥电镀污泥及生物质固废加入到调质炉内，真空条件下升温至900～1200℃进行熔炼及高温热解处理；
(2)将步骤(1)所得熔体经离心成纤维状，在离心过程中喷洒树脂粘合剂、憎水剂和偶联剂；
(3)将步骤(2)的纤维材料经集棉、压制固化、分切，得到岩棉板。
进一步地，步骤(1)中所述冶炼炉渣是指主要成分包括SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3的镍冶炼炉渣。
进一步地，步骤(1)中所述生物质固废是指农田秸秆、木屑、果壳中的至少一种。
进一步地，步骤(1)中所述冶炼炉渣、粉煤灰、干燥电镀污泥及生物质固废加入的质量比为1:(0.5～1):(0.3～0.5):(0.8～1.6)。
进一步地，步骤(2)中所述离心采用直联四辊离心机离心。
进一步地，步骤(2)中所述树脂粘合剂为酚醛树脂粘合剂或脲醛树脂粘合剂。
进一步地，步骤(2)中所述憎水剂为聚硅氧烷乳液憎水剂。聚硅氧烷乳液憎水剂的加入可降低岩棉板吸湿率。
进一步地，步骤(2)中所述偶联剂为氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂。本发明采用的氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂能够促进酚醛树脂粘合剂或脲醛树脂粘合剂与纤维材料的结合，显著增强所得岩棉板的强度。
进一步地，步骤(2)中所述树脂粘合剂的加入量为熔体纤维质量的5％～20％；所述憎水剂的加入量为熔体纤维质量的0.5％～2％；所述偶联剂的加入量为熔体纤维质量的0.1％～0.5％。
进一步地，步骤(3)中所述集棉是指经集棉机收集，然后利用打摺机挤压打摺叠加形成三维岩棉层。
一种岩棉板，通过上述方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明完全不使用玄武岩、白云石等天然石材作为原料，而采用冶炼炉渣、粉煤灰及电镀污泥固废进行替代，通过固废原料的配比调节金属元素及硅元素的平衡，得到高质量的岩棉纤维。
(2)本发明可以同时实现冶炼炉渣、粉煤灰、电镀污泥及生物质固废的资源化处理利用。
(3)本发明采用生物质固废与冶炼炉渣、粉煤灰、电镀污泥在真空条件下进行熔炼及高温热解处理，部分金属氧化物在热解生物炭的还原作用下生成金属单质，有效的降低了熔炼温度及改善了熔体的成纤性。
(4)本发明采用生物质固废的高温热解还原作用，可实现电镀污泥中有毒重金属离子如铬元素的无害化处理。经检测产品中六价铬含量由原电镀污泥中的1769.8mg/L降低为＜1.0mg/L，实现了电镀污泥重金属污染的无害化处理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将冶炼炉渣(国内某镍冶炼厂的冶炼炉渣，主要成分为SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3)、粉煤灰(主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO)、干燥电镀污泥(国内某电镀污水处理厂，主要成分为SiO2，含Cr、Fe、Ni、Cu、Zn等重金属元素的化合物及其可溶性盐类，六价铬含量测定值为1769.8mg/L，GB/T 15555.4-1995)及生物质固废棉杆颗粒加入到调质炉内，其中冶炼炉渣、粉煤灰、干燥电镀污泥及生物质固废加入的质量比为1:0.8:0.4:1.2，然后在真空条件下升温至1050～1100℃进行熔炼及高温热解处理。
(2)将步骤(1)所得熔体经直联四辊离心机离心成纤维状，在离心过程中喷洒酚醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和氨基硅烷偶联剂；其中酚醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和氨基硅烷偶联剂的加入量分别为熔体纤维质量的16％、1％和0.2％。
(3)将步骤(2)的纤维材料经集棉机收集，然后利用打摺机挤压打摺叠加形成三维岩棉层，所得岩棉层经压制后送入固化炉固化，分切，得到岩棉板。
将本实施例所得岩棉板经取样粉碎后按GB/T 15555.4-1995方法测定六价铬含量为0.84mg/L。说明本发明方法实现了电镀污泥重金属污染的无害化处理。
实施例2
(1)将冶炼炉渣(国内某镍冶炼厂的冶炼炉渣，主要成分为SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3)、粉煤灰(主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO)、干燥电镀污泥(国内某电镀污水处理厂，主要成分为SiO2，含Cr、Fe、Ni、Cu、Zn等重金属元素的化合物及其可溶性盐类，浸出液中总铬含量测定值为1769.8mg/L，GB/T 15555.4-1995)及生物质固废木屑加入到调质炉内，其中冶炼炉渣、粉煤灰、干燥电镀污泥及生物质固废加入的质量比为1:0.5:0.5:0.8，然后在真空条件下升温至1150～1200℃进行熔炼及高温热解处理。
(2)将步骤(1)所得熔体经直联四辊离心机离心成纤维状，在离心过程中喷洒酚醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和氨基硅烷偶联剂；其中酚醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和氨基硅烷偶联剂的加入量分别为熔体纤维质量的10％、0.5％和0.1％。
(3)将步骤(2)的纤维材料经集棉机收集，然后利用打摺机挤压打摺叠加形成三维岩棉层，所得岩棉层经压制后送入固化炉固化，分切，得到岩棉板。
将本实施例所得岩棉板经取样粉碎后按GB/T 15555.4-1995方法测定总铬含量为0.95mg/L。说明本发明方法实现了电镀污泥重金属污染的无害化处理。
实施例3
(1)将冶炼炉渣(国内某镍冶炼厂的冶炼炉渣，主要成分为SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3)、粉煤灰(主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO)、干燥电镀污泥(国内某电镀污水处理厂，主要成分为SiO2，含Cr、Fe、Ni、Cu、Zn等重金属元素的化合物及其可溶性盐类，浸出液中总铬含量测定值为1769.8mg/L，GB/T 15555.4-1995)及生物质固废椰壳加入到调质炉内，其中冶炼炉渣、粉煤灰、干燥电镀污泥及生物质固废加入的质量比为1:1:0.3:1.6，然后在真空条件下升温至950～1000℃进行熔炼及高温热解处理。
(2)将步骤(1)所得熔体经直联四辊离心机离心成纤维状，在离心过程中喷洒脲醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和环氧基硅烷偶联剂；其中脲醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和环氧基硅烷偶联剂的加入量分别为熔体纤维质量的20％、2％和0.5％。
(3)将步骤(2)的纤维材料经集棉机收集，然后利用打摺机挤压打摺叠加形成三维岩棉层，所得岩棉层经压制后送入固化炉固化，分切，得到岩棉板。
将本实施例所得岩棉板经取样粉碎后按GB/T 15555.4-1995方法测定总铬含量为0.67mg/L。说明本发明方法实现了电镀污泥重金属污染的无害化处理。
对比例1
本对比例与实施例1相比，不加入生物质固废，具体制备步骤如下：
(1)将冶炼炉渣(国内某镍冶炼厂的冶炼炉渣，主要成分为SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3)、粉煤灰(主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO)、干燥电镀污泥(国内某电镀污水处理厂，主要成分为SiO2，含Cr、Fe、Ni、Cu、Zn等重金属元素的化合物及其可溶性盐类，浸出液中总铬含量测定值为1769.8mg/L，GB/T 15555.4-1995)加入到调质炉内，其中冶炼炉渣、粉煤灰、干燥电镀污泥加入的质量比为1:0.8:0.4，然后在真空条件下升温至1050～1100℃进行熔炼及高温热解处理。
(2)将步骤(1)所得熔体经直联四辊离心机离心成纤维状，在离心过程中喷洒酚醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和氨基硅烷偶联剂；其中酚醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和氨基硅烷偶联剂的加入量分别为熔体纤维质量的16％、1％和0.2％。
(3)将步骤(2)的纤维材料经集棉机收集，然后利用打摺机挤压打摺叠加形成三维岩棉层，所得岩棉层经压制后送入固化炉固化，分切，得到岩棉板。
将本实施例所得岩棉板经取样粉碎后按GB/T 15555.4-1995方法测定总铬含量为437.7mg/L。通过与实施例1的对比可以看出，在未加入生物质固废的情况下，所得岩棉板产品无法达到安全使用的标准。
对比例2
本对比例与实施例1相比，不加入干燥电镀污泥和生物质固废，具体制备步骤如下：
(1)将冶炼炉渣(国内某镍冶炼厂的冶炼炉渣，主要成分为SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3)和粉煤灰(主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO)加入到调质炉内，其中冶炼炉渣与粉煤灰加入的质量比为1:0.8，然后在真空条件下升温至1050～1100℃进行熔炼及高温热解处理。
(2)将步骤(1)所得熔体经直联四辊离心机离心成纤维状，在离心过程中喷洒酚醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和氨基硅烷偶联剂；其中酚醛树脂粘合剂、聚硅氧烷乳液憎水剂和氨基硅烷偶联剂的加入量分别为熔体纤维质量的16％、1％和0.2％。
(3)将步骤(2)的纤维材料经集棉机收集，然后利用打摺机挤压打摺叠加形成三维岩棉层，所得岩棉层经压制后送入固化炉固化，分切，得到岩棉板。
对以上实施例1～3及对比例1～2所得岩棉板进行性能测试，测试项目包括抗拉强度(TR15)和压缩强度(厚度50mm，10％变形)，测试标准为GB/T25975-2018，测试结果如下表1所示。
表1
抗拉强度/kPa 压缩强度/kPa
实施例1 16.8 69.4
实施例2 18.1 72.3
实施例3 15.0 66.7
对比例1 13.9 65.2
对比例2 10.7 58.4
由表1结果可以看出，本发明采用生物质固废与冶炼炉渣、粉煤灰、电镀污泥在真空条件下进行熔炼及高温热解处理，所得岩棉板具有显著提高的力学强度，其原因在于生物质固废在高温热解后产生具有还原作用的生物炭，能够有效改善熔体质构及熔体的成纤性。本发明方法同时实现了镍冶炼炉渣、粉煤灰、电镀污泥和生物质固废的回收再利用，减少了环境污染，产生良好的经济效益和环保效益。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种综合利用固废生产岩棉板的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将冶炼炉渣、粉煤灰、干燥电镀污泥及生物质固废加入到调质炉内，真空条件下升温至900～1200℃进行熔炼及高温热解处理；
(2)将步骤(1)所得熔体经离心成纤维状，在离心过程中喷洒树脂粘合剂、憎水剂和偶联剂；
(3)将步骤(2)的纤维材料经集棉、压制固化、分切，得到岩棉板。
2.根据权利要求1所述的一种综合利用固废生产岩棉板的方法，其特征在于，步骤(1)中所述冶炼炉渣是指主要成分包括SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3的镍冶炼炉渣。
3.根据权利要求1所述的一种综合利用固废生产岩棉板的方法，其特征在于，步骤(1)中所述生物质固废是指农田秸秆、木屑、果壳中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种综合利用固废生产岩棉板的方法，其特征在于，步骤(1)中所述冶炼炉渣、粉煤灰、干燥电镀污泥及生物质固废加入的质量比为1:(0.5～1):(0.3～0.5):(0.8～1.6)。
5.根据权利要求1所述的一种综合利用固废生产岩棉板的方法，其特征在于，步骤(2)中所述离心采用直联四辊离心机离心。
6.根据权利要求1所述的一种综合利用固废生产岩棉板的方法，其特征在于，步骤(2)中所述树脂粘合剂为酚醛树脂粘合剂或脲醛树脂粘合剂。
7.根据权利要求1所述的一种综合利用固废生产岩棉板的方法，其特征在于，步骤(2)中所述憎水剂为聚硅氧烷乳液憎水剂；所述偶联剂为氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的一种综合利用固废生产岩棉板的方法，其特征在于，步骤(2)中所述树脂粘合剂的加入量为熔体纤维质量的5％～20％；所述憎水剂的加入量为熔体纤维质量的0.5％～2％；所述偶联剂的加入量为熔体纤维质量的0.1％～0.5％。
9.根据权利要求1所述的一种综合利用固废生产岩棉板的方法，其特征在于，步骤(3)中所述集棉是指经集棉机收集，然后利用打摺机挤压打摺叠加形成三维岩棉层。
10.一种岩棉板，其特征在于，通过权利要求1～9任一项所述的方法制备得到。
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