废渣利用

废渣利用（精选10篇）

废渣利用 篇1

1 前言

国内外含锌废渣种类繁多, 五花八门, 如何进行再生利用的方法也很多, 但是有些废弃物比如橡胶轮胎、陶瓷等由于其含锌量较低, 回收成本较高, 很难对其进行回收利用, 所以锌属于用途较广、再生利用回收率却不高的金属之一。

大多数锌的再生利用为火法直接冶炼, 而有些废料用火法直接处理则很困难, 例如表1:

据了解, 这种渣是广西梧州某松脂厂催化剂废弃物, 原为氯化锌固体, 失效后经水溶解、氢氧化钠中和沉淀、压滤形成。这种由高浓度含锌废水中和沉淀的废渣的最主要特征为: (1) 含氯离子高达40%, 而一般锌灰含Cl4~10%; (2) 中和沉淀时产生凝胶状的无定形态氢氧化物沉淀物, 体积庞大, 含水率高, 特别是游离水, 沉渣的处理需蒸发大量水分, 同时产生较高的运输成本, 实际应用非常困难。

本文提出对沉渣巧妙处理并生产饲料添加剂Zn0或活性氧化锌的方法:通过加入氨水控制pH, 使无定形态Zn (OH) 2沉淀转换为稳定形态的Zn (OH) 2和ZnO混和物, 沉淀体积大幅度缩小, 含水明显降低, 同时去除沉渣里的氯离子及硫酸根离子, 经干燥、焙烧可直接得到饲料添加剂Zn0产品, 或者通过降低温度焙烧而得到活性氧化锌产品。本文经多次实验研究了其反应机理, 并确定研制饲料添加剂ZnO (或活性氧化锌) 的工艺流程和工艺条件, 为高氯含锌废渣的再生利用提供了依据。

2 实验方案

2.1 拟定实验方法

首先在1升烧杯分三段过程洗涤脱除Cl-:沉渣250克, 按一定比例 (1:2) 加入二次上清液500ml、氨水25%10ml, 充分搅拌, 加温到80℃, 澄清分层后, 一次上清液弃去, 一次洗渣进入二次漂洗;一次洗渣加入三次滤液500ml、氨水25%2ml, 充分搅拌, 加温到80℃, 澄清分层后, 二次上清液返回一次漂洗, 二次洗渣进入三次漂洗;三次洗渣, 加水500ml, 充分搅拌, 加温到80℃, 澄清分层后, 真空过滤, 三次滤液返回二次漂洗, 三次洗渣进入烘干。

三次洗渣在105℃下烘干到恒重后 (约24h) , 研磨至100目左右, 马弗炉700℃焙烧20分钟, 在空气中冷却成为饲料添加剂氧化锌;或者在马弗炉530℃下焙烧32分钟, 在空气中冷却成为活性氧化锌。

其实验流程如图l:

2.2 分析方法

(1) 溶液pH值采用精密pH试纸或pHS-2型酸度计测定;

(2) 上清液锌浓度用EDTA法测定;

(3) Zn0含量用EDTA法测定;

(4) Pb/Cd/As等用J-PO2示波极谱仪测定;

(5) 样品大部分由柳州中色锌品有限责任公司测定。

3 反应原理

3.1 原理

关于Zn (OH) 2形成ZnO的反应机理, 曾新昌等认为在碱性溶液中, 常温下, 在一定pH范围内, Zn (OH) 2不溶解而可脱水形成ZnO, 结果见表2。

说明:原液Zn2+2000mg/l (ZnSO4) , 沉淀剂NaOH溶液;温度25℃;陈化时间60min。

pH值低于10.5以下, Zn (OH) 2不可能脱水形成ZnO。pH值升高到11左右, Zn (OH) 2即可脱水形成ZnO, pH值超过11.5以后, 形成的Zn0就开始溶解。在Zn (OH) 2可脱水形成ZnO的最佳p H范围内, 刚生成的Zn (OH) 2是无定形的凝胶体, 体积庞大, 极难沉降。当Zn (OH) 2开始脱水形成Zn0后, 在几分钟内产生“雪崩式”的脱水。此时沉淀物的体积迅速收缩, 原来无定形的Zn (OH) 2凝胶体沉淀物体积大大缩小, 但它并不是溶解, 而是转变成结构紧密的Zn0结晶体。实际测定上清液中的锌离子浓度甚微, 99.99%以上的锌在沉淀物中。沉淀物经X一射线衍射分析, 可得到典型的ZnO衍射图谱。在碱性溶液中, 常温下, Zn (0H) 2脱水形成Zn0的反应过程可表示为:

当Zn (OH) 2沉淀物脱水形成ZnO时体积收缩。它标志着Zn (OH) 2脱水反应过程。

3.2 影响Zn0形成的因素

3.2.1 pH值的影响

曾新昌认为在常温下, 水溶液的pH值对Zn (OH) 2脱水形成Zn0有着特别显著的影响。溶液的pH值需在一定的范围内Zn (OH) 2才可脱水形成Zn0, 在可以脱水形成Zn0的pH范围内, 也因pH值的不同脱水反应速度也不同。在一定温度下, 溶液的pH值越高, 脱水时间越短, 因此, 溶液pH值控制在11±0.3为宜。

3.2.2 原液锌离子浓度的影响

生成Zn (OH) 2时, 原液中Zn2+浓度对形成的Zn (OH) 2脱水反应速度也有一定影响。在一定的pH值和温度下, 随着Zn2+浓度增高而生成的Zn (OH) 2脱水形成ZnO的速度越快, 尤其明显地表现在影响开始脱水时间上。从表3数据可见, 原液Zn2+浓度越高所生成的Zn (OH) 2开始脱水形成ZnO的时间越早。原液Zn2+浓度低于1g/l以下所生成的Zn (OH) 2则很难观察到“雪崩式”的脱水现象。

3.2.3 沉渣的沉降速度

在常温 (25℃) 下, 分别测定了Zn (OH) 2 (pH9) 和ZnO (PH10.6) 的沉渣沉降速度。凝胶状的无定形态的Zn (OH) 2沉淀物的沉降是极其缓慢的。溶液pH值为10.6的Zn (OH) 2沉渣, 开始时其沉降速度亦相当缓慢。当其开始脱水后, 它的沉渣体积迅速收缩, 形成的Zn0是结晶态的, 体积小, 密度大, 其沉降速度非常之快, 远远大于Zn (OH) 2沉渣的沉降速度。

3.2.4 Zn (OH) 2和ZnO的沉渣体积

由于Zn (OH) 2沉渣系无定形态的凝胶体, 含水率高, 结构疏松, 体积非常庞大。然而, Zn (OH) 2脱水形成ZnO后为结晶态, 含水率低, 结构紧密, 体积非常小。我们以锌含量为4615mg/l的等体积废水进行比较试验。一个控制pH值为9.2, 以形成Zn (OH) 2沉淀, 另一个是控制pH值为10.6, 所生成的Zn (OH) 2可脱水形成ZnO, 见表4。从表中数据可以看出, 以Zn (OH) 2形态沉淀的沉渣体积非常庞大, 占处理水量的80%;然而以ZnO形态沉淀的沉渣体积则很小, 占处理水量的8%, 仅为Zn (OH) 2沉渣体积的1/10, 这对于沉渣的处理极为有利。

4 实验数据

4.1 脱水效果

实际上, 在笔者的实验过程中, 据笔者观察, 在一次漂洗时, 温度80℃、pH9.0-9.5时就已经开始发生“雪崩式”的水解, 而且Zn (OH) 2沉淀的游离水优先脱离, 形成含水量较低、体积较小的稳定形态的Zn (OH) 2沉淀, 见表5。

即Zn (OH) 2沉渣中将脱水, V=647-590=57mL=57g。

经过二次漂洗后, 温度80℃、pH8.0~8.5时, Zn (OH) 2沉淀物体积再次大幅度缩水;三次漂洗沉淀物体积不变。最终, 沉淀物重量由原来的250g (湿重) 变为100g (湿重) , 而据测定, 沉淀物体积为原体积的五分之一。

经过验证, 此时无定形氢氧化锌沉淀首先表现为大量的游离水、结晶水从氢氧化锌沉淀中溢出, 而形成相对稳定的、含结晶水较少的氢氧化锌沉淀。

4.2 沉渣洗涤Cl-效果分析

由表6可见, 一次漂洗时约原料量76%的Cl-被脱除;二次漂洗时脱氯约为一次漂洗的四分之一, 即约原料量18%;三次漂洗时脱氯又约为二次漂洗的四分之一, 即约原料量4%。

由于SO42-含量远低于Cl-, 脱除Cl-的时候也将脱除SO42-, 所以在此不再单独分析。

4.3 烘干、研磨及焙烧

在105℃烘箱中干燥24小时,

在研磨机磨细, 通过100目。在马弗炉700℃焙烧20分钟, 得表8。

5 Zn0产品分析

广西梧州某松脂厂氯化锌催化剂废弃物经水溶解, 用NaOH调节pH值为8, 生成的Zn (OH) 2沉淀, 经过三次漂洗脱除氯离子、硫酸根离子, 并脱除大部分游离水形成的Zn (OH) 2沉淀物, 真空过滤, 在恒温箱内105℃下烘干。研磨至100目, 在700℃下焙烧20min;或者在530℃下焙烧32min。将所得的ZnO产品进行分析, 结果见表5。整个过程锌回收率93%~95%。

为了更好验证, 笔者对不同的洗涤脱氯效果进行了对比试验, 结果如表9:

饲料添加剂氧化锌产品全分析与化工行业标准 (HG2792-1996) 比较, 见表10:

活性氧化锌产品全分析与化工行业标准 (HG/T2572-1994) 比较, 见表11:

6 结论

通过本实验结果表明, 在碱性溶液中, 温度80℃时, 废催化剂氯化锌形成的Zn (OH) 2沉淀脱水形成ZnO时存在一个pH范围, 在此范围内脱水时, 产生一个“雪崩式”脱水的突变过程, 而且无定形Zn (OH) 2胶体沉淀中的游离水优先脱离, 中间有一个稳定形态Zn (OH) 2与ZnO沉淀共存在的过程, 其反应过程可表示为:

根据上述反应, 认为从该Zn (OH) 2沉淀物提取Zn0工艺, 除了可以生产饲料添加剂氧化锌以外, 同时能够生产氧化锌晶体形貌疏松多孔、比表面积大的活性氧化锌, 确定主要工艺: (1) 一次漂洗, 80℃, 氨水添加量1:25, pH9.0~9.5; (2) 二次漂洗, 80℃, 氨水添加量, 2:250, pH8.0~8.5; (3) 三次漂洗, 80℃, 水漂洗; (4) 饲料添加剂氧化锌, 700℃焙烧20min; (5) 活性氧化锌, 530℃焙烧32min。

同时, 通过三次巧妙漂洗, 既可以洗去Zn (OH) 2沉淀物中的Cl-, 又可以让Zn (OH) 2沉淀体积大幅度缩小, 经过不同温度焙烧, 既可以生产饲料添加剂氧化锌, 也可以生产比表面积符合要求的活性氧化锌。

摘要：文章根据废催化剂氯化锌沉淀物的特征, 通过实验验证, 氨水洗涤, 脱除Cl-、SO42-, 并大幅度降低Zn (OH) 2沉淀物体积, 再经过焙烧, 可研制出合格的饲料添加剂氧化锌或者活性氧化锌。

关键词：再生,漂洗,焙烧

参考文献

[1]曾新昌.从含锌废水中直接提取氧化锌新工艺[J].环境工程, 1991, 9 (2) .

废渣利用 篇2

【发布文号】辽宁省人民政府令第12号 【发布日期】1991-08-28 【生效日期】1991-08-28 【失效日期】 【所属类别】地方法规 【文件来源】中国法院网

辽宁省工业废渣、废水、废气综合利用管理办法

（1991年8月28日辽宁省人民政府令第12号发布）

第一条 第一条 为了合理开发利用工业废渣、废水、废气，增加社会财富，提高经济效益，保护环境，根据《 中华人民共和国环境保护法》及国家其他有关法规，制定本办法。

第二条 第二条 本办法适用于本省境内排放和利用工业废渣、废水、废气（以下简称工业三废）的企业、事业单位。

第三条 第三条 省、市、县（含县级市、区，下同）计划经济委员会（或计划委员会，下同）是工业三废综合利用的管理部门，负责本辖区工业三废综合利用规划和计划的综合平衡和下达。

各级环境保护部门负责本辖区工业三废综合利用规划和计划的编制和组织实施，并负责监督检查。

各级工业主管部门负责本部门工业三废综合利用的管理工作。

各级财政、税务、物价等部门协同同级计划经济委员会做好本辖区工业三废综合利用的管理工作。

第四条 第四条 企业、事业单位应将工业三废的污染治理与综合利用结合起来，合理开发利用资源，严格执行环境保护法律、法规和规章，防治环境污染。

第五条 第五条 企业、事业单位新上建设项目，三废排放不得超过国家或地方规定的排放标准。超过标准的，必须同时安排工业三废综合利用项目或治理项目，并应与基本建设主体工程同时设计、同时施工、同时投产。

第六条 第六条 企业、事业单位应将工业三废综合利用项目列入基本建设或技术改造计划，所需资金自筹解决，自有资金不足的，可向上级主管部门、环境保护部门申请解决或向银行申请贷款．上级主管部门、环境保护部门或银行应予优先安排。

企业、事业单位工业三废综合利用项目所需能源，有关部门应优先供应。

第七条 第七条 企业、事业单位使用银行贷款建设的工业三废综合利用项目，可按国家和省有关规定，用项目投产后新增加的利润偿还贷款。

第八条 第八条 企业、事业单位对本单位排放的工业三废无力综合利用的，由计划经济委员会和环境保护部门统一安排给其他单位利用，排放单位一般不得收费；对经过初步加工确需收费的，应经市财政、物价部门批准。

第九条 第九条 对企业、事业单位综合利用工业三废实行优惠政策．享受优惠政策的范围按本办法附件《工业三废综合利用目录》执行．企业、事业单位生产目录以外的工业三废综合利用产品，经市计划经济委员会批准，可参照本办法规定享受优惠政策。

第十条 第十条 企业、事业单位用自筹资金、环保补助资金建设的工业三废综合利用项目，其收益归企业、事业单位所有，主管部门和行业归口部门不得提留、摊派费用或无偿调拨产品。

企业、事业单位和其主管部门共同投资或主管部门单独投资建设的工业三废综合利用项目，其收益大部分留给企业、事业单位，主管部门提留部分不得超过总收益的30％。

第十一条 第十一条 企业、事业单位用自筹资金建设的工业三废综合利用项目，利用工业三废生产的产品，工业三废占原材料比重50％以上的，按有关规定，经税务部门审查批准，可免交产品税、增值税。

第十二条 第十二条 企业、事业单位用自筹资金建设的独立核算盈亏的综合利用三废的生产厂、分厂和车间，自投产之日起五年内免交所得税；期满纳税仍有困难的，经税务部门审查批准，可适当延长减免所得税的期限。

国家和省对工业三废综合利用产品减免所得税另有规定的，按规定执行。

第十三条 第十三条 企业、事业单位综合利用工业三废项目的折旧基金，全部留给本单位，专项用于项目的更新改造。

第十四条 第十四条 企业、事业单位综合利用三废所需进口设备、零配件，视同技术改造项目减免关税．外汇管理部门应优先安排外汇。

第十五条 第十五条 企业、事业单位用自筹资金综合利用工业三废生产的产品，不列入国家分配计划，自用时不抵扣分配指标。

第十六条 第十六条 企业、事业单位用自筹资金综合利用工业三废生产产品的销售价格，除国家另有规定外，可执行国家最高限价或随行就市。

第十七条 第十七条 企业、事业单位综合利用工业三废利润提留资金的绝大部分，必须用于治理污染和开展综合利用；少部分经财政、税务部门核准，可作为综合利用项目一次性奖励资金和表彰综合利用先进企业、事业单位的奖励资金。对项目一次性奖励资金的提奖比例，不得超过当年企业综合利用利润提留资金的10％；对表彰综合利用先进企业、事业单位奖励资金的提奖比例，不得超过当年企业综合利用利润提留资金的5％。

企业、事业单位当年结余的利润提留资金，可结转下年使用。环境保护部门应协同财政部门监督管理综合利用利润提留资金的使用。

第十八条 第十八条 对符合下列条件的工业三废综合利用项目，市计划经济委员会会同环境保护部门可按有关规定给予一次性奖励。

（一）综合利用项目属于《工业三废综合利用目录》范围（含市计划经济委员会批准的目录外的工业三废综合利用产品），并能独立计算盈亏的；

（二）综合利用项目盈利的；

（三）综合利用项目符合环境保护要求的。

一次性奖励可给予减免奖金税照顾。

第十九条 第十九条 对工业三废综合利用取得显著成绩的企业、事业单位，由省计划经济委员会和环境保护部门给予表彰和奖励。

第二十条 第二十条 本办法由省计划委员会负责解释。

第二十一条 第二十一条 本办法自发布之日起施行。

附件： 工业三废综合利用目录一、一、企业用废弃资源回收的各种产品

1．煤矿回收的硫铁矿、硫精矿、铝矾土、耐火粘土、瓦斯等；

2．有色金属冶炼企业回收的金、银、硫酸等，矿山回收的硫精矿、硫铁矿、铁精矿等；

3．黑色金属冶炼企业回收的铜、钴、钒、钛、铌、稀土等；

4．硫铁矿、磷矿开采过程中回收的金、碘等。

二、二、利用工矿企业的采矿废石、选矿尾矿、碎屑、粉末、粉尘污泥和各种废渣生产产品

1．利用煤矸石、石煤、粉煤灰等生产的砖、加气混凝土、大型砌块、陶粒、墙板、水泥和混凝土掺合料、低温喷射水泥、树脂和橡胶填料等产品；

烧煤锅炉的干粉煤灰、炉底渣，以及从粉煤灰中提取的漂珠、微珠、铁粉、炭粉等及用其生产的产品；

2．从冶金炉、动力炉渣中回收生产的金属、非金属、化工、建材产品（不包括高炉水渣）、利用含铁尘泥生产的产品；

3．利用硫铁矿渣、磷石膏、电石渣、磷肥废渣、纯碱废渣、盐泥、铬渣、总溶剂渣等生产的产品，如建筑材料、纯碱、烧碱、砖、肥料、饲料等；

4．原油、天然气中回收提取的轻烃、氦气、硫磺，炼油厂在废渣中提取的环烷酸和杂酚，尾气中提取的轻烃等，利用伴生卤水熬盐及提取稀有金属；

5．利用蔗渣、甜菜渣、湿滤泥、废糖蜜、湿废丝等生产的造纸原料、纤维板、碎粒板、酒精、醋酸、味精、酵母、浓缩饲料、干粕饲料、柠檬酸的发酵原料等产品；

6．铝氧厂利用赤泥、发电厂利用液态渣生产的水泥等产品；

7．利用制革废渣、废革屑、猪毛、羊毛、碎肉等生产的油脂、铬、蛋白质、再生革及其他工业原料等产品。

三、三、利用工矿企业排放的废水、废酸液、废油和其他废液生产的产品

1．利用化纤废水、浆粕白水、浆粕黑液、纸浆废液、洗毛污水、印染废水、有机及高浓度的废液等生产的锌、纤维、碱、羊毛脂、浆用ＰＶＰ、硫化纳、亚硫酸钠等化工产品；

2．利用制盐液（苦卤）生产的化工产品，如氯化钾、工业溴、氯化镁、无水硝、四溴乙烷等。

四、四、利用工矿企业加工过程中排放的烟气，转炉、铁合金炉回收的可燃气、焦炉气、高炉放散气等生产的产品

1．从转炉、铁合金炉中回收的气体以及回收的焦炉、高炉放散的可燃气体生产的产品；

2．用煤气、焙烧窑、空气分离、冶金废气、磷肥生产中含氟废气、合成氨的弛放气及天然气、硫酸、硝酸、黄磷等生产尾气产生的硫、二氧化碳气体、冷凝物（焦油、酒精）、惰性气体、氟硅酸纳、冰晶石、氢、氧、硫铵、亚硫酸铵、亚硝酸钠、草酸等。

五、五、利用工矿企业余热、余压和低热值燃料（煤矸石、石煤等）生产的热力与电力。

六、六、利用盐田水域或电厂热水发展养殖业所生产的产品。

七、七、利用林木采伐、造材截头和加工剩余物生产的产品。

废渣利用 篇3

关键词：抛光砖废渣；湿法挤出；建筑板材

1 前言

随着十八大报告“推出生态文明建设”方针的提出，大批污染企业又将面临洗牌，新一轮的陶瓷产业革新必将来临。“仅抛光砖废渣，全国就约达900万吨/年”[1]，这对抛光砖厂来讲无疑是个沉重的数据！因此，由广东佛山欧神诺陶瓷股份有限公司主持起草的《轻质陶瓷砖》（JC/T 1095—2009）行业标准正式颁布，已于2010年6月1日实施，给行业提供了一个方向。

笔者在此基础上，通过湿法挤出成形的方式，以抛光砖废渣为主要原料，研发出规格为2440mm×1220mm×8mm的陶瓷轻质标准板材，以期在建筑板材领域上发挥作用，希望能开辟出一条新的抛光砖废渣处理途径。

2板材的简介

2.1 板材的定义及应用范围

板，全国科学技术名词审定委员会的定义为“厚度远小于平面尺度的平面构件”。在应用学科里，建筑材料作为主要的对象，板材的定义又为“宽度尺寸为厚度尺寸的2倍以上的锯材。”[2]由此可见，板材的形状是以扁平，宽大并可裁锯为特征，方便建筑施工。

如今，最普遍的新型建筑板材已广泛用于大型工业厂房、民用建筑、冷库、移动房屋、展馆、体育馆、购物中心、机场、电厂、别墅、医院、低层及高层办公楼、家具装饰等领域，是建筑行业不可或缺的材料。

2.2陶瓷轻质板材与普通板材的性能对比

新型建筑模板的性能和功用各不相同，生产建筑板材产品的原材料及工艺方法也各不相同。就其发展情况而言，有的品种重在花色，花色品种层出不穷，如：装饰装修材料；有的品种重在功能，如：保温材料；有的则通过深加工衍生出多个品种，如：新型建筑板材等。本文以常见的石膏板材、硅酸钙板材为例，与陶瓷轻质板材性能进行对比。其几种板材的性能参数对比如表1所示。

从表1中可以看出，硅酸钙板的强度、使用寿命、防火、耐潮等性能都明显优于传统的石膏板，这些性能使得硅酸钙板是当前建筑用的理想板材。而陶瓷轻质板的抗折强度更高、耐潮性能更好，且运用60%以上的抛光废料，充分的地利用了抛光砖的废料，真正实现陶瓷厂固体废料循环的综合利用，是一种符合可持续发展政策的新型环保轻质板材。

3 挤出成形陶瓷轻质板材的研究

3.1 国内部分企业利用抛光废渣生产瓷砖[3]

国内部分企业运用抛光废渣生产瓷砖的研究现状如表2所示。

近几年，抛光废渣在陶瓷砖生产中的运用得到了广泛的研究，上述企业在研究中，得到了可喜的成绩，获得业界的公认。然而，抛光废料以每年900万吨的产量，依然难以消化。采用湿法挤出成形法生产轻质大规格板材（2440mm×1220mm×8mm），在国内还没有相关报导，这种新型的陶瓷轻质板材用于建筑，因为其具有优越的性能，完全可以替代石膏板、硅酸钙板。因此，也为消化抛光废料提供一条全新的路径。

3.2 挤出成形陶瓷轻质板材的生产工艺流程

本文主要阐述了两种挤出陶瓷轻质板材的生产工艺流程，其详情如下。

（1） 适用于新工厂生产的工艺流程

适用于新工厂的陶瓷轻质板材的工艺流程示意图如图1所示。

（2） 适用于老工厂生产的工艺流程

适用于老工厂的陶瓷轻质板材的生产工艺流程图如图2所示。

3.3陶瓷轻质板材生产的技术突破

（1） 原料的处理

由于每个抛光砖厂使用的抛光介质不一定相同，抛光砖本身选用的原料也不同，导致抛光砖渣的比重、颜色相差较大。有的白度达到65度以上，有的只有25度。因此，轻质板材的最终处理方法为：白度高的可以用来做表面装饰材料，加上雕刻、饰面，附加值显著提升；白度低的只能做隔墙、底板，价格低廉。

因此，在生产中，需要将原料分级堆放、同级均化，以做到物尽其用，用有所值。

（2） 降低产品的容重及导热系数的问题

如何降低产品的容重及导热系数，这就涉及到工艺配方问题，包括原料的选择、工艺处理、配方结构和烧成工艺等，需要长时间的摸索和调整，才能达到理想的要求。一般容重为0.3g/mm3、导热系数达到<0.8 W/m2·K。

（3） 防止产品变形的问题

要防止产品变形，需要把握两点关键技术：配方结构和烧成方式。

（4） 轻质板材中的发泡气孔的均匀问题

发泡气孔的稳定和均匀的问题，可以总结为两点：一是原料要稳定；二是烧成温度要均匀。

（5） 泥料塑性的问题

众所周知，抛光砖渣是抛光砖与磨头之间相互研磨产生的粉体，主要含抛光砖熟料、碳化硅、水泥，这些原料几乎没有塑性，加入60%～80%后，会导致坯体的塑性较差。因此，要求要求添加粘土原料，以提高其塑性。陶瓷轻质板材对塑性要求较高，并且需要加入一定量的坯体增强剂，以增强泥料的塑性和强度。

3.4 陶瓷轻质板材的优势

3.4.1生产成本低

石膏板材、硅酸钙板材与陶瓷轻质板材的成本对比如表3所示。

由表3可以看出，陶瓷轻质板材的生产成本在8～10元/m2间，比硅酸钙板材低很多，且原材料价格波动较小。

3.4.2企业转产容易

90亿m2/年的陶瓷生产能力，给销售带来巨大的压力，许多陶瓷厂将面临去留的选择，但几千万元的固定资产不是随意就能放弃的。因此，利用现有的生产线，通过简单的设备技改，就可以进行产品的升级换代，无疑给了企业广阔的生存空间。而全国抛光砖废渣约达900万吨/年，全部免费使用，每个陶瓷厂都方便取料。

3.4.3市场前景较好

据统计，在建筑能耗中，围护结构材料保温性能差、保温技术落后，传热耗能高达73%～77%。根据国家住房和城乡建设部规划，中国将实施强制节能标准。到2020年，全国的建筑总能耗要达到节能的65%的總目标。如按这个目标计算，则每年就建筑围护结构节能需新增投资约为2700亿人民币，市场机会巨大。

到2012年，全国保障性住房和棚户区改造住房约600～800万套，建筑板材将从公建市场成功突破到住宅市场，在国家“节能减排”政策的影响下，建筑板材产品将更多的替代实心粘土砖用作住宅隔墙。“建材下乡”试点范围有望在2013年后继续扩大，推动新兴轻质建材在未来几年的需求持续提升。

4 结语

陶瓷轻质板材具有优异的性能，如：容重低、导热系数低、安装成本低等，在许多发达国家中被争相研制和推广。另外，陶瓷轻质板材由于其轻质、环保、（下转第34页）可回收利用，且安装施工和表面装饰十分便利。同时，其在强度、使用寿命、防火、耐潮等性能方面都明显优于传统的石膏板和硅酸锆板材。如这一项目的成功启动，陶瓷轻质板将会成为重要建筑的理想板材。陶瓷轻质板的量化生产，既消化了大量的抛光废料，又响应了国家的“节能降耗”和“推行生态文明建设”的号召，必将具有十分重要的社会意义！

参考文献

[1] 霍敏仪，安康.抛光砖废料再生记[R].陶城报，2012，11，30，A15.

[2] 蒙政强.薄板与薄板标准的匹配与协调[R].陶城报，2012，11，30，A30.

[3] 黄惠宁，柯善军，张国涛等.抛光废渣在陶瓷砖中的应用及现状

锰矿废渣回收利用途径的探讨 篇4

锰矿渣实质上是指以锰矿石冶炼生铁过程中排出的熔渣在高温熔融状态下经水淬急冷后形成的一种废渣。就目前我国锰矿渣的回收利用而言, 其还未得到充分的开发利用, 随着锰矿渣量的不断增加, 不仅仅会导致废渣堆积如山、污染环境、占用场地、阻碍交通, 同时这也是一种资源的浪费, 因为废渣中含有一些可以被再次回收利用的物质, 可以通过一定的回收方式将去利用于其它方面, 而减少废渣对环境地破坏。

1 废渣的危害

由于废渣中含有一定量的重金属离子, 如果对其处理不当, 不仅仅会直接污染环境, 也会间接地对人类的健康产生威胁, 就其主要的危害可以归纳如下。

1.1 对土壤的污染

在处理废渣时, 如果直接将其堆放在土壤之上, 而不经过任何的处理措施, 将会直接对土壤造成严重的污染。这主要是因为:废渣的露天堆放不仅会占用大量的土地, 同时, 废渣的中的重金属离子会随着雨水等逐渐渗入到土壤中, 而在一定程度上破坏土壤原有的结构、以致土壤的基质被污染、养分流失等问题。

1.2 对水体的污染

锰矿废渣在风化淋溶的作用下, 其内部的大量重金属离子会被迁移到周围的地表水, 有的甚至迁移到了地下水中, 使得水体中的重金属离子含量超标, 而影响生活用水的质量。

1.3 对生态环境结构的影响

随着锰矿废渣中的锰、铅等重金属进入环境, 这些重金属会长期蓄积于土壤中, 当量达到一定程度时, 便会降低自然界的自净能力, 最终的结果便是降低土壤自身的肥力。如果利用这样的土体进行种植, 一旦重金属被植物吸入体内, 便会导致产量的减少, 甚至危害人的健康。另一方面, 土中的重金属还将会迁移到相邻的环境介质中, 遇到降雨时, 还会随着雨水渗透到更深层土壤里, 一步一步地影响整个生态系统。

2 废渣的处理利用现状

2.1 物理法

利用物理法对废渣进行处理一般有两种方式:1) 电动修复, 实质上是指在电场的作用下, 废渣内部的重金属离子和一些无机离子会被运输到电极方向, 然后对其进行集中处理;2) 淋溶法, 指的是利用淋洗液将废渣中的重金属离子转移到液相中, 进而做进一步的回收利用。这两种方法虽然简单可行, 但是都有一定的弊端。

2.2 化学处理法

所谓的化学处理法一般指的是:在废渣中加入一定量的化学试剂, 让这些试剂中的元素与重金属离子发生一定的化学反应, 进而在一定程度上降低这些废渣对环境的污染毒性。常用的化学试剂有两类, 一类是通过改变废渣填埋土壤的酸碱性, 使重金属离子通过形成难溶性的沉淀而加以消除;另一类是让这些废渣与重金属离子络合或者螯合反应, 进而生成络合物或者螯合物, 达到降低其活性的作用。化学处理法的一大弊端在于经济问题, 同时有些化学反应往往比较难控制, 且有些化学反应是可逆的。

3 实际中常采用的回收利用途径

3.1 锰矿废渣作为混凝土矿物掺合料

有部分生产线已经在着手将这种废渣用于混凝土中制成矿物掺合料, 将其看作变废为宝的环保材料, 相关实验已经证明, 锰矿废渣可作水泥的混合材料和混凝土的掺合材料, 具体的依据如下所示:

1) 通过对这些废渣进行化学成分分析以及相应的力学性能测试, 测试的结果表明锰矿废渣具有一定的潜在活性, 能够用作水泥的混合材料和混凝土的掺合材料;

2) 虽然锰矿废渣内部含有一定量的MgO, 可能会产生体积不安定性, 通过对其进行从压蒸安定性试验, 试验结果表明废渣中的MgO呈化合态。化合态的MgO不但不会产生体积不安定性, 反而会随着其含量的不断增加, 会在一定程度上降低混凝土的膨胀率;

3) 通过对废渣进行物理性能试验可知:锰矿废渣的掺入会在一定程度上提高拌合物的减水作用;同时锰矿废渣的存在会增大砂浆的泌水率;

4) 有相关实验数据显示, 锰矿废渣的掺入能够降低砂浆的早期强度, 随着龄期的不断增加, 其作用也会随之增强。

3.2 电解锰废渣作肥料

考虑到锰矿废渣中含有一定量的有机质, 如:锰、硒、氨等营养元素, 如果能将其用作肥料, 将会在很大程度上促进植物的生长速度。有相关实验已经证明:可以将经过处理的锰矿废渣调配成肥料, 为了进一步地证实这一研究结果, 我们对农作物施用该肥。并记录下农作物的生产情况, 数据结果显示:1) 该混配肥能在一定程度上促进农作物的营养生长;2) 该混配肥能够改善土壤的理化性状, 有利于作物根系的生长。

如果对废渣进行磷化处理, 便能够制取全价肥。具体方法是:废渣中加入一定量的生磷矿粉, 然后对其进行经搅, 待熟化后, 便可制得富含各种农作物所需营养成分的全价肥。值得注意的是:由于废渣中一般含有一定量的硫化物, 所以在将其制成肥料时, 应该对其进行脱硫处理, 以防止硫化物腐蚀禾根。

3.3 用作水泥的缓凝剂

缓凝剂的实际作用在于减缓水泥的凝固过程, 在实际应用中往往会采用天然的石膏来进行调节。从废渣的成分出发, 由于其内部含有一定量的氧化钙和三氧化硫, 这两种成分进行一定的化学反应便能够制的石膏, 既所谓的无水硫酸钙。已经有相关人士对其进行了研究, 研究结果表明:将锰矿废渣经过105℃的低温烘干处理, 然后在对其进行300℃的高温煅烧后, 这时的废渣便能够在一定程度上代替石膏来配制水泥。需要注意的是, 实际工作中一般不会采用全部代替的方式, 因为这样生产出来的水泥往往性能较差。

3.4 用于生产硫磺混凝土

虽然硫磺混凝土现在还是一种新型混凝土, 但是在不久的将来将会被广泛应用于实际工作中。将废用于生产硫磺混凝土, 其实只只需经过简单的烘干磨碎即可, 制备工艺简单, 且产品性能优良。生产出来的硫磺混凝土具有良好的性能, 包括:1) 极低的渗水率, 有相关数据表明:其渗水率一般只有普通水泥块的4%左右, 并且随着密度的增大, 其渗水率层越低的趋势;2) 超强的抗酸腐蚀能力;3) 优良的力学性能。虽然硫磺混凝土具有良好的抗强酸和盐等腐蚀的能力, 但在强碱溶液中, 抗腐蚀能力的性能将会降低。

硫磺混凝土之所以能够拥有市场, 主要是因为:利用该种混凝土生产的建筑材料在加热到一定温度时, 会熔化成为流体, 进而可以对其重新加工成型, 减少材料的不必要浪费。同时, 当硫磺处于液态时, 其往往具有较强的粘结和包裹能力, 并且固结后的表面致密。因此, 生产出来的硫磺混凝土基本上不会出现盐分外渗现象, 且硫酸根的含量基本上不会对其性能产生影响。

4 结论

如果只是将锰矿废渣进行露天堆积, 不仅会对堆积场周围的土壤造成严重的生态破坏, 同时还会在一定程度上改变土壤原有的结构, 不利于农作物的健康生长。考虑到锰矿废渣中往往会含有的一定量的有价金属, 所以可以通过一定的方式和方法加以回收利用, 以便能够将其变废为宝, 促进资源的合理利用和良性发展。

参考文献

[1]曹建兵.微生物浸出电解锰废渣中锰离子的研究[D].湖南大学, 2011.

[2]朱昌洛, 沈明伟.碳酸锰矿的利用现状及展望[J].矿产保护与利用, 2011 (3) .

[3]朱昌洛, 沈明伟.碳酸锰矿的利用现状及展望[J].矿产保护与利用, 2011 (3) .

废渣管理规定办法 篇5

为了加强固废临时中转库的安全管理，保障员工生命财产的安全，保护生态环境，确保固废临时中转库安全运行，明确管理责任，特制定本制度：

一、固废临时中转库所有从业人员，每年须接受在职安全教育培训

二、固废临时中转库直接归原料分厂负责，其职责是：负责每天的费渣转运堆积，指挥承包商按公司规定转运、堆积费渣，按时完成当班工作，保证工作现场干燥、干净、卫生、整洁；健立健全固废临时中转库管理记录。

三、将固废临时中转库纳入公司重点危险源管理，安排有专门人员进行现场守护和管理。现场管理人员应随时对堆场现场情况进行巡视，注意堆场边坡、平面裂缝、绿化带植被、堆场高度等部位变化情况，及时发现问题，将隐患及时处理。

四、在固废临时中转库内竖立醒目安全警示标志，禁止闲杂人员掏取渣体中的有用物体；严禁无关车辆进入固废临时中转库，严禁闲杂人员在固废临时中转库逗留，五、费渣堆场严格按比例堆筑，对存在或可能发生的事故隐患要有防范措施和应急预案，防止事故发生；做好防汛工作，确保固废临时中转库排水系统畅通。

六、生产技术部要严把运输安全，同时督促、检查固废临时中转库的正常运行，及时协调解决劳动力及材料的调配。

七、安全环保部要将固废临时中转库的安全运行列入部门日常工作中去抓，每周对固废临时中转库进行两次全面彻底的检查，并对事故隐患及时反应主管领导和有关部门，提出具体整改措施，并督查落实情况，对固废临时中转库的日常管理工作要高度重视，严格管理。发现问题及时处理，上报，确保固废临时中转库安全正常运行。

八、在固废临时中转库边缘危险部位设置安全防护，同时对固废临时中转库每班进行安全巡查，及时发现安全隐患，杜绝安全事故发生。

九、定期对渣体的变形情况进行观测，在变形量加剧的期间应增加观测次数。尤其在暴雨季节前加强排水设施的检查与维护，确保其有效性，从而保证固废临时中转库边坡的安全稳定性。

利用工业废渣制备新型墙体材料 篇6

关键词：脱硫渣,矿渣,炉渣,复合胶凝材料,新型墙体材料

炉渣是块煤或粒煤燃烧后呈疏松状或块状未经水淬的残渣[1],其主要相组成为晶相和玻璃相。主要矿物组成是钙长石,其次是莫来石、赤铁矿、石英,其潜在的活性不如矿渣。矿渣是钢铁厂冶炼生铁时产生的副产物。据不完全统计,每生产1 t生铁,将排出0.3 t～1 t的矿渣,我国钢铁厂的年矿渣排放量高达6 000万t以上[2]。脱硫渣是燃煤热电厂采用烟气脱硫工艺后排放的工业废渣[3]。目前,我国每年排放的脱硫渣在50万t以上,预计2010年,我国脱硫渣的产出量将达到1 000万t[4]。这些堆积的工业废渣不仅占用大量土地,而且严重污染环境。若能充分利用工业废渣生产各种新型墙体材料,对建材工业的可持续发展具有现实意义。

本研究以磨细的矿渣、炉渣和原状脱硫渣为基本成分,掺入熟料和石灰配成复合胶凝材料,并以粒状矿渣和炉渣为细集料,制备出性能良好的新型墙体砌块。

1 试验

1.1 原材料

矿渣:武钢粒化高炉水淬矿渣,密度为:2.86 g/cm3,比表面积为420 m2/kg。

脱硫渣、炉渣:均取自山西阳泉路桥实验有限公司。水泥熟料:采用武汉华新水泥厂煅烧的水泥熟料。石灰:采用武汉晨建新型建材有限公司提供自烧石灰,磨细0.08 mm筛筛余≤13%,有效氧化钙含量为80%,消化时间10 min～20 min,属中速消化石灰。

矿渣、脱硫渣、炉渣和水泥熟料的化学成分见表1。

1.2 试验方法

水泥熟料、矿渣、炉渣、脱硫渣分别粉磨至0.08 mm筛筛余≤1%,各原料按比例充分混合均匀配成胶凝材料。

参照水泥胶砂强度试验方法成型40 mm×40 mm×160 mm的试件,自然养护至规定龄期,测7 d、28 d强度。

参照蒸压灰砂砖(GB 11954-1999)强度试验方法,成型100 mm×100 mm×50 mm砌块,自然养护,测28 d强度。

将胶凝材料以水灰比为1∶3成型40 mm×40 mm×40 mm的净浆试块,在20℃±1℃,湿度≥90%下养护至规定龄期。

显微分析:采用日本RIGAKUD/MAX-ⅢA型X-ray衍射仪和JSM-5610LV型扫描电子显微镜,测试标养28 d胶凝材料净浆硬化体水化产物,观察其微观形貌。

2 复合胶凝材料组成设计

矿渣和炉渣自身并没有水硬性,需激发剂激发其潜在的活性。试验采用熟料和石灰碱性激发剂,并利用脱硫渣中的硫酸盐一同激发矿渣和炉渣的活性。复合胶凝材料具体配合比见表2。

不同复合胶凝材料胶砂强度试验结果见表3。

从上表可以看出,3号复合胶凝材料的胶砂强度最大。同时,随着石灰含量的增加及炉渣含量的减少,其强度呈上升趋势,在石灰含量为4%时呈现最高值。这说明:(1)熟料+石灰复合激发矿渣和炉渣的方式优于熟料单一激发;(2)对矿渣和炉渣潜在活性的碱激发存在一个适度的碱性范围。

3 墙体材料组成设计

分别以过4.75 mm筛的粒状矿渣、炉渣及天然砂为细集料,以3号复合胶凝材为胶结料,制备墙体砌块。同时,为尽可能多利用原状脱硫渣,用部分脱硫渣等质量代替细集料,墙体材料组成设计及强度试验结果见表4。

由表4可知,炉渣砌块强度明显大于矿渣砌块强度,且略大于以天然砂制备的砌块强度。其原因可能是,未经水淬处理的炉渣结晶致密程度及稳定性均高于矿渣。

4 复合胶凝材料微观结构分析

矿渣、炉渣的活性成分主要是玻璃体,其中Si4+以[SiO4]4-的形式存在,[SiO4]4-四面体之间由桥氧连接成空间网络,Al3+以[AlO4]5-四面体的形式参入网络,Ca2+、Mg2+以一定的配位状态分布于网络结构中[5]。在碱性环境中,OH-使Si-O-Si、Si-O-Al、Al-O-Al共价键断裂,破坏玻璃体的网络结构,从而产生SiO44-离子、AlO45-离子和Ca2+、Mg2+等离子,参与水化反应生成水化硅酸钙凝胶[6,7]。复合胶凝材料标养28 d硬化浆体、原状脱硫渣及炉渣的XRD图谱示于图1。图2为复合胶凝材料标养28 d硬化浆体的SEM图。

由图1和图2可知:复合胶凝材料硬化浆体主要有水化产物钙矾石、结晶形态差的水化硅酸钙凝胶和未反应完的原料二水硫酸钙和炉渣颗粒。针状钙矾石晶体和絮凝状水化硅酸钙凝胶填充硬化体孔坑、缝隙,并将未反应的二水石膏和炉渣颗粒交结在一起。

5 结论

水泥熟料、适量的生石灰和原状脱硫渣复合能有效激发矿渣、炉渣的潜在活性,并制备性能良好的复合胶凝材料。

以磨细矿渣、原状脱硫渣和炉渣为基本成分,掺入少量水泥熟料和生石灰配制的复合胶凝材料能很好地胶结粒状炉渣细集料制备出强度达38.5 MPa的新型墙体材料。

复合胶凝材料硬化体主要由水化产物钙矾石及水化硅酸钙凝胶和未反应的二水石膏和炉渣颗粒组成。

参考文献

[1]郭殿波,朱献.电厂炉渣作水泥混合材的研究[J].中国资源综合利用,2002,(10).

[2]聂轶苗,牛福生,张锦瑞.我国矿渣综合利用的现状[J].建材技术与应用,2009,(2).

[3]石小芳,徐俊鹏,唐名德.3种工艺脱硫渣对水泥性能的影响[J].水泥,2005,(10).

[4]张仁鹏,居鸣,戴昌德.浅谈烟气脱硫渣的利用[J].中国资源综合利用,2007,25(12).

[5]袁润章主编.胶凝材料学(第二版)[M].武汉:武汉工业大学出版社,1996.

[6]CHEN You-zhi and PU Xin-cheng,Hydration Character istics of Sodium Sulfate Slag Cement System.Journal of Universiy of Technology-Mater.Sci.Ed,2001,16(4).

利用工业废渣制备泡沫玻璃的研究 篇7

泡沫玻璃是内部充满无数均匀气孔的多孔材料。气孔约占总体积的80%~90%, 气孔大小为0.5mm~5mm, 也有小到几微米的。它通常是以废玻璃为主要原料, 添加适量的发泡剂和助熔剂等添加剂, 经破碎、磨细和混合形成配合料, 放置在模具中经预热、烧结、发泡、稳泡和退火等工艺制备而成。泡沫玻璃具有表观密度小、导热系数低、热膨胀系数低、耐腐蚀性强、不燃烧、不变形、易加工和施工方便等许多特殊优良性能, 泡沫玻璃在工程中可作为保温隔热材料、吸声材料、轻质填充材料、轻质混凝土集料和绿化用保水材料使用。

1935年, 法国St.Gubain公司成功地研制出了泡沫玻璃, 随后, 美国、前西德、等国也发表了许多有关泡沫玻璃专利和研究报告。20世纪70年代中期泡沫玻璃在我国进行小批量生产, 经过几十年的发展, 国内生产的泡沫玻璃供不应求, 目前部分产品已出口国外。随着建筑保温节能技术越来越受到人们的关注, 泡沫玻璃在建筑工程中的应用越来越广泛, 这些将给泡沫玻璃的发展带来更大的发展机遇。

泡沫玻璃的原料多数采用废弃物, 如废玻璃、粉煤灰、炉渣或天然矿物等, 发泡剂可以选择碳酸盐或炭黑等。以废玻璃、矿渣和粉煤灰为主要原料的泡沫玻璃对于工业废弃物利用, 节约资源和改善环境具有重要意义, 是世界上鼓励发展的方向。本文以废玻璃、矿渣和粉煤灰作为主要原材料进行了泡沫玻璃制备的试验研究, 并研究了发泡剂种类及掺量对泡沫玻璃性能的影响, 并对泡沫玻璃泡沫化进行优化设计。

1 原材料及研究方法

1.1 原材料

基础原料采用高炉矿渣, 粉煤灰、废玻璃;发泡剂分别采用碳酸钙、炭黑、二氧化锰进行研究, 同时加入适量的助熔剂和稳泡剂等。

1.2 研究方法

1.2.1 发泡剂种类及掺量对泡沫玻璃性能的影响研究

通过试验固定原材料废玻璃、矿渣和粉煤灰的比例为6:3:1, 并按图1所示的烧成曲线进行泡沫玻璃制备, 通过改变发泡剂种类及掺量进行对比研究。

1.2.2泡沫玻璃泡沫化的优化设计

由于影响泡沫玻璃性能的因素较多, 不仅与添加剂的种类及其用量有关, 而且与烧成的温度制度有密切的关系。通过试验找出影响泡沫玻璃质量的主要因素, 对制备泡沫玻璃的工艺参数进行优化设计。

1.2.3 质量和性能评定

用表观密度、抗压强度和孔径等指标来评定泡沫玻璃的质量和性能。

2 实验结果与讨论

2.1 发泡剂种类及掺量对泡沫玻璃性能的影响研究

为保证泡沫玻璃的质量, 配合料坯体的软化温度应与发泡剂生成气体的温度相匹配, 由于在基础原料中引入了矿渣和粉煤灰, 从而使配合料的软化温度和发泡温度升高, 所以要选择合适的发泡剂种类。

本研究选取碳酸钙、炭黑、二氧化锰进行了对比研究, 其中基础原料中矿渣、粉煤灰和废玻璃的比例分别为30%、10%和60%。三种发泡剂掺量变化对泡沫玻璃性能的影响见表1。

试验结果表明:以碳酸钙为发泡剂, 当碳酸钙的掺量较大时, 试样中出现个别的大孔。由于玻璃体的表面张力, 使得气孔力求相互结合以减少相间界面, 所以在气孔形成过程中伴随着气孔间相互结合和气体的排出。当相邻气孔中的压力逐渐相等时, 相互结合的过程也随之减弱。逸出的气体在玻璃液相中形成气孔, 随着气孔直径的逐渐扩大, 软化状态的玻璃体积迅速增加, 当体积达到一定值时, 温度降低从而使玻璃固化, 玻璃的多孔结构保持下来。

以炭黑为发泡剂, 由于矿渣和粉煤灰的大量引入, 从而使得配合料的软化温度升高, 炭黑产生二氧化碳气体的最大量约在800℃左右, 而这时配合料还未完全软化, 发泡剂分解产生的气体将粉料吹成大孔, 致使试样异常发泡, 造成试样孔径不均匀的现象。

以二氧化锰为发泡剂的试样发泡效果好, 以封闭孔为主, 孔径在2mm~3mm之间均匀分布, 表面有光泽。随着发泡剂二氧化锰掺量的增加, 泡沫玻璃的表观密度变小, 抗压强度也随着降低。

通过以上对三种发泡剂的比较研究, 碳酸钙和炭黑的发泡效果一般, 都有个别大孔的出现, 二氧化锰的发泡效果好, 孔径均匀, 因此选用Mn O2进行研究, 掺量控制在2.5%~3.0%较好。

2.2 泡沫玻璃正交试验设计

为了简化实验, 尽快找出影响泡沫玻璃性能的主要因素, 减少重复性试验的次数, 在大量试验的基础上, 选择良好的因素水平, 对泡沫玻璃泡沫化进行正交试验设计。

2.2.1 选择因素水平

固定基础原料的配比, 高炉矿渣30%、粉煤灰10%和废玻璃60%, 以二氧化锰为发泡剂, 助熔剂氟硅酸钠为4.8%和硼砂为0.5%、稳泡剂磷酸三钠为1.1%。选择发泡剂掺量、发泡温度和发泡时间为三个影响因素, 每个因素选取3个水平, 按L9 (34) 进行泡沫玻璃的正交试验, 水平因素表见表2。

2.2.2 实验结果与分析

依据上述表2条件进行试验, 选择表观密度作为考核指标, 正交设计的直观性分析计算结果见表3。

泡沫玻璃表观密度的方差分析见表4。

注:临界值F0.10 (2, 2) =9.0, F0.05 (2, 2) =19.0

根据极差和方差分析可知, 在所选的3个因素中, 发泡剂Mn O2掺量为最主要的因素。在Mn O2掺量为2.5%时, 试样的表观密度的平均值为962kg/m3, Mn O2掺量为2.8%时, 试样的表观密度减少至926kg/m3;Mn O2掺量为3.0%时, 试样的表观密度减小至844kg/m3。这说明随着发泡剂Mn O2掺量的增加, 试样的表观密度减小, 分析其原因是:随着二氧化锰掺量的增加, 由化学反应产生的气体量也越多, 在配合料中产生的微细闭合气孔量亦越多, 泡沫玻璃的内部孔径变大, 体积增大、因此泡沫玻璃的表观密度降低。

以表观密度作为性能指标, 得到正交设计的优化方案为A3B3C3即:Mn O2掺量为3.0%, 发泡温度为960℃, 发泡时间为50min。

2.2.3 泡沫玻璃的基本技术性能指标

采用以上研究中确立的优化方案A3B3C3, 在最佳温度制度下, 制得的泡沫玻璃试样的技术性能测试结果为:表观密度为892 kg/m3, 抗压强度为10.5/MPa, 吸水率为0.25%, 导热系数为0.19w/m·k。泡沫玻璃与粘土砖相比, 具有表观密度小, 吸水率低和强度高的特点, 它是一种新型的重墙体材料可以代替粘土砖作为非承重的墙体材料使用。

3 结论

1) 采用工业废渣制备泡沫玻璃, 固定基础原料的配比:高炉矿渣30%、粉煤灰%和废玻璃60%, 通过对碳酸钙、炭黑和二氧化锰三种发泡剂的比较研究, 碳酸钙和炭黑的发泡效果一般, 都有个别大孔的出现, 二氧化锰的发泡效果好, 孔径较均匀, 因此选用Mn O2进行研究, 掺量控制在2.5%~3.0%较好;

2) 由于泡沫玻璃泡沫化过程比较复杂, 影响因素较多, 采用正交试验方法可找出各因素对材料性能的影响, 并使工艺参数得到优化, 经正交试验所得工艺参数:发泡剂Mn O2掺量为3.0%, 发泡温度为960℃, 发泡时间为50min;

3) 发泡剂Mn O2掺量对泡沫玻璃表观密度影响最显著, 发泡剂Mn O2掺量的增加, 样品的表观密度降低。经正交试验优化后制得的泡沫玻璃样品经测试, 样品孔孔径大多数在2mm~3mm之间均匀分布。

摘要：本文采用矿渣、粉煤灰和废平板玻璃为基础原料, 加入适量添加剂, 通过烧结法制备泡沫玻璃。研究了发泡剂种类及掺量对泡沫玻璃性能的影响, 并采用正交试验优化设计的试验手段对泡沫玻璃泡沫化进行了优化。试验结果表明, 采用二氧化锰为发泡剂发泡效果好, 发泡剂掺量对泡沫玻璃性能的影响较大, 经正交试验所得工艺参数:发泡剂MnO2掺量为3.0%, 发泡温度为960℃, 发泡时间为50min。优化条件下制备的泡沫玻璃性能优良, 孔径大多数在2mm3mm之间均匀分布。

关键词：泡沫玻璃,发泡剂,优化设计

参考文献

[1]田英良.制造泡沫玻璃的方法与模具[J].玻璃与搪瓷, 2002, 30 (1) :33-35.

[2]张雄, 曾珍.泡沫玻璃在工程上的应用现状[J].建筑材料学报, 2006, 9 (2) :177-182.

[3]葛伟青, 杨静.国内泡沫玻璃的研究现状及发展趋势[J].唐山学院学报, 2008, 21 (2) :66-68.

[4]方荣立, 刘敏.影响粉煤灰泡沫玻璃质量的因素研究[J].矿产综合利用, 2003 (2) :44-48.

利用铝加工废渣制备堇青石材料 篇8

铝型材厂生产的工业污泥数量大,并且含有有毒有害物质。一个大型铝型材企业,每年可产生10000多吨污泥,全国铝厂产生污泥总量预计达到几十万吨。如此之多污泥不仅严重影响铝型材厂废液的综合治理和正常生产[6,7,8],而且还造成了铝厂的二次污染,同时使得许多有用化学成分流失和浪费。因此,污泥的处理和综合利用事关重大,迫在眉睫。以铝型材厂污泥为原料合成堇青石,不仅能够利用这部分固体废物使其变废为宝,而且具有重要的环保和经济意义,应用价值极高。

1 污泥的组成及利用污泥合成堇青石的优点

铝型材厂生产的工业污泥是由铝型材表面处理时产生的大量废液经沉淀过滤所得到的,主要成分是γ-AlOOH[9]和具有无定型结构的固体物质,以及少量 Fe3+、Sn4+、 Ni2+等杂质。表1为铝型材厂工业污泥化学成分。从表1可以看到,污泥中Al2O3的含量非常高,高温下可转化为 Al2O3,因此可替代传统堇青石合成原料中的工业氧化铝等含铝天然原料。而且其粒径超细,比表面积大,表面活性很高,在高温下可促进固相反应,降低烧结温度,从而节约能源。图1为污泥原料的SEM图。

与常规合成堇青石的方法相比,利用污泥合成堇青石材料的方法具备以下优点:第一,由于污泥具有粒度细、比表面积大、表面能高、活性大的特点,可以促进固相反应,有利于堇青石的形成。利用合成堇青石研制出的耐火窑具具有优良的高温力学性能和热学性能,以及更长的使用寿命。第二,由于原料的成本低廉,具有显著的市场经济效益,由这种堇青石研制出的耐火窑具可在陶瓷企业、冶金系统以及电子工业等领域广泛应用。第三,铝型材厂污泥的大量堆放或填埋不仅给生态环境带来巨大的危害,甚至会造成地下水的污染以及浪费耕地,同时现在对污泥的处理方式也是对资源的一种浪费。因此利用铝型材厂工业污泥合成堇青石,是一项变废为宝的绿色环保项目,具有很强的市场竞争力和推广应用价值。

2 利用污泥合成堇青石的工艺过程以及影响因素

2.1 工艺过程

铝型材厂生产的工业污泥是铝材表面去污、碱洗、酸洗和阳极氧化等过程产生大量的废液经过沉淀处理后的固体废弃物,其中含有一些有机物质以及酸性物质或者碱性物质,这些物质的存在不利于堇青石的合成,因此首先要对污泥进行预烧。预烧不仅可以除去其中的有机物质以及部分杂质,还可以避免合成中脱水时发生比较大的体积变化,利于物料间充分反应使合成的堇青石性能更佳。

堇青石的合成最初是采用传统陶瓷的固相合成,在形成堇青石的同时得到烧结体。该法在当前仍是使用最广泛的方法之一。此外还有玻璃反玻化法、熔剂生成单晶法、溶胶-凝胶法、水解-沉淀法[10]。目前工业化合成堇青石材料最常用的方法是高温固相反应合成法。该方法具有生产工艺简单、生产效率高等优点,工艺流程如图2所示。

2.2 影响性能的因素

2.2.1 污泥中杂质的影响

影响堇青石性能的主要有害杂质为碱金属氧化物(Na2O+K2O,可用R2O表示)和碱土金属氧化物CaO,其次是Fe2O3[11]。碱金属氧化物(如Na2O、CaO)等既能降低溶化温度又能扩大溶化范围[12,13,14],所以R2O的含量越少越好,CaO亦然。铁含量过多会降低热膨胀系数,过少则会使烧成温度范围变窄,工艺性变差,因此为了保证低膨胀和好的烧成温度范围,必须保证一定的铁含量,一般铁含量要少于0.6%[15]。

2.2.2 污泥的预烧

铝厂污泥的主要成分是γ-AlOOH,其中部分是晶体,部分是无定型体。在不同温度下工业污泥发生以下的变化过程[16]:

undefinedundefined2O3

γ-Al2O3为非晶相,具有较高的反应活性,在较低的温度下就能与高岭土或滑石反应,从而影响高岭土与滑石之间生成堇青石的反应,导致热膨胀系数增大。因此混合使用γ-Al2O3和α-Al2O3的效果较好,将污泥在1100℃预烧后再投入使用更有利于堇青石的合成。

另外,由于污泥中含有大量的水分以及酸、碱等有机物,所以将污泥预烧不仅可以除去其中的有机物以及部分杂质,而且还避免了合成中脱水时发生比较大的体积变化,有利于物料间充分反应,使合成的堇青石性能更佳,并且对降低堇青石的热膨胀系数有利。

2.2.3 烧成工艺

目前,国外对于堇青石的合成一般采用一次烧成工艺,而国内厂家大多采用二次烧成的方法。郭海珠等认为二次烧成法有利于克服烧结温度范围窄、难于烧结的困难,也有利于降低热膨胀系数[17,18,19],但堇青石在合成后不易得到适当形貌的颗粒(如片状等),这样在成型时就很难使堇青石定向排列,也就不能充分利用堇青石c轴的负膨胀特性而降低蜂窝陶瓷的热膨胀系数。而一次烧成工艺可以在成型时形成的高岭土、滑石等片状原料定向排列的基础上,使堇青石晶粒的c轴定向排列(平行于蜂窝间壁片面),从而能够制得超低热膨胀系数的堇青石蜂窝陶瓷[17,20,21]。

烧成制度也是决定堇青石晶粒是否取向排列以及热膨胀系数高低的主要因素。适当的烧成温度和保温时间是固相反应进行完全、晶粒适当长大的必要条件,有利于降低热膨胀系数。

3 利用污泥合成堇青石的应用前景

污泥中的主要成分是γ-AlOOH和具有无定型结构的固体物质,其含铝量高且粒径超细,活性很高,在高温下可转化为γ-Al2O3和α-Al2O3,因此可作为Al2O3的主要来源合成高纯度、优质堇青石。利用污泥合成堇青石不仅可降低原料成本和这些产品对天然原料的依赖,还可节约能耗、简化工艺,具有显著的经济、环保和推广应用价值。

3.1 在陶瓷及耐火材料方面的应用

由于堇青石的低膨胀性,用它做成的匣钵比用其它材料如粘土材料做成的匣钵使用周期长,用其做成的棚板和支架材料用于隧道窑[22],能使生产周期大大加快。而轻质堇青石由于质轻、导热系数低、使用温度相对较高而被直接用在火焰面上,从而达到了高效节能的效果。也有的被用在冷热交换频率较高的热交换器上,如蒸煮或油炸的耐用热锅,煤气炉上的耐热瓷、蜂窝灶头[23]等。

3.2 作陶瓷催化剂载体

堇青石陶瓷作为催化剂载体,主要应用于汽车尾气净化方面。堇青石晶体结构具有吸附性强、热膨胀性小等特点,有利于制得低热膨胀的蜂窝载体,可使制品具有孔壁薄、升温快的特点,使催化剂迅速达到活化温度,起到良好的效果。堇青石晶体结构疏松,因此制品的体积也可做得较小,从此使占用的空间小,是今后一段时间内汽车主要使用的催化剂载体。

另外,堇青石还可以用在酶化反应的载体上。酶化反应一般要求是连续的。利用堇青石结构中的疏松特性,可使微生物吸附到它的表面,由此引起微生物的增殖,同时也可将微生物固定在载体上,使活性酶的活性保持在一定的水平,提高生产连续性。

3.3 作泡沫陶瓷

堇青石泡沫陶瓷主要用于汽车燃烧气体通道中吸收排气通道中废气放出的热量,然后再以热辐射的形式传给周围的其它热回收装置[22,23,24,25,26,27]。此外堇青石泡沫陶瓷还可以用在精密铸造行业,如在铝制品的精密铸造中用于过滤铝液中的杂质,并使铝铸件内部的结构均匀、不含杂质[28]。

3.4 作红外辐射材料

由于堇青石的晶体结构中存在平行于c轴方向六方环所围成的空隙,其大小足以容纳水分子。因此,其结构不紧密,过渡元素的氧化物可固溶在其中并引起晶格畸变从而降低晶格振动的对称性。这个结构特点决定了堇青石具有较高的红外辐射率,尤其在红外区[29]。

从近几年国内外的研究情况来看,堇青石在红外辐射方面的应用主要有:红外辐射导电陶瓷以及红外辐射涂料。

4 结语

铝型材厂排放的工业污泥不仅数量大、占用大量土地,而且造成了二次污染,使得许多有用化学成分流失和浪费[30]。合理地回收利用这部分固体废物,利用污泥作为Al2O3的主要来源,由于污泥粒径超细,活性很高,不仅可降低原料成本和这些产品对天然原料的依赖,还可降低烧结温度、节约能耗、简化工艺,具有显著的经济、环保和推广应用价值。同时也可以看到,污泥中的杂质含量比较高,而其中的碱金属以及碱土金属对于堇青石的性能具有很大的影响,所以合理除去污泥中的杂质就成为以后研究工作的重点。

废渣利用 篇9

1 钢 渣

钢渣是钢铁生产过程中产生的固体渣体,由造渣材料、炼钢原料、脱落的炉体、金属炉料带入的杂质所组成。在生产中,每生产1 t钢铁,会排出15%~20%的钢渣。我国目前炼钢厂排出的钢渣总量超过2亿t,且每年仍以2 000多万t的数量增长,堆积占地达1万多亩,这些钢渣若不综合利用,会占用越来越多的土地,污染环境,造成资源的浪费。

近年研究发现钢渣具有和水泥相似的矿物组分,在水泥中可以作为混合材或铁质校正原料及矿化剂加以利用。

1.1 钢渣作为水泥混合材的应用

水泥中的硅酸盐矿物C3S和C2S是水泥强度的主要来源。在中碱度钢渣中,石灰相大部分化合,以硅酸二钙和硅酸三钙的形式存在;在高碱度钢渣中,石灰相主要又以硅酸三钙的形式存在。钢渣出炉时的冷却速度很慢,钢渣中的硅酸二钙在缓慢冷却过程中会由介稳态的β-C2S转变为稳态的γ-C2S,在慢冷过程中介稳态的C3S也会转变成稳态。这样的冷却方式和生产水泥时快速冷却有较大差异,水泥熟料出窑时需要快速冷却,快冷的水泥熟料中C3S和C2S是介稳态的,故具有很高的水化活性,而钢渣由于冷却速度很慢故活性很低,有研究表明钢渣在水化48 h放出的总热量仅为水泥的10.5%。在传统水泥生产中,将钢渣和水泥熟料共同入磨粉磨,因钢渣难磨,水泥细度达到国家标准要求时,水泥中钢渣的粒径在70 μm左右,粒度过粗,导致钢渣活性不能很好的发挥出来。如将钢渣粉磨到比表内面积400 m2/kg以上时,钢渣的活性会大大提高,研究表明此时钢渣在水泥中的掺入量可达到30%以上。

1.2 钢渣作为生料的原料和矿化剂

如硅酸盐熟料中的C3A和C4AF两种矿物含量多,硅酸盐矿物C3S和C2S含量少时,利用钢渣中FeO含量高的特点,可以用钢渣作为铁质校正原料,一般配入量在5%~7%。另外,利用钢渣具有与水泥熟料相似矿物组成的特点,在水泥生料中掺入钢渣还可以起到晶种的作用,改善水泥熟料的易烧性,缩短熟料烧成所需时间,达到降低熟料热耗,减少CO2排放量的目的。

2 铜 渣

铜渣是铜冶炼过程中,熔融态铜渣经水淬急冷成菱角状或玻璃体粒状渣。我国的粗铜产量约为60万t,每年排出约170万t左右的铜渣。铜渣主要通过三种途径对环境造成污染:一是较大颗粒堆放占用了大量土地;二是铜渣中10 μm以下的微细粉尘造成大气污染,毒害人类和动物;三是在堆放过程中有害物质渗入土壤、流入江河,造成水污染。

铜渣中各种有用的成份大都以亚稳态的玻璃体存在,具有一定的水化活性,目前认为铜渣在水泥生产中可以作为矿化剂和混合材使用。

一是作为水泥生产的混合材。铜渣中Al2O3、SiO2、CaO三组分,都是形成水泥熟料硅酸盐矿物所需的成分。研究表明以炼铜水淬渣为主要原料,掺入少量激发剂和其它材料细磨即可制成水泥,这种水泥与其它品种水泥相比,具有收缩率小、抗冻性能好、水化热低、耐腐蚀和耐磨损好等特点,且生产工艺简单,能耗低,因此铜渣作为混合材掺入水泥中,既可以提高水泥产量,还可以降低水泥生产成本,同时铜渣中的活性组分在激发剂的作用下在水泥水化后期还会发生水化反应提供强度,故水泥的后期强度得到改善,但由于水泥中熟料量较少,水泥等级低,主要用于制备低标号混凝土及空心小型砌块等环保墙体材料,或制备抹灰砂浆。

二是作为矿化剂。铜渣含有较高的SiO2、FeO和其他微量元素,由于FeO的熔点较Fe2O3低,FeO的存在可以降低最低共熔温度,使煅烧熟料时液相提前出现,同时降低液相粘度,使离子扩散阻力降低,增加了质点扩散速度,促进C3S的形成。

3 粒化高炉矿渣

在高炉炼铁过程中,除了使用原料和燃料外,为了降低冶炼温度,还需加入适量的白云石和石灰石作熔剂,铁矿石中的土质成分及焦炭中的灰分与溶剂在高炉内分解所得的CaO、MgO发生反应形成熔融物,经水淬急冷处理形成粒状颗粒物,称为粒化高炉矿渣。

据统计,每生产1 t生铁,大约要排出300~1 000 kg的矿渣。我国钢铁厂每年矿渣排放量高达6 000万t以上,这些矿渣的排放和堆积,侵占了土地,污染了环境。

粒化高炉矿渣含有大量的玻璃体,是一种具有很高潜在活性的材料。当矿渣细度较粗时,单独与水拌和几乎没有水化反应发生,水硬性能极弱。但有石灰、水泥熟料或石膏提供氢氧化钙溶液存在时,即可与水发生强烈的水化作用,生成水化产物,产生强度。

传统的水泥生产粉磨工艺是将熟料与矿渣混合粉磨,由于矿渣的易磨性较水泥熟料差,在水泥粉磨中,熟料磨到要求细度时,矿渣颗粒仍然较粗,潜在活性难以发挥,无法提高矿渣的掺量,传统的混合粉磨生产水泥的工艺,矿渣在水泥中的掺入量一般仅为20%~40%,远未达到矿渣硅酸盐水泥国家标准中矿渣最高掺入量为70%的上限。

随着粉磨装备和技术的提高,生产中采用矿渣与熟料分别粉磨的工艺,通过采用高细超细粉磨设备,将矿渣细度磨至400 m2/kg以上的细度,使矿渣颗粒内部晶格产生缺陷,晶体结构变得不规则,由于比表面积增大,表面能增加,矿渣粉与水反应速度加快,使水泥中矿渣微粉的掺加量可达65%~70%,减少熟料的使用量,降低了水泥的生产成本。

4 粉煤灰

粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后所得的粉状灰烬。根据不完全统计,我国粉煤灰的年排放量已经达到约300 Mt,累计堆存2 000 Mt左右。

4.1 代替粘土作为原料使用

粉煤灰主要由硅铝玻璃,微晶矿物颗粒和未燃尽的残炭微粒所组成,粉煤灰的成分与粘土相似,可以部分替代粘土配料生产水泥熟料。对于较差煤质或燃烧效果差的燃烧炉所产生的粉煤灰,因有机械不完全燃烧,烧失量较高,此时可利用残余可燃物发热量,用于生料配料中,掺入量约3%~5%,可降低熟料的热耗。

4.2 作为水泥的混合材

粉煤灰是一种密实的玻璃质球,粉煤灰中玻璃体含量约50%~80%,玻璃体是粉煤灰具有活性的主要组成部分,结构比较致密且稳定。通过控制不同掺量的粉煤灰,可生产粉煤灰水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等。

5 磷石膏

磷石膏是硫酸分解磷矿萃取磷酸过程中的副产物,生产1 t磷酸,约产生5 t磷石膏。据统计,目前我国磷石膏累计堆存量已超过1亿t,每年的排放磷石膏在5 500万t左右,磷石膏不仅占用大量土地,而且容易造成大气和水等环境污染。水泥行业对磷石膏综合利用,既利于保护环境,又能节约自然资源,降低水泥生产成本,符合我国可持续发展战略要求。

磷石膏通过脱酸改性后可代替天然石膏在水泥中作为缓凝剂使用。磷石膏中由于P2O5含量高,作为水泥缓凝剂时,通常会出现水泥强度偏低、凝结时间缓慢等缺点,不能直接代替天然石膏,但经过脱酸改性处理后的磷石膏在水泥中能有效调节水泥凝结时间,且价格低、使用方便。如果改性后的磷石膏掺加量控制合理,水泥的强度还优于天然石膏。

磷石膏替代天然石膏进入建材行业,可以有效扭转天然石膏无序开采和长途运输的现状,保护生态资源,为石膏产业调整结构、增加效益提供了机遇。

6 脱硫石膏

含硫煤燃烧后产生的烟气中含有大量的SO2,用CaCO3对烟气中的SO2进行脱硫处理生成的工业副产品即为脱硫石膏。近年我国要求对火力发电企业产生的二氧化硫排放进行强化控制,近年燃煤电厂对烟气进行脱硫处理产业发展迅速,到2010年底,我国90%以上的火力发电企业采用湿法脱硫工艺处理烟气,我国每年需要处理的脱硫石膏达1 000万t以上。

我们曾对脱硫石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂进行过研究,结果表明,脱硫石膏与天然石膏相似,能正常调节水泥凝结时间,掺入2%~5%的脱硫石膏,生产的水泥凝结时间、水泥强度、安定性等指标均达到国家有关标准,且脱硫石膏掺入水泥后可以在一定程度上改善水泥的性能。脱硫石膏用作水泥缓凝剂既利用了工业废渣,变废为宝,又降低了生产成本。脱硫石膏用于水泥生产是其处理利用的有效方式和适宜途径,具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献

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[2]张毅,王小鹏.大掺量工业废石膏制备石膏基胶凝材料的性能研究[J].硅酸盐通报,2011(4):367-370.

[3]磷石膏在硅酸盐水泥生产中的应用[J].化工矿物与加工,2011(4):8.

[4]周惠群,杨晓杰.脱硫石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂的研究[J].昆明冶金高等专科学校学报,2010(1):1-4.

废渣利用 篇10

本研究采用钙化焙烧工艺代替传统钠化焙烧,使废渣富含Ca、Al、Si等元素,Na、K等高碱度元素及CI-含量低,有利于作建筑材料,此外,浸出前焙砂经球磨机磨细,再经长时间浸出,废渣粒径极小,作为掺合料,有利于与其它建筑材料形成“二级微观填充体系”,使产品的密实度增加,耐腐蚀能力增强。

本研究对废渣制作水泥进行可行性研究,其目的是将废渣彻底处理,避免产生二次污染,使废渣的处理有显著的环境效益和一定的经济效益。

1 废渣建材掺合料的可行性分析

广西省上林县石煤为风化石煤,属次生矿,一般不存在放射性污染问题,因采用钙化焙烧,废渣中氧化钙含量较高,浸出时采用NH4HCO3为浸出剂,废渣中不存在总碱度(K2O、Na2O)及总酸度等过高问题。经广西省南宁地区环保局对上林石煤废渣的放射性、废渣的毒物浸出情况进行分析,分析结果见表1、表2。

经分析石煤提钒废渣的放射性、毒物浸出液各种有害离子的浓度均在建筑材料标准以内,因此,废渣用作建筑材料的原料是完全可行。

废渣作为建材掺合料的可能性,必需考虑废渣的掺合量大小,故特对石煤废渣的放射性对掺合量的影响进行分析。据《中华有民共和国关于掺合工业废渣建筑材料产品放射性物质控制标准》(GB9196—88),产品中226 Ra、232Th、40K的放射性比活度应同时满足公式(1-1)、(1-2)。

将上林石煤废渣放射性比活度代入公式(1-1)、(1-2),得:

由公式(1-3)、(1-4)可知,即使废渣掺合量为100%,产品的放射性比活度仍在国家标准内,所以上林石煤废渣用于建筑材料掺合料从放射性上来说是可行的。

2 材料与实验

2.1 主要原料及组成

废渣取自广西上林县钒厂,熟料、硬石膏(缩短凝结时间)、水玻璃(加强碱激发和促进早强)、明矾石、磷渣取自韶关市黄岗水泥厂,钢渣取自韶关钢铁公司,主要原料化学组成见表3。

2.2 水泥的配比

根据硅酸盐水泥各组份含量的波动范围,经过计算设计出废渣水泥各组分的配比,选择具有代表性数据进行分析,水泥配比见表4。

2.3 水泥的制作

制作水泥的工艺流程见图1。

按上述配比称好的各种原料,经初步搅拌后,用球磨机磨2～3 h,将混料最大限度地均匀地混和,然后将混料投加入圆盘粉碎机内,经细磨后再经过80目、120目和180目的振动筛的筛分,把180目以上的物料又重新投加入盘磨机粉碎,使成品细度均在180目以下。

3 结果与分析

3.1 废渣水泥的强度、折度试验

将制成的废渣水泥用液压式压力试验机、电动折度仪分别测其抗压强度(强度)、抗折强度(折度),然后与标准水泥的强度、折度相比较,确定废渣水泥的强度、折度性能。水泥的强度、折度分析结果见表5。

从表5可以看出,当熟料掺量为65%和76%即配比编号为3和4时,28 d抗压强度分别为51.3MPa和43.9 MPa,抗折强度分别为7.6 MPa和6.9MPa,强度达到32.5级普通硅酸盐水泥国家标准以上。

3.2 废渣与熟料的添加量对水泥强度、折度的影响

固定水泥配料中磷渣、钢渣、矾石、石膏及粘土的量,分别改变石煤废渣及熟料的添加量,但两者总量保持不变来考察废渣及熟料添加量与水泥强度的关系。以28 d的抗压强度及抗折强度来衡量水泥强度性能。

3.2.1 废渣的添加量对水泥强度、折度的影响

石煤废渣添加量与水泥强度、折度的关系见表6和图2。

从水泥的强度分析结果可知,随石煤废渣的添加量的增加,水泥的强度、折度增加,但当超过15%开始,水泥的强度、折度下降比较快,主要是由于当石煤渣超过一定量时,水泥中钙率降低、硅率升高较多、使水泥水硬化时形成水合铝酸三钙、铝酸四钙的钙量不够,引起水泥的强度、折度下降,从图2可知,当石煤渣的添加量5%～15%范围内,水泥的强度、折度可达到32.5级普通硅酸盐水泥标准以上。

3.2.2 水泥熟料的掺入量对水泥强度、折度的影响

由于水泥熟料中CaO的含量比较大,所以此水泥水化后,生成的主要水化产物为水化硅酸三钙(CaO·2SiO2·3H2O)、水化铝酸三钙(CaO·Al2O3·6H2O),其反应式如下:

其中硅酸三钙凝结硬化较快,是水泥强度的主要贡献者。

水泥熟料掺加量与水泥强度的关系见表7、图3。

试验表明:当水泥熟料掺量在76%以下时,水泥强度随熟料掺加量增加而提高。为尽量多用钒渣,少用水泥熟料,熟料掺加量可控制在65%～76%

3.3 凝结性

凝结时间对于工程施工具有重要意义:初凝时间过短,往往来不及施工水泥已硬化;反之,如果终凝时间太长,又会妨碍工程进程。影响凝结时间的因素有很多:如矿物组成,水灰比,温度等。但在外界条件固定的情况下,主要取决于矿物组成。试验证明:钒渣水泥初凝时间在2 h20 min到3 h之间,终凝时间在6 h到9 h之间,所以该种水泥初凝时间符合普通水泥国家标准规定的初凝时间不得早于45 min,终凝时间不得迟于10 h的要求。

3.4 安定性

影响钒渣水泥安定性的因素主要是游离CaO含量,而游离CaO主要由钒渣带入,因此,该水泥的安定性主要取决于钒渣中的游离氧化钙。试验表明:当钒渣的掺合量很小时,随着钒渣的掺合量的增加,水泥的安定性越好,但当超过20%时,水泥的安定性不合格。

3.5 水泥放射性

经广东地质局检测中心测试:此种水泥放射性为20.0(总γ值),远远低于建筑材料国家标准,水泥的放射性是合格的。

4 结论

1)当废渣水泥中废渣的添加量为5%～15%,水泥熟料为6 5%～7 6%时,废渣水泥强度达3 2.5级普通硅酸盐水泥国家标准以上。