專利名稱：一種染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法及免燒磚的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及染料化工行業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用染 料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法及其制備的免燒磚。
背景技術(shù)：
近年來，我國染料產(chǎn)量和出口量高速增長，染料品種超過1400個，常用品種有 700 800個，其中以分散染料、活性染料和酸性染料為主要產(chǎn)品。我國染料行業(yè)的迅猛 發(fā)展，隨之產(chǎn)生大量染料廢水，為環(huán)境保護(hù)帶來了巨大的壓力。所謂染料廢水是指用苯、甲 苯及萘等原料，經(jīng)硝化、碘化，然后進(jìn)行重氮化、偶合及硫化反應(yīng)制造染料過程中排出的廢 水，主要產(chǎn)自反應(yīng)器、過濾機(jī)及設(shè)備和地面清洗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)每噸染料約產(chǎn)生廢水50 80m3。染料廢水混凝污泥是染料廢水通過加入適量電石渣或石灰及少量聚合硫酸鐵，經(jīng)過 混凝、沉淀、濃縮、壓濾等作業(yè)得到的，其中含有大量的石膏和二氧化硅，不僅量大，而且成 分復(fù)雜，目前我國將其視為危險(xiǎn)固體廢棄物，大多以堆放或填埋方式處置，存在二次污染的 隱患，嚴(yán)重威脅土壤、地下水和地表水的安全。另外，由于土地日益緊張，適合染料廢水混凝 污泥填埋的場所越來越少，染料廢水混凝污泥的處理和處置及資源化利用等問題，成為制 約我國染料工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的大問題。水泥為粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料。加水?dāng)嚢韬蟪蓾{體，能在空氣中硬化或者在水 中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起。水泥是重要的建筑材料，用水泥制 成的砂漿或混凝土，堅(jiān)固耐久，廣泛應(yīng)用于土木建筑、水利、國防等工程。水泥按照成分及用 途不同一般分為普通水泥、特種水泥和特性水泥。特種水泥指用于某種工程的專用水泥；而 特性水泥主要是指具有某種特殊性能，應(yīng)用于特殊要求的場合的水泥，如抗硫酸鹽特性水 泥。染料廢水混凝污泥是廢水處理產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其資源化再利用是目前的發(fā)展方 向。染料廢水處理產(chǎn)生的染料廢水混凝污泥，由于有毒有害物質(zhì)含量高，不適合堆肥農(nóng)用或 園林利用。染料廢水混凝污泥用作建材的原料，如用作燒制水泥、輕質(zhì)陶粒和磚塊的原料， 近年來進(jìn)行大量研究，取得了顯著的進(jìn)展，但存在如下突出問題(1)利用染料廢水混凝污泥作為生產(chǎn)水泥的原料，需要解決污泥貯存、生料調(diào)配及 惡臭防治等問題，這給生產(chǎn)管理帶來了很大的困難；更為嚴(yán)重的是，利用染料廢水混凝污泥 生產(chǎn)水泥，如果染料廢水混凝污泥摻量超過10%，不僅水泥強(qiáng)度受到影響，而且會降低水泥 爐窯的生產(chǎn)能力，縮短爐窯耐火材料壽命，同時，爐窯煙氣處理難度增大，難以達(dá)標(biāo)排放。(2)染料廢水混凝污泥制陶粒有兩種方法，一種是把干化染料廢水混凝污泥添加 到粘土中燒制陶粒，另一種是利用染料廢水混凝污泥焚燒灰和粘土燒制陶粒。然而，制得的 陶粒筒壓強(qiáng)度低，染料廢水混凝污泥摻入量低、煙氣凈化難道大、成本高等問題難以解決。 另外，染料廢水混凝污泥先行焚燒需將污泥干化，能量消耗較高。(3)目前，污泥制磚基本上指的是制備燒結(jié)磚。污泥制磚也有兩種方法，一種是把 干化的污泥與粘土混合燒磚，另一種是將染料廢水混凝污泥焚燒灰加到粘土中燒磚，均存在染料廢水混凝污泥摻入量低、煙氣凈化難道大、成本高等問題。同樣地，若染料廢水混凝 污泥先行焚燒則需將污泥干化，能量消耗較高。染料廢水混凝污泥燒結(jié)磚受到限制，因?yàn)槿?料廢水混凝污泥燒結(jié)磚需加入大量粘土，勢必破壞大量有限的耕地資源，國家已明令禁止 生產(chǎn)實(shí)心粘土燒結(jié)磚。目前已公開的專利或發(fā)表的文獻(xiàn)，各種污泥制備免燒磚的方法與本發(fā)明不同，是 將染料廢水混凝污泥焚燒灰與水泥、粉煤灰膠凝材料混合，經(jīng)成型，養(yǎng)護(hù)得到產(chǎn)品。嚴(yán)格說 來，它們應(yīng)稱之為污泥焚燒灰制備免燒磚。同樣地，污泥先行焚燒需將污泥干化，能量消耗 較高，煙氣凈化難道大。查閱已有的文獻(xiàn)報(bào)道，采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥 膠凝材料直接固化污泥，當(dāng)污泥摻量超過30%時，抗壓強(qiáng)度小于lOMPa，不能作為建筑材料 使用?？傊?，數(shù)量龐大、有毒有害的染料廢水混凝污泥的資源化利用，直接關(guān)系到染料化 工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而目前缺乏成熟可靠、經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)染料廢水混凝污泥的穩(wěn) 定化、無害化和資源化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法及其制備的免燒磚，由該 方法制備得到的免燒磚環(huán)境友好、制造成本低，且抗壓強(qiáng)度和透水性好，實(shí)現(xiàn)廢物的循環(huán)利 用，促進(jìn)染料化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。一種染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，包括將水泥和含水率(水重量百分 比含量)為40 60%的染料廢水混凝污泥混合均勻，然后經(jīng)成型、養(yǎng)護(hù)制備得到免燒磚； 其中，所述原料的重量百分比組成為水泥20 60%染料廢水混凝污泥40 80%其余為水。染料廢水混凝污泥可以是染料廢水混凝沉淀得到的污泥，例如染料生產(chǎn)廢水加 適量電石渣或石灰及少量聚合硫酸鐵，經(jīng)過混凝、沉淀、濃縮、壓濾等作業(yè)得到的染料廢水 混凝污泥，其中石膏的重量百分比含量為15 40%，二氧化硅的重量百分比含量為5 40%。。本發(fā)明的原理為染料混凝污泥與水泥混合，水泥熟料中的礦物硅酸三鈣、硅酸二 鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等發(fā)生水化反應(yīng)生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵 酸鈣和鈣礬石(CaO. Al2O3. 3CaS04. 32H20)等化合物，這些水化產(chǎn)物通過各種物理化學(xué)作用 與污泥顆粒膠結(jié)在一起，形成抗壓強(qiáng)度很高的污泥免燒磚，主要化學(xué)反應(yīng)過程如下所示2 (3Ca0. SiO2) +6H20 — 3Ca0. 2Si02. 3H20+3Ca (OH) 22 (2Ca0. SiO2) +4H20 — 3Ca0. 2Si02. 3H20+Ca (OH) 23Ca0. A1203+6H20 — 3Ca0. Al2O3- 6H204CaO. Al2O3- Fe203+7H20 — 3Ca0. Al2O3- 6H20+Ca0. Fe2O3. H2O
CaO. A1203+10H20 — CaO. Al2O3- IOH2O12Ca0. 7A1203+51H20 — 6 (2Ca0. Al2O3- 8H20) +2A1 (OH) 32Ca0. Al2O3+! IH2O — 2Ca0. Al2O3- 8H20+2A1 (OH) 3
12Ca0. 7Al203+12CaS04. H20+113H20 — 4 (CaO. Al2O3. 3CaS04. 32H20) +6A1 (OH) 33CaO. Al203+3CaS04. H20+32H20 — 4 (CaO. Al2O3- 3CaS04. 32H20) +4A1 (OH) 32Si02+3Ca (OH) 2 — 3CaO. 2Si02. 3H20實(shí)際制備過程中，一般選用染料廢水混凝污泥與水泥的重量比為1 0.5 1.5， 水灰比為0. 4 0. 6，以最終制得的免燒磚的體積計(jì)水泥用量為200 500kg/m3。水泥在 水化過程中的孔隙率取決于水灰比，混凝土材料的強(qiáng)度隨水灰比的降低而提高，所以水灰 比不能太高；但是，水灰比亦不可太低，太低則水泥得不到充分的水化同樣也會影響混凝土 材料的強(qiáng)度，即影響最終免燒磚的強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)際建筑需要，在制備免燒磚混合過程中可以加入各種顏色的調(diào)色劑，以滿 足不同場合的需要。上述成型過程一般為將混合均勻的混合料注入模型中振實(shí)，然后在空氣中靜置 2 24小時脫模，可根據(jù)實(shí)際需要確定模型的尺寸和大小。為了獲得質(zhì)量良好的地磚，成型后需在適宜的環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)的目的是為 了保證水泥水化過程能正常進(jìn)行，水泥水化只能在為水填充的毛細(xì)管內(nèi)發(fā)生，因此，必須創(chuàng) 造條件防止水分由毛細(xì)管中蒸發(fā)失去，而且，在水泥水化過程中產(chǎn)生的水泥凝膠具有很大 的比表面積，大量自由水變?yōu)楸砻嫖剿?。這時，如果不讓水分進(jìn)入水泥石，則供水化反應(yīng) 的水就會越來越少，在某些情況下會出現(xiàn)自干現(xiàn)象，使水泥水化不能繼續(xù)進(jìn)行。因此，在養(yǎng) 護(hù)期內(nèi)必須保持混凝土的飽水狀態(tài)，或者接近于這個狀態(tài)。只有在飽水狀態(tài)下，水泥水化速 度才是最大的?；炷敛牧虾椭車諝獾臏夭?，也會影響水泥的水化過程，周圍環(huán)境溫度太 低不利于水泥的水化。為使得混凝土免燒磚中水泥充分的水化，本發(fā)明選用兩段養(yǎng)護(hù)過程， 第一段為水中養(yǎng)護(hù)，一般養(yǎng)護(hù)時間為3 7天，養(yǎng)護(hù)溫度為常溫(一般指25°C左右)，第二 段為空氣養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間沒有嚴(yán)格限制；水中養(yǎng)護(hù)避免了水泥水化過程中發(fā)生自干現(xiàn)象。常 溫條件下水中養(yǎng)護(hù)與空氣養(yǎng)護(hù)相結(jié)合，有效避免了污泥免燒磚體積膨脹、收縮、裂縫等劣化 現(xiàn)象，制備得到的免燒磚透水性好。水泥一般選用抗硫酸鹽特性水泥或石膏重量百分比含量低于1. 5%的特種硅酸鹽 水泥，以保證污泥免燒透水地磚的強(qiáng)度和耐久性滿足使用要求。根據(jù)實(shí)際建筑需要，可以對養(yǎng)護(hù)完成的免燒磚經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，制備出表?光滑或有特殊裝飾效果的免燒磚。制備得到免燒磚可直接用于人行道地面或其他建筑場合 使用。本發(fā)明取得的有益效果體現(xiàn)在(1)本發(fā)明以市售廉價水泥作為膠凝材料，有效利用了染料廢水混凝污泥中的類 似粘土礦物的無機(jī)成分及石膏，并以污泥中某些有機(jī)物作水泥的減水劑及增強(qiáng)劑，通過混 合攪拌、成型、脫模、養(yǎng)護(hù)工藝流程生產(chǎn)強(qiáng)度高、耐久性好、耐磨性符合使用要求的污泥免燒 透水地磚，這種地磚適合在人行道鋪設(shè)，也可用于其它工程設(shè)施；(2)水泥配比及水泥品種的選擇，使之與污泥性質(zhì)匹配，以便在污泥免燒透水地磚 的使用性能滿足要求的情況下，提高經(jīng)濟(jì)效益，防止二次污染；且污泥消納量大，不需高溫 處理，避免二次污染，大幅度降低了污泥資源化成本，節(jié)省污泥填埋處置費(fèi)用或污泥燃燒處
理費(fèi)用；(3)本發(fā)明制備免燒磚的過程通過控制水泥水化過程，使水泥與污泥混合漿體的各種參數(shù)滿足制造污泥免燒透水地磚的要求；(4)由本發(fā)明提供的方法制備得到的免燒磚，抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到39MPa以上，高于 MU30要求(普通建筑磚的最高強(qiáng)度等級)，也高于我國建材協(xié)會2005年制定的現(xiàn)在仍在執(zhí) 行的滲水路面磚的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JC/T945-2005)。


圖1為本發(fā)明制備免燒磚的制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1選擇染料廢水2000g，加入16g石灰中和至pH = 4 5，然后加入6g聚合硫酸鐵， 經(jīng)過混凝、沉淀、濃縮、壓濾等作業(yè)得到的含水量為60% (重量百分比)的染料廢水混凝污 泥，其中有機(jī)物含量7.5%，硫酸鹽總量為27. 99%，主要為石膏，其它硫酸鹽，如不同結(jié)晶 水的硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鐵、硫酸鋁，含量很少，這些物質(zhì)對水泥水化及混凝土制品的耐久 性不會產(chǎn)生很大影響，其主要干基化學(xué)成分如表1所示。表1實(shí)施例1的染料廢水混凝污泥中主要干基化學(xué)成分
權(quán)利要求
一種染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，包括將水泥和含水重量百分比為40～60％的染料廢水混凝污泥混合均勻，然后經(jīng)成型，養(yǎng)護(hù)制備得到免燒磚；其中，所述原料的重量百分比組成為水泥20～60％染料廢水混凝污泥40～80％余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，其特征在于，所述的 染料廢水混凝污泥與水泥的重量比為1 0.5 1.5;水灰比為0.4 0.6，以最終制得的 免燒磚的體積計(jì)水泥用量為200 500kg/m3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，其特征在于，所述的 染料廢水混凝污泥中石膏的重量百分比含量為15 40%，二氧化硅的重量百分比含量為 5 40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，其特征在于，所述的 成型時間為2 24小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，其特征在于，所述的 養(yǎng)護(hù)過程為兩段養(yǎng)護(hù)過程，第一段為水中養(yǎng)護(hù)，第二段為空氣養(yǎng)護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，其特征在于，所述的 水中養(yǎng)護(hù)時間為3 7天，水中養(yǎng)護(hù)溫度為常溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，其特征在于，所述的 水泥為抗硫酸鹽特性水泥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，其特征在于，所述的 水泥為石膏重量百分比含量在1. 5%以下的特種硅酸鹽水泥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，其特征在于，所述的 免燒磚經(jīng)過表面處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9任一權(quán)利要求所述的染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法制 備得到的免燒磚。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法，包括將水泥和含水重量百分比為40～60％的染料廢水混凝污泥混合均勻，然后經(jīng)成型、養(yǎng)護(hù)制備得到免燒磚；其中，所述原料的重量百分比組成為水泥20～60％，染料廢水混凝污泥40～80％，其余為水。按照上述制備方法制備得到的免燒磚具有抗壓強(qiáng)度高，耐久性好，不產(chǎn)生二次污染，透水速度快的優(yōu)點(diǎn)，并且生產(chǎn)工序簡單，所需設(shè)備少，投資少，易于工業(yè)實(shí)施和生產(chǎn)操作，可大量消納染料廢水混凝污泥，既有顯著的環(huán)境效益，又有很好的經(jīng)濟(jì)效益，為染料化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。
文檔編號C04B18/30GK101941820SQ20101025116
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者傅偉松, 徐萬福, 薛罡, 謝學(xué)報(bào), 陳華祥, 陳泉源, 黃璐 申請人:浙江迪邦化工有限公司;東華大學(xué)