一种淤泥蒸压砖及其制备方法与流程 专利技术说明

无机化学及其化合物制造及其合成,应用技术1.本发明属于固废处置技术领域，涉及一种淤泥蒸压砖，特别涉及一种淤泥蒸压砖及其制备方法。背景技术：2.随着城镇化进程的快速推进，在城市建设开挖过程中会产生大量的建筑渣土和泥浆，河道清淤也会产生大量的河道淤泥，另外，沿海城市还会产生大量海淤泥。由于这些淤泥含水率较高，含杂质量多，处理难度大，目前大部分淤泥通过填海处理或空地堆置，这些处置方式往往会对社会环境产生不利影响。3.现阶段淤泥的资源化利用主要是制备烧结砖和静压砖，烧结砖在制备过程中能耗大，并且会产生大量废气，影响生态环境；制备静压砖的淤泥处置量较少，且当淤泥掺入量达到50％后，会严重影响静压砖力学性能及抗冻性能，导致产品质量不合格。4.因此，亟需一种能够利用淤泥制备新型蒸压砖的方法，以解决上述问题。技术实现要素：5.本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，并提供一种淤泥蒸压砖及其制备方法。本发明能克服现有淤泥利用少的难点，且能够大量协同利用各类工业固废，制备具有寿命长、强度高、性能稳定的蒸压砖产品，并可实现产品的产业化生产。6.本发明所采用的具体技术方案如下：7.第一方面，本发明提供了一种淤泥蒸压砖，通过以下重量份计的原料制得：8.淤泥50～80份，石灰0～10份，高炉渣5～15份，碱渣0～5份，石粉0～20份，电炉渣10～20份，脱硫石膏2～5份，硅灰1～5份，粉煤灰0～10份，水泥3～8份，聚羧酸减水剂0.5～0.01份，碱激发剂0.1～0.01份，水8～12份。9.作为优选，所述石粉的粒径为0.075mm以下。10.作为优选，所述电炉渣的粒径为4.75mm以下。11.第二方面，本发明提供了一种淤泥蒸压砖的制备方法，具体如下：12.s1：将淤泥、石粉、粉煤灰、高炉渣、碱渣和脱硫石膏进行预处理；13.s2：将石灰0～10份、电炉渣10～20份、硅灰1～5份、水泥3～8份、聚羧酸减水剂0.5～0.01份、碱激发剂0.1～0.01份、水8～12份以及经预处理后的石粉0～20份、粉煤灰0～10份、脱硫石膏2～5份、淤泥50～80份、高炉渣5～15份和碱渣0～5份混合搅拌均匀，得到混合料；14.s3：将所述混合料放入模具中，用静压机压制成型；15.s4：将压制成型的砖块放入蒸压养护设备中进行静停养护；16.s5：将静停养护后的砖块置于蒸压釜中，在高温高压下进行水热反应，得到淤泥蒸压砖。17.作为优选，所述步骤s1中，淤泥通过压滤脱水和自然干燥后使含水率在20％以内，淤泥、石粉、粉煤灰、高炉渣、碱渣和脱硫石膏分别通过球磨预处理使粒径均小于0.075mm。18.作为优选，所述步骤s2中，将聚羧酸减水剂与水混合均匀后得到混合液；将石粉、电炉渣、硅灰、粉煤灰、水泥、碱激发剂、石灰、脱硫石膏、淤泥、高炉渣和碱渣混合搅拌5～15分钟，随后加入所述混合液，继续混合搅拌3～5分钟，搅拌速率在300r/min以上，得到混合料。19.作为优选，所述步骤s3中，压制成型时的压力控制在10～20mpa之间。20.作为优选，所述步骤s4中，静停养护是将砖块在温度30～50℃、湿度50％rh～70％rh的环境中静停1～3天。21.作为优选，所述步骤s5中，水热反应的温度为160～220℃，压力为0.8～1.4mpa，时间为3～6小时。22.作为优选，所述步骤s5中，将静停养护后的砖块置于蒸压炉中，令蒸压炉阶梯性升温至水热反应温度，具体如下：从常温逐渐升温至50℃，升温时间为10～30分钟；从50℃逐渐升温至100℃，升温时间为30～120分钟；从100℃逐渐升温至150℃，升温时间为60～180分钟；从150℃逐渐升温至水热反应温度，升温时间为30～90分钟。23.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：24.1.本发明固废利用率高，大部分原材料为各类建筑和工业固废，固废利用率可达到95％以上，避免大量固废堆积造成环境污染。25.2.本发明产品性能稳定，经过蒸养后，抗压强度达到35mpa，软化系数为1.0，干燥收缩率为0.03％，冻融循环后强度损失率为10％，均高于一般淤泥静压砖。26.3.本发明中通过静停工艺，能够有效提升产品稳定性，不容易出现开裂现象，产品稳定性能可达到99％以上。27.4.本发明将各类建筑固废和工业固废系统研究，并进行协同利用，提升资源化利用水平，也解决了碱渣、电炉渣等无法利用的难点。28.5.本发明通过蒸压养护工艺，可有效固化电炉渣中的重金属，降低重金属污染。具体实施方式29.下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。30.本发明中，若非特质，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。31.本发明提供的淤泥蒸压砖主要由以下重量份计的原料制得：淤泥50～80份，石灰0～10份，高炉渣5～15份，碱渣0～5份，粒径在0.075mm以下的石粉0～20份，粒径在4.75mm以下的电炉渣10～20份，脱硫石膏2～5份，硅灰1～5份，粉煤灰0～10份，水泥3～8份，聚羧酸减水剂0.5～0.01份，碱激发剂0.1～0.01份，水8～12份。32.其中，石粉、硅灰、粉煤灰的添加，是为保证制备过程中水热反应时活性硅的含量充足；石灰的添加，是为保证制备过程中水热反应时有效钙含量充足；电炉渣的添加是作为蒸压砖骨料结构，保证蒸压砖具有较高的强度；脱硫石膏的添加，是为了降低反应产生热量速度，保证蒸压砖的稳定性；碱激发剂的添加，是为保证制备过程中更好地激发硅钙水热反应；高炉渣、碱渣的添加，是为了提供反应所需钙含量；水泥作为胶凝剂，保证在前期具有一定早期强度；聚羧酸减水剂的添加，是具有减水效果，也具有提升产品强度的作用。33.上述淤泥蒸压砖的制备方法，具体如下：34.s1原料预处理：35.①将打捞淤泥进行脱水晾干。36.优选通过压滤脱水和自然干燥操作使淤泥的含水率在20％以内。37.②将淤泥、石粉、粉煤灰、高炉渣、碱渣和脱硫石膏分别进行球磨预处理。38.通过对上述原料的球磨，使90％的原料颗粒粒径小于0.075mm，通过球磨提高原材料中硅和钙的活性，保证硅钙在一定条件下发生水热反应。39.s2混合料的制备：40.将所有原材料进行混合搅拌，得到混合料。该步骤优选采用下述方式：41.将聚羧酸减水剂与水混合均匀后得到混合液；将石粉、电炉渣、硅灰、粉煤灰、水泥、碱激发剂、石灰、脱硫石膏、淤泥、高炉渣和碱渣混合搅拌5～15分钟，随后加入所述混合液，继续混合搅拌3～5分钟，搅拌速率在300r/min以上，得到混合料。42.在上述两个步骤中，淤泥通过球磨(步骤s1)和碱激发(即步骤s2中与碱激发剂混合)等手段，提升了原料中有效硅含量，以预处理后淤泥部分或全部替代粉煤灰、细砂等在后续过程中与石灰发生水热固化反应。43.同样的，在上述两个步骤中，高炉渣和碱渣通过球磨(步骤s1)和碱激发(即步骤s2中与碱激发剂混合)等手段，提升了原料中有效钙含量，以预处理后的固废部分或全部替代石灰进行水热固化反应。44.为了保证后续通过水热反应能够生成托勃莫来石，混合料中钙硅比尽量保证在0.5～0.8之间，钙硅比优选为0.75。当钙硅比在0.75时，蒸压砖抗压强度达到35mpa，软化系数为1.0，此时得到的砖体质量最好。45.s3压制成型：46.将搅拌完成后的混合料放入模具中，用静压机进行压制成型。47.压制成型时的压力优选控制在10～20mpa之间，这是因为，成型压力太低则密实度不够、影响力学性能，压力太高产品脱模困难、易开裂。48.s4静停养护：49.将压制成型的砖块放入蒸压养护设备中，在一定温度和湿度下进行静停养护。50.静停养护优选将砖块在温度30～50℃、湿度50％rh～70％rh的环境中静停1～3天。51.采用上述温度和湿度的原因是因为，在上述温度和湿度条件下，游离态的水分布在砖块内部，通过时间的推移，游离态的水可在砖块内部毛细孔内由潮湿处向干燥处流动，最终游离态的水均匀地分布在砖块中的毛细孔内，保证了毛细孔的连贯性及稳定性。静停养护还可以在一定时间内，通过分子间的作用力，使微小颗粒与水膜等充分粘结在一起，提升强度。52.采用上述静停时间是为了使游离态的水稳定分布在砖块内微孔结构中，在后续蒸养条件下能使游离态的水以水蒸气的方式，均匀蒸发，保证砖块内部结构的稳定性。53.s5蒸压养护：54.静停养护后，将砖块放置于蒸压炉中，高温高压下进行水热反应，以得到淤泥蒸压砖。55.具体的，将静停养护后的砖块置于蒸压炉中，令蒸压炉阶梯性升温至水热反应温度，具体如下：从常温逐渐升温至50℃，升温时间为10～30分钟；从50℃逐渐升温至100℃，升温时间为30～120分钟；从100℃逐渐升温至150℃，升温时间为60～180分钟；从150℃逐渐升温至水热反应温度，升温时间为30～90分钟。水热反应的温度为160～220℃，压力为0.8～1.4mpa，时间为3～6小时。56.本发明中，优选采用氧化硅含量达到50％以上的淤泥，高炉渣和碱渣优选采用含有40％以上钙含量的。在该基础上，通过对几种固废预处理后，添加水玻璃、氢氧化钠等碱激发剂，能够提升反应中有效硅和有效钙含量，相互之间通过水热反应生成托勃莫来石，提升产品性能。57.下面将通过实施例和对比例来进一步说明本发明方法所得砖体的效果。58.实施例159.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法具体如下：60.s1、原材料预处理61.s11、将压滤脱水后的淤泥含水率降到40％以下，再经过自然翻晒将含水率降到20％以下，然后将淤泥放入球磨机中球磨，用0.075mm方孔筛筛分，取0.075mm以下淤泥备用；62.s12、将高炉渣放入球磨机中球磨，取球磨后粒径小于0.075mm的颗粒备用；63.s13、将脱硫石膏放入球磨机中球磨，取球磨后粒径小于0.075mm的颗粒备用；64.s14、将碱渣干燥后放入球磨机中球磨，取球磨后粒径小于0.075mm的颗粒备用；65.s15、将石粉干燥后放入球磨机中球磨，取球磨后粒径小于0.075mm的颗粒备用；66.s16、将粉煤灰干燥后放入球磨机中球磨，取球磨后粒径小于0.075mm的颗粒备用。s2、混合料制备67.s21、称取淤泥65份，硅灰2份，粉煤灰3份，石粉2份，高炉渣5份，碱渣3份，电炉渣10份，脱硫石膏2份，石灰5份，水泥3份，碱激发剂0.005份，放入搅拌机中搅拌10分钟，使所有原料混合均匀，形成预备混合料；68.s22、称取聚羧酸减水剂0.01份，水10份，将聚羧酸减水剂和水混合均匀，得到混合液；69.s23、将上述混合液倒入上述预备混合料中，搅拌机快速搅拌5分钟，搅拌速率在350r/min，得到混合料。70.s3、压制成型71.将搅拌均匀的混合料倒入模具中，采用静压成型方式，控制压力20mpa，保压时间30秒，压制成试块。72.s4、静停养护73.将压制成型后试块放入养护室，养护温度40±2℃，湿度6％rh 0±5％rh中，养护24小时。74.s5、蒸压养护75.将静停养护后的试块放入蒸养炉中，30分钟内从常温下升至50℃，90分钟内将温度上升至100℃，120分钟内将温度上升至150℃，60分钟内将温度上升至180℃；随后在180℃、压力1.0mpa下蒸压养护4小时后，形成淤泥蒸压砖。76.通过表征后发现，本实施例制得的产品密度1800kg/m3，抗压强度25mpa，软化系数1.00，抗冻性强度损失12％，干燥收缩率0.03％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。77.实施例278.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于淤泥量为80份，石粉0份，粉煤灰0份。79.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1600kg/m3，抗压强度15mpa，软化系数0.88，抗冻强度损失18％，干燥收缩率0.05％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。80.实施例381.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于淤泥55份，电炉渣20份。82.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1850kg/m3，抗压强度35mpa，软化系数1.20，抗冻性强度损失8％，干燥收缩率0.02％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。83.实施例484.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于淤泥50份，石粉15份。85.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1850kg/m3，抗压强度30mpa，软化系数1.10，抗冻强度损失8％，干燥收缩率0.03％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。86.实施例587.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于石粉0份，高炉渣7份，碱渣5份，脱硫石膏3份。88.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1800kg/m3，抗压强度18mpa，软化系数0.95，抗冻性强度损失13％，干燥收缩率0.04％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。89.实施例690.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于高炉渣13份，碱渣0份，石灰0份。91.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1800kg/m3，抗压强度20mpa，软化系数0.09，抗冻性强度损失14％，干燥收缩率0.05％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。92.实施例793.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于碱激发剂0.01份。94.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1800kg/m3，抗压强度28mpa，软化系数1.00，抗冻性强度损失11％，干燥收缩率0.03％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。95.实施例896.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于淤泥颗粒粒径在4.75mm以下。97.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1800kg/m3，抗压强度10mpa，软化系数0.075，抗冻性强度损失27％，干燥收缩率0.08％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。98.实施例999.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于成型压力为10mpa。100.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1700kg/m3，抗压强度13mpa，软化系数0.088，抗冻性强度损失16％，干燥收缩率0.06％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。101.实施例10102.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于未经静停养护，直接蒸压养护。103.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1800kg/m3，抗压强度23mpa，软化系数1.00，抗冻性强度损失12％，干燥收缩率0.03％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求，产品稳定性较差，会有15％试块出现开裂现象。104.实施例11105.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于蒸压养护最高温度220℃，压力1.2mpa。106.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1800kg/m3，抗压强度32mpa，软化系数1.10，抗冻性强度损失10％，干燥收缩率0.03％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。107.实施例12108.本实施例制备了一种淤泥蒸压砖，制备方法同实施例1，不同之处在于蒸压养护最高温度160℃，压力0.8mpa。109.通过表征后发现，本实施例制得产品密度1800kg/m3，抗压强度24mpa，软化系数1.00，抗冻性强度损失10％，干燥收缩率0.03％，浸出毒性满足铅≤2mg/l、镉≤0.1mg/l、汞≤0.02mg/l、砷≤0.5mg/l、镍≤0.5mg/l、铜≤10mg/l、锌≤10mg/l、铬≤1.5mg/l要求。110.通过上述实施例的结果可以得到如下结论：111.在实施例1-4中可对比看出，淤泥添加量越多，产品抗压强度、软化系数、抗冻性等均会降低；112.实施例1、实施例3和实施例4中可对比可看出，在淤泥含量55份时，抗压强度可达到35mpa，强度已远高于一般混凝土砖；113.实施例1和实施例7对比可看出，碱激发剂量增加会使产品各项性能有所提升，但加入过多后经济性较低；114.实施例1和实施例8对比可看出，当淤泥颗粒未经粉磨，产品各项性能明显降低，这是由于原材料中有效硅含量减少，使水热反应减少；115.实施例1和实施例9对比可看出，当成型压力减少时，产品的各项性能也降低，这是由于成型压力的减少导致产品内部空隙不够致密；116.实施例1和实施例10对比可看出，未经静停养护的产品，稳定性会降低，在一定温度40±2℃，湿度60±5％rh的条件下养护，可保证产品有较高的稳定性；117.实施例1和实施例11对比可看出，在蒸养压力和温度提升时，产品性能会提升，但同时能耗也会增加。118.由此可见，本发明(1)固废利用率大，淤泥砖中固废含量可达到95％以上；(2)反应相对烧结砖消耗能量少，不会排放对环境有影响的气体；(3)力学性能优异，产品稳定性强。119.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。









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