专利名称：一种利用含重金属湖泊底泥制备硅酸盐水泥的方法
技术领域：
本发明涉及一种硅酸盐水泥的制备方法，具体是一种利用含重金属湖泊底泥制备硅酸盐水泥的方法。
背景技术：
湖泊疏浚底泥中含有大量的污染物，尤其是重金属，如何安全、高效地处置湖泊疏浚底泥具有重要的意义。底泥常规处置方式主要有堆放、洼地回填、创建陆地、土地改良和海洋弃置等，这些处置方式都存在占地面积过大、土力学性质较差、成本难以控制等，特别是含重金属底泥若直接填埋极易引发二次污染。
同时，据资料显示水泥的生产需要大量的粘土资源，每生产I吨硅酸盐水泥需要消耗粘土约O. 3吨。随着我国城市建设的逐步加快，水泥的需求量不断增加，粘土配料的需求和价格也急剧上升。因此，湖泊疏浚底泥若能作为粘土的替代资源生产水泥，不仅实现了湖泊底泥废弃物的资源化再利用，而且也降低了水泥的生产成本。
当前，湖泊疏浚底泥普遍被作为固体废弃物送至垃圾填埋场，较少利用湖泊底泥生产水泥，仅见杨磊等(水泥，2000，10:10-12 )、陈楠等(黄石理工学院学报，2009， 25(5) :12-15)和张桦等(中国水泥，2012,5:59-61)有此报道，但他们的方法存在以下不足1.杨磊等(水泥，2000，10:10-12)和张桦等(中国水泥,2012,5:59-61)利用的湖泊底泥要求含水率低(33% 35%)，而一般湖泊疏浚出底泥的含水率达到60%以上，因而以上两种方法要求湖泊底泥必须脱水才能使用，增加了污泥处理成本；另外，张桦等(中国水泥， 2012,5:59-61)利用的底泥中的Al2O3含量偏低，需要添加铝质原料(粉煤灰)加以调节，增加了生产工序和操作难度。
2.陈楠等(黄石理工学院学报,2009, 25 (5) :12_15)利用的是一般湖泊底泥,对于含重金属湖泊底泥，其生产的水泥浸出液中重金属含量可能超标。发明内容
本发明的目的就是提供一种利用含重金属湖泊底泥制备硅酸盐水泥的方法，本方法用湖泊疏浚出的含重金属湿污泥替代现有生产水泥的原料粘土来制备水泥，不仅大大降低了水泥的生产成本，而且为含重金属湖泊底泥废弃物得到有效利用开辟了有益的途径， 实现了废物资源化再利用。
本发明的一种利用含重金属湖泊底泥制备硅酸盐水泥的方法，主要是利用含重金属的湖泊底泥代替粘土制备42. 5级硅酸盐水泥，其具体步骤是a.将含重金属湖泊底泥、铁粉和石灰石按1: (1 4) : (1 16)的质量比混合均匀制成生料；b.将生料放在直径5 10cm、厚度0.5 1. 2cm的模具中，在压强0. 2 50Mpa、温度10 35°C条件下进行压制，得到生料试饼；c.将生料试饼放入高温炉中，按照慢速升温、快速升温、中速升温和恒温四个过程进行控温烧制慢速升温过程温度变化范围为O 150°C，升温时间为30 60min ;快速升温过程温度变化范围为150 650°C，升温时间为30 IOOmin ;中速升温过程温度变化范围为 650 1350°C，升温时间为120 200min ;恒温过程温度维持在1350°C，保持时间为60 150min ；d.将试饼从高温炉中取出，利用风扇进行急速降温，得到熟料；e.最后将石膏和熟料按质量配比1: (10 25)混合均匀，利用球磨机研磨30 60min,即得到42. 5级娃酸盐水泥。
所述含重金属的湖泊底泥含水率达40 75%, Cu彡750mg/kg、Cd彡1. 6mg/kg、 Pd ^ 480mg/kg> Cr ^ 55mg/kg> Hg ^1. 0mg/kg> As ^ 160mg/kg 的重污染底泥。
本发明所用的湖北省黄石市磁湖、青山湖疏浚底泥，经检测，其中含有56. 7% 69. 2%Si02、10. 4% 17. 5%Α1203、4· 3% 6. l%Fe203、5. 0% 8. 2%Ca0、0. 6% 1. 7%Mg0,这与硅酸盐水泥生产所使用的粘土原料成分相近(60%〈Si02〈67%、14%〈A1203〈 18%、Mg0〈3%、 Ti02〈2%)。同时，底泥中的重金属在高温煅烧时形成矿物晶体而进入水泥熟料中，从而有效防止了重金属的迁移。因此，采用含重金属磁湖底泥代替粘土配料制备硅酸盐水泥是可行的。
本发明方法利用含重金属湖泊底泥替代粘土所生产出的42. 5级硅酸盐水泥，符合国家《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)技术标准；同时水泥浸出液中的重金属含量低于 《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085. 3-2007)限值，有效防止了重金属可能引发的二次污染。本发明利用含重金属湖泊底泥代替粘土配料生产水泥，无需进行污泥脱水处理， 水泥现有生产线不变，投入少，不仅节省了水泥生产成本，而且有效防止了含重金属湖泊底泥的二次污染，实现了废物资源化再利用。
具体实施方式
实施例1取湖北省黄石市南磁湖重金属污染底泥，含水率为56% ;经检测，底泥中Cu、Cd、Pb、Cr、 Hg、As 含量分别为 1100mg/kg、2. 2mg/kg、850mg/kg、105mg/kg、1. Omg/kg、160mg/kg,为重金属重污染底泥。首先，将铁粉、磁湖湿底泥和石灰石按质量比1: 2 13混合均匀制成生料；将生料放入直径8cm、厚度1. Ocm的模具中，在压强为IOMPa下压制成生料试饼；将生料试饼放入高温炉中，按照以下步骤进行控温烧制(T150°C，升温时间40min ;15(T650°C，升温时间60min ;65(Tl35(TC，升温时间150min ;1350°C，保持lOOmin。然后将试饼从高温炉中取出，放在耐火地砖上，用电风扇进行急速降温，得到熟料。最后，将石膏和熟料按质量比I 20混合均匀，并利用球磨机研磨50min，得到硅酸盐水泥。经物理性能测试，该水泥符合国家《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)技术标准，为合格的42. 5级硅酸盐水泥。同时， 对水泥浸出液中重金属含量进行检测，其中Cu、Cd、Pb、Cr、Hg、As含量分别为1. 341mg/L、O.0082mg/L、0. 127`mg/L、未检出、未检出、O. 065mg/L，低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085. 3-2007)限值。
实施例2取湖北省黄石市南磁湖重金属污染底泥，含水率为62% ;经检测，底泥中Cu、Cd、Pb、Cr、Hg、As 含量分别为 930mg/kg、4. 2mg/kg、790mg/kg、76mg/kg、1. Omg/kg、170mg/kg,为重金属重污染底泥。首先，将铁粉、磁湖湿底泥和石灰石按质量比1:3 10混合均匀制成生料；将生料放入直径7cm、厚度O. 8cm的模具中，在压强为30MPa下压制成生料试饼；将生料试饼放入高温炉中，按照以下步骤进行控温烧制(Tl50°C，升温时间50min ; 15(T650°C，升温时间70min ;65(Tl350°C，升温时间170min ;1350°C，保持120min。然后将试饼从高温炉中取出，放在耐火地砖上，用电风扇进行急速降温，得到熟料。最后，将石膏和熟料按质量比I 18 混合均匀，并利用球磨机研磨40min，得到硅酸盐水泥。经物理性能测试，该水泥符合国家 《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)技术标准，为合格的42. 5级硅酸盐水泥。同时，对水泥浸出液中重金属含量进行检测，其中Cu、Cd、Pb、Cr、Hg、As含量分别为1. 45mg/L、0. 0264mg/ L、O· 212mg/L、0. 017mg/L、未检出、0. 134mg/L，低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别)) (GB5085. 3-2007)限值。
实施例3取湖北省黄石市北磁湖重金属污染底泥，含水率为71% ;经检测，底泥中Cu、Cd、Pb、Cr、 Hg、As 含量分别为 860mg/kg、l. 6mg/kg、570mg/kg、224mg/kg、1. 0mg/kg、210mg/kg,为重金属重污染底泥。首先，将铁粉、磁湖湿底泥和石灰石按质量比1:1 :16混合均匀制成生料； 将生料放入直径5cm、厚度O. 5cm的模具中，在压强为O. 2MPa下压制成生料试饼；将生料试饼放入高温炉中，按照以下步骤进行控温烧制(Tl50°C，升温时间30min ;15(T650°C，升温时间30min ;65(Tl350°C，升温时间120min ;1350°C，保持60min。然后将试饼从高温炉中取出，放在耐火地砖上，用电风扇进行急速降温，得到熟料。最后，将石膏和熟料按质量比1:10混合均匀，并利用球磨机研磨30min，得到硅酸盐水泥。经物理性能测试，该水泥符合国家《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)技术标准，为合格的42. 5级硅酸盐水泥。同时， 对水泥浸出液中重金属含量进行检测，其中Cu、Cd、Pb、Cr、Hg、As含量分别为O. 63mg/L、未检出、O. 142mg/L、0. 009mg/L、未检出、O. 198mg/L，低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》 (GB5085. 3-2007)限值。
实施例4取湖北省黄石市青山湖重金属污染底泥，含水率为60% ;经检测，底泥中Cu、Cd、Pb、 Cr、Hg、As 含量分别为 750mg/kg、l. 7mg/kg、480mg/kg、55mg/kg、微、175mg/kg,为重金属重污染底泥。首先，将铁粉、磁湖湿底泥和石灰石按质量比1:4 1混合均匀制成生料；将生料放入直径10cm、厚度1. 2cm的模具中，在压强为50MPa下压制成生料试饼；将生料试饼放入高温炉中，按照以下步骤进行控温烧制(Tl50°C，升温时间60min ; 15(T650°C，升温时间IOOmin ;65(Tl350°C，升温时间200min ;1350°C，保持150min。然后将试饼从高温炉中取出，放在耐火地砖上，用电风扇进行急速降温，得到熟料。最后，将石膏和熟料按质量比1:25 混合均匀，并利用球磨机研磨60min，得到硅酸盐水泥。经物理性能测试，该水泥符合国家 《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)技术标准，为合格的42. 5级硅酸盐水泥。同时，对水泥浸出液中重金属含量进行检测， 其中Cu、Cd、Pb、Cr、Hg、As含量分别为1. 28mg/L、0. 0256mg/ L、0. 193mg/L、0. 024mg/L、未检出、0. 276mg/L，低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》 (GB5085. 3-2007)限值。
权利要求
1.一种利用含重金属湖泊底泥制备硅酸盐水泥的方法，其特征在于利用含重金属的湖泊底泥代替粘土制备42. 5级硅酸盐水泥，其具体步骤是a.将含重金属湖泊底泥、铁粉和石灰石按1: (1 4) : (I 16)的质量比混合均匀制成生料；b.将生料放在直径5 10cm、厚度O.5 1. 2cm的模具中，在压强O. 2 50Mpa、温度 10 35°C条件下进行压制，得到生料试饼；c.将生料试饼放入高温炉中，按照慢速升温、快速升温、中速升温和恒温四个过程进行控温烧制慢速升温过程温度变化范围为O 150°C，升温时间为30 60min ;快速升温过程温度变化范围为150 650°C，升温时间为30 IOOmin ;中速升温过程温度变化范围为 650 1350°C，升温时间为120 200min ;恒温过程温度维持在1350°C，保持时间为60 150min ；d.将试饼从高温炉中取出，利用风扇进行急速降温，得到熟料；e.最后将石膏和熟料按质量配比1: (10 25)混合均匀，利用球磨机研磨30 60min,即得到42. 5级娃酸盐水泥。
2.根据权利要求1所述的一种利用含重金属湖泊底泥制备硅酸盐水泥的方法，其特征在于所述含重金属的湖泊底泥含水率达40 75%，Cu≥750mg/kg、Cd≥1. 6mg/kg、 Pd ^ 480mg/kg> Cr ^ 55mg/kg> Hg ^1. 0mg/kg> As ^ 160mg/kg 的重污染底泥。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用含重金属湖泊底泥制备硅酸盐水泥的方法，其特征在于所述含重金属的湖泊底泥为湖北省黄石市磁湖、青山湖的疏浚重污染底泥，其中含有 56. 7% 69. 2%Si02、10. 4% 17. 5%Α1203、4· 3% 6. l%Fe203、5. 0% 8. 2%Ca0、0. 6% 1. 7%Mg0。
全文摘要
本发明涉及一种硅酸盐水泥的制备方法，是一种利用含重金属湖泊底泥制备硅酸盐水泥的方法；利用上述方法制备42.5级硅酸盐水泥的具体步骤是将含重金属湖泊底泥、铁粉和石灰石混合，制成生料；将生料放在模具中进行压制，得到生料试饼；将生料试饼放入高温炉中，按照慢速升温、快速升温、中速升温和恒温四个过程进行控温烧制；将试饼从高温炉中取出，利用风扇进行急速降温，得到熟料；最后将石膏和熟料混合均匀，利用球磨机研磨一定时间，即制得42.5级硅酸盐水泥；本发明利用含重金属湖泊底泥代替粘土配料生产水泥，不仅节省了水泥生产成本，而且有效防止了含重金属湖泊底泥的二次污染，实现了废物资源化再利用。
文档编号C04B7/24GK103043927SQ20131003572
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者肖文胜, 范方禄, 陶敏, 马敏, 殷斌, 张家泉, 刘婷, 白翠萍, 吕继良 申请人:湖北理工学院