權(quán)利要求

1.利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1)將重金屬污染疏浚底泥晾曬至含水率小于1％，破碎后球磨過1.25mm篩，制成重金屬污染疏浚底泥干粉； (2)將重金屬污染疏浚底泥干粉、水泥、堿性物料、骨料、廢棄磷石膏按照一定的配比進行混合； (3)將步驟(2)中的混合料加入適當比例的溫水，混合攪拌形成流動性料漿； (4)將步驟(3)中混合料漿加入一定比例的加氣劑，用電動攪拌機快速攪拌45s～60s,電動攪拌機的轉(zhuǎn)速設(shè)定為500r/min； (5)將步驟(4)中攪拌后的混合料漿倒入模具內(nèi)，放置在設(shè)定溫度的烘箱內(nèi)靜停養(yǎng)護一定時間，使料漿靜養(yǎng)成型，并脫模、切割經(jīng)加氣發(fā)泡后高出模具的砌塊部分； (6)將步驟(5)中所得的砌塊放置于蒸壓釜在一定蒸養(yǎng)參數(shù)下進行養(yǎng)護，蒸養(yǎng)結(jié)束后放置于自然條件下養(yǎng)護7天。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法，其特征在于在所述步驟(2)中，堿性物料為氧化鎂、氧化鈣、碳酸鈉中的一種或多種，骨料為粉煤灰、中粗砂、石粉中的一種或多種。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法，其特征在于在所述步驟(2)中，不同材料的質(zhì)量占比為：重金屬污染疏浚底泥干粉25％～50％，水泥15％～25％，堿性物料25％～35％，骨料8％～20％，廢棄磷石膏1％～10％。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法，其特征在于在所述步驟(3)中，添加水的溫度為45℃～55℃，添加水的質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的55％～65％。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法，其特征在于在所述步驟(4)中，加氣劑為鋁粉、松脂酸鈉、雙氧水中的一種或多種，加氣劑添加質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的0.04％～0.1％。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法，其特征在于在所述步驟(5)中，烘箱內(nèi)設(shè)定溫度為45℃～70℃，保溫時間為1h～3h。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法，其特征在于在所述步驟(6)中，蒸養(yǎng)參數(shù)為溫度150℃～220℃，壓力1.5MPa～2.5MPa，時間為2h～8h。 8.蒸壓加氣塊，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述方法制備得到。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種固廢綜合利用技術(shù)領(lǐng)域的蒸壓加氣混凝土砌塊(簡稱：蒸壓加氣塊)制備方法，特別是一種利用廢棄磷石膏和重金屬污染疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法及其產(chǎn)品。

背景技術(shù)

我國水域面積廣闊，每年由疏浚工程而產(chǎn)生的疏浚泥漿量通常以億m 3計算。近年來，隨著全面治理河湖底泥內(nèi)源污染行動的持續(xù)推進，我國環(huán)保疏浚工程數(shù)量保持較快的增長。各地近期相繼出臺相關(guān)河湖生態(tài)環(huán)保治理政策，均要求進一步開展河湖清淤及綜合治理工作，因此未來生態(tài)清淤疏浚底泥量將進一步增大。在人類活動干預(yù)較多的受污染水域內(nèi)，疏浚底泥中的固體顆粒往往含有一定量的Zn、Pb、Cd、Cr等重金屬污染物，因此不恰當?shù)氖杩５啄嗵幹每赡軙斐芍亟饘傥廴疚飻U散、轉(zhuǎn)移的風險。

廢棄磷石膏作為磷肥工業(yè)生產(chǎn)過程中的的副產(chǎn)物，占用大量土地堆存，在自然環(huán)境中的風雨侵蝕對周邊水生態(tài)、土壤生態(tài)造成不可逆轉(zhuǎn)的嚴重污染。磷石膏可以作為土壤穩(wěn)定劑和建筑材料原料增加建材成品強度，同時磷石膏也可搭配膠凝材料起到固化穩(wěn)定化重金屬的作用。將廢棄磷石膏結(jié)合重金屬污染疏浚底泥制備蒸壓加氣塊輕質(zhì)綠色建材，不僅可以實現(xiàn)廢棄物的資源化和高值化利用，同時可以將原材料中重金屬的固化穩(wěn)定化，實現(xiàn)有害原料的無害化安全處置的目的，具有重要的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中還沒有利用廢棄磷石膏和重金屬污染疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對重金屬污染疏浚底泥和廢棄磷石膏難處置、環(huán)境污染嚴重的難題，提出了一種利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法及產(chǎn)品，實現(xiàn)雙重資源化利用，同時實現(xiàn)無害化處理與處置。制備的蒸壓加氣塊成品強度和密度均滿足GB 11968-2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》中A3.5 B06標準，污染底泥中五種重金屬(Zn、Pb、Cd、Cr、Cu)固化率均大于98％。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法，包括以下步驟：

(1)將重金屬污染疏浚底泥晾曬至含水率小于1％，破碎后球磨過1.25mm篩，制成重金屬污染疏浚底泥干粉；

(2)將重金屬污染疏浚底泥干粉、水泥、堿性物料、骨料、廢棄磷石膏按照一定的配比進行混合；

(3)將步驟(2)中的混合料加入適當比例的溫水，混合攪拌形成流動性料漿；

(4)將步驟(3)中混合料漿加入一定比例的加氣劑，用電動攪拌機快速攪拌45s～60s，電動攪拌機的轉(zhuǎn)速設(shè)定為500r/min；

(5)將步驟(4)中攪拌后的混合料漿倒入模具內(nèi)，放置在設(shè)定溫度的烘箱內(nèi)靜停養(yǎng)護一定時間，使料漿靜養(yǎng)成型，并脫模、切割經(jīng)加氣發(fā)泡后高出模具的砌塊部分；

(6)將步驟(5)中所得的砌塊放置于蒸壓釜在一定蒸養(yǎng)參數(shù)下進行養(yǎng)護，蒸養(yǎng)結(jié)束后放置于自然條件下養(yǎng)護7天。

進一步地，在上述步驟(2)中，堿性物料為氧化鎂、氧化鈣、碳酸鈉中的一種或多種，骨料為粉煤灰、中粗砂、石粉中的一種或多種。

進一步地，在上述步驟(2)中，不同材料的質(zhì)量占比為：重金屬污染疏浚底泥干粉25％～50％，水泥15％～25％，堿性物料25％～35％，骨料8％～20％，廢棄磷石膏1％～10％。

進一步地，在上述步驟(3)中，添加水的溫度為45℃～55℃，添加水的質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的55％～65％。污染疏浚底泥干粉、水泥、堿性物料、骨料、加氣劑遇水融合后發(fā)生快速的水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣C-S-H產(chǎn)物、水化鋁酸鈣C-A-H產(chǎn)物，料漿凝固并形成一定的強度。

進一步地，在上述步驟(4)中，加氣劑為鋁粉、松脂酸鈉、雙氧水中的一種或多種，加氣劑添加質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的0.04％～0.1％。在此過程中，加氣劑在體系中發(fā)生反應(yīng)生成大量的氣泡，隨著氣泡的逸出使料漿膨脹，形成的砌塊密度大大降低。

進一步地，在上述步驟(5)中，烘箱內(nèi)設(shè)定溫度為45℃～70℃，保溫時間為1h～3h。

進一步地，在上述步驟(6)中，蒸養(yǎng)參數(shù)為溫度150℃～220℃，壓力1.5MPa～2.5MPa，時間為2h～8h。蒸養(yǎng)過程在設(shè)定條件下通過創(chuàng)造高溫、高濕環(huán)境，加速混合料中鈣質(zhì)成分和硅質(zhì)成分發(fā)生水化反應(yīng)，快速提高砌塊的抗壓強度。

本發(fā)明還提供一種蒸壓加氣塊，根據(jù)上述任一所述方法制備得到。

經(jīng)過XRF成分分析顯示，重金屬污染疏浚底泥除含有重金屬元素化合物外，主要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵等無機物，與自然界中黏土等建筑原材料成分相似度極高，因此可替代蒸壓加氣混凝土砌塊原料中的硅質(zhì)物料。污染疏浚底泥干粉與添加的其他物料在堿性體系中會發(fā)生水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣C-S-H產(chǎn)物、水化鋁酸鈣C-A-H產(chǎn)物。磷石膏主要成分為CaSO 4·2H 2O，在反應(yīng)體系中提供了大量的硫酸根，與C-A-H凝膠繼續(xù)反應(yīng)生成結(jié)晶物水化硫鋁酸鈣(AFt)，即鈣礬石晶體。鈣礬石晶體在砌塊內(nèi)部可增強砌塊整體的強度并改善砌塊的孔隙結(jié)構(gòu)。磷石膏反應(yīng)生成的鈣礬石對重金屬具有很強的束縛能力，主要通過離子吸附、置換作用將重金屬轉(zhuǎn)化為其組成部分，起到良好的重金屬固化穩(wěn)定化效果。

本發(fā)明提出的利用廢棄磷石膏和重金屬污染疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法，特點是：把廢棄磷石膏和重金屬污染疏浚底泥經(jīng)破碎、球磨、物料混合、攪拌入模、靜養(yǎng)成型、切割、蒸壓養(yǎng)護等步驟后制得蒸壓加氣混凝土砌塊，且重金屬被固化穩(wěn)定化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果為：

1、本發(fā)明利用重金屬污染疏浚底泥和廢棄磷石膏，實現(xiàn)固體廢棄物的雙重資源化利用。

2、本發(fā)明通過合理的物料組合配比促進廢棄磷石膏、重金屬污染疏浚底泥參與水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣C-S-H產(chǎn)物、水化鋁酸鈣C-A-H產(chǎn)物以及鈣礬石晶體AFt，促進了蒸壓加氣混凝土砌塊強度的形成。兩種廢棄物原料制備的蒸壓加氣塊成品強度和密度均滿足GB11968-2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》中A3.5 B06標準。

3、本發(fā)明利用磷石膏廢棄物反應(yīng)生成的鈣礬石對重金屬的束縛能力，將重金屬固化穩(wěn)定化，實現(xiàn)了污染物的無害化處理，具有安全、環(huán)保的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中制備蒸壓加氣塊方法的流程圖。

具體實施方式

結(jié)合附圖和以下具體實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的保護內(nèi)容不局限于以下實施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護范圍。實施本發(fā)明的過程、條件、試劑、實驗方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容。

實施例1

步驟(1)，將重金屬污染疏浚底泥晾曬在干凈平坦的水泥地面，檢測最終含水率小于1％，破碎后放入干濕球磨機球磨，球磨后干粉過1.25mm篩，制成重金屬污染疏浚底泥干粉；

步驟(2)，將重金屬污染疏浚底泥干粉、水泥、氧化鈣、粉煤灰、廢棄磷石膏進行混合，其中不同材料的質(zhì)量占比為：重金屬污染底泥干粉30％，水泥20％，氧化鈣31％，粉煤灰17％，廢棄磷石膏2％；

步驟(3)，將步驟(2)中的混合料加入50℃溫水，手動混合攪拌形成流動性料漿，其中添加水的質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的60％；

步驟(4)，將步驟(3)中混合料漿加入鋁粉，用電動攪拌機快速攪拌45～60s，轉(zhuǎn)速500r/min，其中鋁粉的添加質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的0.06％；

步驟(5)，將步驟(4)中的混合料漿倒入規(guī)格為70.7mm×70.7mm×70.7mm的模具內(nèi)，放置在設(shè)定溫度為60℃的烘箱內(nèi)靜停養(yǎng)護2h，使料漿靜養(yǎng)成型，并脫模、切割經(jīng)加氣發(fā)泡后高出模具的砌塊部分；

步驟(6)，將步驟(5)中所得的砌塊放置于蒸壓釜在設(shè)定蒸養(yǎng)參數(shù)下進行養(yǎng)護，蒸養(yǎng)結(jié)束后放置于自然條件下養(yǎng)護7天，其中蒸壓釜的蒸養(yǎng)參數(shù)為溫度215℃、壓力2.2MPa和時間4h。

通過上述方法得到的蒸壓加氣塊密度、抗壓強度檢測結(jié)果分別為579kg/m 3、3.6MPa，浸出毒性試驗顯示各重金屬元素固化效率分別為Zn(98.06％)、Pb(99.35％)、Cd(99.11％)、Cr(98.73％)、Cu(99.92％)。

實施例2

步驟(1)，將重金屬污染疏浚底泥晾曬在干凈平攤的水泥地面，檢測最終含水率小于1％，破碎后放入干濕球磨機球磨，球磨后干粉過1.25mm篩，制成重金屬污染疏浚底泥干粉；

步驟(2)，將重金屬污染疏浚底泥干粉、水泥、氧化鈣、粉煤灰、廢棄磷石膏進行混合，其中不同材料的質(zhì)量占比為：重金屬污染底泥干粉40％，水泥18％，氧化鈣27％，粉煤灰13％，廢棄磷石膏2％；

步驟(3)，將步驟(2)中的混合料加入50℃溫水，手動混合攪拌形成流動性料漿，其中添加水的質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的55％；

步驟(4)，將步驟(3)中混合料漿加入鋁粉，用電動攪拌機快速攪拌45～60s，轉(zhuǎn)速500r/min，其中鋁粉的添加質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的0.04％；

步驟(5)，將步驟(4)中的混合料漿倒入規(guī)格為70.7mm×70.7mm×70.7mm的模具內(nèi)，放置在設(shè)定溫度為50℃烘箱內(nèi)靜停養(yǎng)護1h，使料漿靜養(yǎng)成型，并脫模、切割經(jīng)加氣發(fā)泡后高出模具的砌塊部分；

步驟(6)，將步驟(5)中所得的砌塊放置于蒸壓釜在設(shè)定蒸養(yǎng)參數(shù)下進行養(yǎng)護，蒸養(yǎng)結(jié)束后放置于自然條件下養(yǎng)護7天，其中蒸壓釜的蒸養(yǎng)參數(shù)為溫度200℃、壓力1.9MPa和時間2h。

通過上述方法得到的蒸壓加氣塊密度、抗壓強度檢測結(jié)果分別為632kg/m 3、3.7MPa，浸出毒性試驗顯示各重金屬元素固化效率分別為Zn(98.00％)、Pb(99.27％)、Cd(99.18％)、Cr(98.56％)、Cu(99.90％)。

實施例3

步驟(1)，將重金屬污染疏浚底泥晾曬在干凈平攤的水泥地面，檢測最終含水率小于1％，破碎后放入干濕球磨機球磨，球磨后干粉過1.25mm篩，制成重金屬污染疏浚底泥干粉；

步驟(2)，將重金屬污染疏浚底泥干粉、水泥、氧化鈣、粉煤灰、廢棄磷石膏進行混合，其中不同材料的質(zhì)量占比為：重金屬污染底泥干粉50％，水泥16％，氧化鈣23％，粉煤灰9％，廢棄磷石膏2％；

步驟(3)，將步驟(2)中的混合料加入50℃溫水，手動混合攪拌形成流動性料漿，其中添加水的質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的65％；

步驟(4)，將步驟(3)中混合料漿加入鋁粉，用電動攪拌機快速攪拌45～60s，轉(zhuǎn)速500r/min，其中鋁粉的添加質(zhì)量為步驟(2)中混合物料總質(zhì)量的0.1％；

步驟(5)，將步驟(4)中的混合料漿倒入規(guī)格為70.7mm×70.7mm×70.7mm的模具內(nèi)，放置在設(shè)定溫度為70℃的烘箱內(nèi)靜停養(yǎng)護3h，使料漿靜養(yǎng)成型，并脫模、切割經(jīng)加氣發(fā)泡后高出模具的砌塊部分；

步驟(6)，將步驟(5)中所得的砌塊放置于蒸壓釜在設(shè)定蒸養(yǎng)參數(shù)下進行養(yǎng)護，蒸養(yǎng)結(jié)束后放置于自然條件下養(yǎng)護7天，其中蒸壓釜的蒸養(yǎng)參數(shù)為溫度185℃、壓力2.5MPa和時間6h。

通過上述方法得到的蒸壓加氣塊密度、抗壓強度檢測結(jié)果分別為505kg/m 3、3.0MPa，浸出毒性試驗顯示各重金屬元素固化效率分別為Zn(97.73％)、Pb(99.34％)、Cd(99.20％)、Cr(98.69％)、Cu(99.92％)。

本發(fā)明的保護內(nèi)容不局限于以上實施例。在不背離本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護范圍。

利用磷石膏和疏浚底泥制備蒸壓加氣塊的方法及產(chǎn)品.pdf