专利名称：一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术：
我国是世界第三造纸大国，一直以来，我国纸和纸板的生产量一直持续增长。造纸工业是一个能源及化工原料消耗大、用水量大、对环境污染严重的行业，在造纸厂的造纸工艺中会产生大量固体废物，这些固体废物主要含有废纸和产生于不同的机械、化学和生物废水处理段和脱墨过程中的污泥。目前造纸污泥主要处理技术包括污泥焚烧、填埋、改良土壤等。焚烧是目前最为常用的处理方法。但焚烧设备投资大，耗能高，每年还要排放大量的废气；填埋虽然最经济简单易行且迄今为止，大约有70 % -75 %的造纸厂的造纸污泥均以填埋的方式处理，但需要占用大量的土地。污泥用来填埋还会污染地下水和大气；用于改良土壤，但这种成功的例子很少，地区差异很大。造纸厂污泥是一种可利用有发展前途的建筑材料，目前已经有很多的技术如造纸污泥制造人造板、纤维板，造纸污泥烧结砖等等，这些技术都是不同程度利用了造纸污泥不同的化学成分及物理性能来变废为宝，实现了废弃物的资源化利用。造纸厂白泥主要来源于纸浆造纸厂碱回收车间白泥回收工段，是苛化反应的产物，属于沉淀碳酸钙。此外，还含有苛化过程中过量加入的石灰、硅酸钙、残余氢氧化钠以及由于纤维原料不同而会有不等的硫化钠、铝、铁、镁化合物及尘埃杂质等，具有含硅量较高、 含水率较大、高碱性和颗粒细度大等特点。本发明所用的造纸工业废泥与白泥的产生工艺有所不同，来自于利用废纸浆生产纸张工艺过程中产生的废水，废水经过PAC、PAM絮凝沉淀、预酸化、厌氧系统、好氧系统等工序，最后经脱水处理而成。但其主要成分和白泥的成分是相似的，除了纤维主要含有碳酸钙等无机成分。有关造纸厂白泥废料的处理技术，有报道说可以提取精制碳酸钙作为填料使用， 但提取费用较高；也有报道将其用于白度要求不高的建筑涂料，现在应用也比较成熟；也有应用于脱硫技术等环保领域，但还没有达到很成熟的阶段。我国目前虽然是世界上石灰岩矿资源丰富的国家之一，但是为了满足环境保护、 生态平衡，防止水土流失，风景旅游等方面的需要，特别是随着我国小城镇建设规划的不断完善和落实，可供水泥石灰岩的开采量正在减少，加上各种原因导致的资源利用率降低，我国的石灰岩资源是远远不能满足快速发展的建设的需要的。现在市场上的石灰价格已经高过了水泥的价格，石灰价格的增长也将是一个必然趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，该方法简单易行，制得的氧化钙胶凝材料符合标准JC/T480-92《建筑生石灰粉》中合格石灰的标准。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，其特征在于它包括如下步骤1)、废泥的烘干及粉磨将造纸工业废泥放到烘箱中烘干，然后放入球磨机进行粉磨，得到粉磨后的废泥；2)、废泥的预烧粉磨后的废泥用电炉预烧，得到预烧后的废泥；3)、废泥的锻烧预烧后的废泥放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为900°C -1000°C，升温速率为5-20°C /min，保温时间30-60min，得到煅烧后的白泥；然后直接将煅烧后的白泥从马弗炉里拿出来放在干燥器里冷却到室温，得到氧化钙胶凝材料(产品)。造纸工业废泥是来自于利用废纸浆生产纸张工艺过程中产生的废水，废水经过 PAC、PAM絮凝沉淀、预酸化、厌氧系统、好氧系统等工序，最后经脱水处理而成。进一步的，该造纸工业废泥是富含纤维的废泥，废泥达到50%以上干度就能够维持自身燃烧并能产出热能，60%干度热值约为1400大卡左右；该造纸工业废泥中各主要成分质量含量如下CaO 21-26%, SiO2 :12-15%, Al2O3 :4_8%。步骤1)所述造纸工业废泥烘干后含水率为以下；粉磨后的废泥粒径控制在 0. 90mm筛的筛余不大于1. 5wt%,0. 125mm筛的筛余不大于18. Owt%。步骤幻所述预烧的温度控制在300-650°C，预烧时间以不产生烟为准。本发明的方法通过对煅烧前的废泥和不同煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品) 的进行XRD检测，并对其进行定性和定量分析，结果得出煅烧后的产品中CaO含量高达 75wt %，MgO+CaO含量高达80wt %，未消化残渣量为IO-Hwt %，符合标准JC/T480-92《建筑生石灰粉》中合格石灰的标准。通过对煅烧前的废泥和不同煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)进行SEM测试，结果是煅烧前，CaCO3晶体为板状物，晶粒粗大，晶粒尺寸较大，一般在10个μ m。椭圆形物主要成分为SiO2,含量少，晶粒尺寸较小，为1-2个μπι。煅烧后的产品可以明显看到结晶度较好的细小CaO晶粒以及煅烧后CaO晶粒的多孔结构。通过对不同煅烧制度煅烧后的产品进行活性度和消化速度的测试，结果得出活性度最高的高达45^11，最低的不足IOOml ；消化速度的测试得出，不同煅烧制度下的氧化钙胶凝材料有不同的消化速度，但大部分是快速消化，消化速度在4-9min，也有中速消化， 消化速度可以达到10-15min。实验室试验不同煅烧制度煅烧后的氧化钙胶凝材料(产品)具有不同的活性度和消化速度，可以代替部分或全部生石灰，作为建筑领域的氧化钙胶凝材料使用，可应用于石灰乳、石灰砂浆、混凝土制品、蒸压硅酸盐制品新型墙材等方面。本发明的有益效果是该方法简单易行，制得的氧化钙胶凝材料符合标准JC/ T480-92《建筑生石灰粉》中合格石灰的标准。本发明充分利用当地的造纸工业废泥，制备与天然石灰相似性能的钙质胶凝材料，可以代替部分或全部生石灰，作为建筑领域的氧化钙胶凝材料使用，这样既减少了开采石灰岩所进行的技术资源投资，又减少了石灰岩开采及废泥处理对环境造成的污染，可以说是一举两得的事情。本发明的产品为造纸工业废泥的工业化处理利用提供了技术支撑， 从而为其大规模工业化处理利用提供了一种新的途径，具有广泛应用前景。
图1是本发明的制备工艺流程图。
具体实施例方式为了更好的解释本发明，以下结合附图和具体实施例进一步阐述本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例1 本实施例中造纸工业废泥是来自于利用废纸浆生产纸张工艺过程中产生的废水， 废水经过PAC、PAM絮凝沉淀、预酸化、厌氧系统、好氧系统工序，最后经脱水处理而成。该造纸工业废泥是富含纤维的废泥，废泥达到50%以上干度就能够维持自身燃烧并能产出热能，60%干度热值约为1400大卡左右；该造纸工业废泥中各主要成分质量含量如下CaO 23. 12%, SiO2 12. 26%, Al2O3 5. 13% 0如图1所示，一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，它包括如下步骤1)、废泥的烘干及粉磨将造纸工业废泥放到烘箱中烘干到水率为Iwt %以下， 然后放入球磨机进行粉磨，粉磨后的废泥粒径控制在0. 90mm筛的筛余不大于1.5Wt%， 0. 125mm筛的筛余不大于18. Owt % ；得到粉磨后的废泥；2)、废泥的预烧粉磨后的废泥用电炉(电炉子)预烧，预烧的温度控制在 500-600°C，预烧时间为35min(以不产生烟为准)；得到预烧后的废泥；3)、废泥的锻烧预烧后的废泥放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为950°C，升温速率为5-20°C /min，保温时间30min，得到煅烧后的白泥；然后直接将煅烧后的白泥从马弗炉里拿出来放在干燥器里冷却到室温，得到氧化钙胶凝材料(产品)。通过对煅烧前的废泥和煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)的进行XRD检测， 并对其进行定性和定量分析，结果得出煅烧后的产品中CaO含量高达75wt %，MgO+CaO含量高达80Wt%，未消化残渣量为IO-Hwt %，符合标准JC/T480-92《建筑生石灰粉》中合格石灰的标准。通过对煅烧前的废泥和不同煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)进行SEM测试，结果是煅烧前，CaCO3晶体为板状物，晶粒粗大，晶粒尺寸较大，一般在10个μ m。椭圆形物主要成分为SiO2,含量少，晶粒尺寸较小，为1-2个μπι。煅烧后的产品可以明显看到结晶度较好的细小CaO晶粒以及煅烧后CaO晶粒的多孔结构。通过对不同煅烧制度煅烧后的产品进行活性度和消化速度的测试，结果得出活性度最高的高达45^11，最低的不足IOOml ；消化速度的测试得出，不同煅烧制度下的氧化钙胶凝材料有不同的消化速度，但大部分是快速消化，消化速度在4-9min，也有中速消化， 消化速度可以达到10-15min，为中速消化石灰。实施例2 本实施例中造纸工业废泥是来自于利用废纸浆生产纸张工艺过程中产生的废水， 废水经过PAC、PAM絮凝沉淀、预酸化、厌氧系统、好氧系统工序，最后经脱水处理而成。该造纸工业废泥是富含纤维的废泥，废泥达到50%以上干度就能够维持自身燃烧并能产出热能，60%干度热值约为1400大卡左右；该造纸工业废泥中各主要成分质量含量如下CaO 22. 23%, SiO2 12. 56%, Al2O3 :5. 23%。如图1所示，一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，它包括如下步骤1)、废泥的烘干及粉磨将造纸工业废泥放到烘箱中烘干到水率为以下， 然后放入球磨机进行粉磨，粉磨后的废泥粒径控制在0. 90mm筛的筛余不大于1.5Wt%， 0. 125mm筛的筛余不大于18. Owt % ；得到粉磨后的废泥；2)、废泥的预烧粉磨后的废泥用电炉(电炉子)预烧，预烧的温度控制在 500-600°C，预烧时间为35min(以不产生烟为准)；得到预烧后的废泥；3)、废泥的锻烧预烧后的废泥放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000°C，升温速率为5-20°C /min，保温时间30min，得到煅烧后的白泥；然后直接将煅烧后的白泥从马弗炉里拿出来放在干燥器里冷却到室温，得到氧化钙胶凝材料(产品)。通过对煅烧前的废泥和煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)的进行XRD检测， 并对其进行定性和定量分析，结果得出煅烧后的产品中CaO含量高达75wt %，MgO+CaO含量高达80Wt%，未消化残渣量为IO-Hwt^，符合标准JC/T480-92《建筑生石灰粉》中合格石灰的标准。通过对煅烧前的废泥和不同煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)进行SEM测试，结果是煅烧前，CaCO3晶体为板状物，晶粒粗大，晶粒尺寸较大，一般在10个μ m。椭圆形物主要成分为SiO2,含量少，晶粒尺寸较小，为1-2个μπι。煅烧后的产品可以明显看到结晶度较好的细小CaO晶粒以及煅烧后CaO晶粒的多孔结构。通过对不同煅烧制度煅烧后的产品进行活性度和消化速度的测试，结果得出活性度最高的高达45^11，最低的不足IOOml ；消化速度的测试得出，不同煅烧制度下的氧化钙胶凝材料有不同的消化速度，但大部分是快速消化，消化速度在4-9min，也有中速消化， 消化速度可以达到10-15min，为中速消化石灰。实施例3 造纸工业废泥是来自于利用废纸浆生产纸张工艺过程中产生的废水，废水经过 PAC、PAM絮凝沉淀、预酸化、厌氧系统、好氧系统工序，最后经脱水处理而成。该造纸工业废泥是富含纤维的废泥，废泥达到50%以上干度就能够维持自身燃烧并能产出热能，60%干度热值约为1400大卡左右；该造纸工业废泥中各主要成分质量含量如下CaO :24. 13%, SiO2 :13. 21%, Al2O3 :7. 62%。如图1所示，一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，它包括如下步骤1)、废泥的烘干及粉磨将造纸工业废泥放到烘箱中烘干到水率为以下， 然后放入球磨机进行粉磨，粉磨后的废泥粒径控制在0. 90mm筛的筛余不大于1.5Wt%， 0. 125mm筛的筛余不大于18. Owt % ；得到粉磨后的废泥；2)、废泥的预烧粉磨后的废泥用电炉(电炉子)预烧，预烧的温度控制在300°C， 预烧时间为45min(以不产生烟为准)；得到预烧后的废泥；3)、废泥的锻烧预烧后的废泥放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为900°C，升温速率为15°C /min，保温时间30min，得到煅烧后的白泥；然后直接将煅烧后的白泥从马弗炉里拿出来放在干燥器里冷却到室温，得到氧化钙胶凝材料(产品)。通过对煅烧前的废泥和煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)的进行XRD检测， 并对其进行定性和定量分析，结果得出煅烧后的产品中CaO含量高达75wt %，MgO+CaO含量高达80Wt%，未消化残渣量为IO-Hwt %，符合标准JC/T480-92《建筑生石灰粉》中合格石灰的标准。通过对煅烧前的废泥和不同煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)进行SEM测试，结果是煅烧前，CaCO3晶体为板状物，晶粒粗大，晶粒尺寸较大，一般在10个μ m。椭圆形物主要成分为SiO2,含量少，晶粒尺寸较小，为1-2个μπι。煅烧后的产品可以明显看到结晶度较好的细小CaO晶粒以及煅烧后CaO晶粒的多孔结构。通过对不同煅烧制度煅烧后的产品进行活性度和消化速度的测试，结果得出活性度最高的高达45^11，最低的不足IOOml ；消化速度的测试得出，不同煅烧制度下的氧化钙胶凝材料有不同的消化速度，但大部分是快速消化，消化速度在4-9min，也有中速消化， 消化速度可以达到10-15min。实施例4 如图1所示，一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，它包括如下步骤1)、废泥的烘干及粉磨将造纸工业废泥放到烘箱中烘干到水率为以下， 然后放入球磨机进行粉磨，粉磨后的废泥粒径控制在0. 90mm筛的筛余不大于1.5Wt%， 0. 125mm筛的筛余不大于18. Owt % ；得到粉磨后的废泥；该造纸工业废泥中各主要有效成分质量含量如下CaO :21%, SiO2 -.12%, Al2O3 4% ；2)、废泥的预烧粉磨后的废泥用电炉预烧，预烧的温度控制在650°C，预烧时间为35min(以不产生烟为准)；得到预烧后的废泥；3)、废泥的锻烧预烧后的废泥放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000°C，升温速率为5°C /min，保温时间30min，得到煅烧后的白泥；然后直接将煅烧后的白泥从马弗炉里拿出来放在干燥器里冷却到室温，得到氧化钙胶凝材料(产品)。通过对煅烧前的废泥和煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)的进行XRD检测， 并对其进行定性和定量分析，结果得出煅烧后的产品中CaO含量高达75wt %，MgO+CaO含量高达80Wt%，未消化残渣量为IO-Hwt^，符合标准JC/T480-92《建筑生石灰粉》中合格石灰的标准。通过对煅烧前的废泥和不同煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)进行SEM测试，结果是煅烧前，CaCO3晶体为板状物，晶粒粗大，晶粒尺寸较大，一般在10个μ m。椭圆形物主要成分为SiO2,含量少，晶粒尺寸较小，为1-2个μπι。煅烧后的产品可以明显看到结晶度较好的细小CaO晶粒以及煅烧后CaO晶粒的多孔结构。通过对不同煅烧制度煅烧后的产品进行活性度和消化速度的测试，结果得出活性度最高的高达45^11，最低的不足IOOml ；消化速度的测试得出，不同煅烧制度下的氧化钙胶凝材料有不同的消化速度，但大部分是快速消化，消化速度在4-9min，也有中速消化， 消化速度可以达到10-15min。实施例5:如图1所示，一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，它包括如下步骤1)、废泥的烘干及粉磨将造纸工业废泥放到烘箱中烘干到水率为以下， 然后放入球磨机进行粉磨，粉磨后的废泥粒径控制在0. 90mm筛的筛余不大于1.5Wt%， 0. 125mm筛的筛余不大于18. Owt % ；得到粉磨后的废泥；
该造纸工业废泥中各主要有效成分质量含量如下CaO 26%, SiO2 15%, Al2O3 8% ；2)、废泥的预烧粉磨后的废泥用电炉预烧，预烧的温度控制在450°C，预烧时间为40min(以不产生烟为准)；得到预烧后的废泥；3)、废泥的锻烧预烧后的废泥放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为900°C，升温速率为20°C /min，保温时间60min，得到煅烧后的白泥；然后直接将煅烧后的白泥从马弗炉里拿出来放在干燥器里冷却到室温(即图1中的废泥的冷却)，得到氧化钙胶凝材料(产品)。通过对煅烧前的废泥和煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)的进行XRD检测， 并对其进行定性和定量分析，结果得出煅烧后的产品中CaO含量高达75wt %，MgO+CaO含量高达80Wt%，未消化残渣量为IO-Hwt %，符合标准JC/T480-92《建筑生石灰粉》中合格石灰的标准。通过对煅烧前的废泥和不同煅烧制度后的氧化钙胶凝材料(产品)进行SEM测试，结果是煅烧前，CaCO3晶体为板状物，晶粒粗大，晶粒尺寸较大，一般在10个μ m。椭圆形物主要成分为SiO2,含量少，晶粒尺寸较小，为1-2个μπι。煅烧后的产品可以明显看到结晶度较好的细小CaO晶粒以及煅烧后CaO晶粒的多孔结构。通过对不同煅烧制度煅烧后的产品进行活性度和消化速度的测试，结果得出活性度最高的高达45^11，最低的不足IOOml ；消化速度的测试得出，不同煅烧制度下的氧化钙胶凝材料有不同的消化速度，但大部分是快速消化，消化速度在4-9min，也有中速消化， 消化速度可以达到10-15min。
权利要求
1.一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，其特征在于它包括如下步骤1)、废泥的烘干及粉磨将造纸工业废泥放到烘箱中烘干，然后放入球磨机进行粉磨， 得到粉磨后的废泥；2)、废泥的预烧粉磨后的废泥用电炉预烧，得到预烧后的废泥；3)、废泥的锻烧预烧后的废泥放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为900°C-1000°C，升温速率为5-20°C /min，保温时间30-60min，得到煅烧后的白泥；然后直接将煅烧后的白泥从马弗炉里拿出来放在干燥器里冷却到室温，得到氧化钙胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，其特征在于所述造纸工业废泥中各主要成分质量含量如下CaO :21-26%, SiO2 :12-15%, Al2O3 4-8%。
3.根据权利要求1所述的一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，其特征在于步骤1)所述造纸工业废泥烘干后含水率为以下。
4.根据权利要求1所述的一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，其特征在于粉磨后的废泥粒径控制在0. 90mm筛的筛余不大于1.5Wt%，0. 125mm筛的筛余不大于 18. Owt %。
5.根据权利要求1所述的一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，其特征在于步骤幻所述预烧的温度控制在300-650°C，预烧时间以不产生烟为准。
全文摘要
本发明涉及一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，属于建筑材料技术领域。一种造纸工业废泥制备氧化钙胶凝材料的方法，其特征在于它包括如下步骤1)、废泥的烘干及粉磨将造纸工业废泥放到烘箱中烘干，然后放入球磨机进行粉磨，得到粉磨后的废泥；2)、废泥的预烧粉磨后的废泥用电炉预烧，得到预烧后的废泥；3)、废泥的锻烧预烧后的废泥放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为900℃-1000℃，升温速率为5-20℃/min，保温时间30-60min，得到煅烧后的白泥；然后直接将煅烧后的白泥从马弗炉里拿出来放在干燥器里冷却到室温，得到氧化钙胶凝材料。该方法简单易行，制得的氧化钙胶凝材料符合标准JC/T480-92《建筑生石灰粉》中合格石灰的标准。
文档编号C04B7/34GK102432208SQ20111027140
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者宋正林, 曹晓梅, 李儒光, 林家超, 许闽, 赵磊, 陈友治, 韩汪洋 申请人:武汉理工大学