一种淤泥质固废再生建材制品及其制备方法和装置与流程

本发明属于固体废弃物资源化利用领域，特别涉及一种淤泥质固废再生建材制品及其制备方法和装置。本发明中的主要原材料为城市建筑和市政、水利清淤、半干法(湿法)制砂石骨料等工程和生产活动中产生量巨大且处置消纳矛盾非常突出的淤泥质固废，涉及固体废弃物资源化利用领域。

背景技术：

1、淤泥质固废是主要成分为细粒、黏粒等泥质成分为主的一系列高含水、高粘性的固体废弃物。根据来源可分为三大类：①建筑、桥梁、桩基、地下盾构隧道工程及其他非开挖地下工程施工中所产生的工程弃土和泥浆；②江河、湖泊、水库、港口等水体沉积物疏浚、清淤工程所产生的泥水混合物，即淤泥；③排水管道清理过程中因重力沉降、附着、截留等原因在管道中沉积下来形成的污泥；④砂石骨料半干法(湿法)生产线剩余的脱水泥饼。其共同的特征包括：天然含水率高于液限(通常超过60％)、天然孔隙比大于1.0、天然重度大于15kn/m3、比重大于2.7、黏粒细粒含量组分超过40％等，整体性质表现为工程性能差、后端处理处置途径少等特点。同时，在城市可利用土地资源越来越稀少的现实情况下，其产生规模之巨大已成为侵占大量土地、造成安全隐患、破坏城市环境进而制约城市社会经济发展的一个严重影响因素。

2、因此，对淤泥质固废进行批量化利用，实现“变废为宝”是缓解其消纳处置矛盾、节约土地资源、保护城市环境、促进循环经济发展的有效途径。上述淤泥质固废主要化学成分为sio2、al2o3、cao、mgo、fe2o3、k2o、na2o等，主要矿物成分由石英、黏土类矿物、长石类矿物组成，另含少量的碳酸盐，微量的硫酸盐、磷酸盐及有机物。经进一步处理可作为硅质原料用于生产硅酸盐类建材制品，包括再生墙砖、砌块等。

3、目前，利用淤泥质固废生产再生建材制品的研究和工程化应用尚为数不多，且主要集中在烧结体系和水泥胶凝体系两大类。烧结体系能耗及碳排放高、排放的污染物治理成本大且易造成二次污染，在东南沿海地区既有设施已被限制生产运营，且基本禁止新建该类项目。水泥胶凝体系主要原材料中因水泥掺量较大，单位产品碳排放强度大，不符合国家相关产业政策，且产品强度低、耐久性差。此外，烧结体系和水泥胶凝体系产品都存在淤泥质固废掺比极低的问题，对较大规模处置消纳淤泥质固废的效益不明显。因此，开发产品质量优良、生产绿色环保、工艺简单易行的再生建材制品是对淤泥质固废进行批量、高值资源化利用的重要方式。

4、中国专利《一种以工程泥浆为主要原料的烧结砖的制备方法》(申请号：cn202110757080.5)公布了一种以工程泥浆、粉煤灰和絮凝剂为原料混合通过焙烧制得建材制品的方法。但该技术需要根据工程泥浆的含水率通过严格计算确定粉煤灰等其他各物料的配比，且需要进行较长时间的密封陈化和干燥才能进行焙烧，制备工艺过程复杂、单位产品能耗高。中国专利《一种黏土地层盾构改良渣土环保型免烧砖及制备方法》(申请号：cn201911021709.9)提供了一种将盾构改良渣土与水泥、机制砂、生活垃圾焚烧物、液体土壤固化剂、粉状硅酸钠为原料，拌和均匀后压制成型并经过28d自然养护制备建材制品的方法。但该技术中各固体原料的质量配比复杂，压制成型压力要求高(20-25mpa)，生产周期过长，且采用自然养护制备的产品耐久性较差。

技术实现思路

1、鉴于以上技术存在的问题，本发明提供了一种淤泥质固废再生墙体材料及其制备方法和装置。本发明生产工艺简单、碳排放低，大掺量(单位产品质量掺比70％以上)利用以工程弃土和泥浆为代表的淤泥质固废、建筑垃圾再生骨料等常见的固体废弃物和小比例(10％以内)钙质添加剂为主要原辅材料，所制得的淤泥质固废再生砖可以取代传统烧结砖和水泥混凝土砖，能有效克服现有技术中淤泥质固废利用率低、产品强度等级低、产品质量不稳定、生产能耗及碳排放高的问题。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种淤泥质固废再生建材制品，包括淤泥质固废70w.t.％-80w.t.％、建筑垃圾再生骨料15w.t.％-20w.t.％和钙质添加剂5w.t.％-10w.t.％。

4、作为优选，所述淤泥质固废是指工程渣土和泥浆、淤泥、污泥中的一种或多种；淤泥质固废的化学成分包括sio2、al2o3、cao、mgo、fe2o3、k2o和na2o，其中sio2、al2o3和cao含量之和≥50w.t.％；淤泥质固废的矿物成分包括石英、黏土类矿物和长石类矿物；有机质含量≦10w.t.％。

5、作为优选，所述建筑垃圾再生骨料包括装修垃圾和/或拆除垃圾经破碎、筛分及整形得到的碎石和/或卵石，粒径范围0.60-7.00mm，压碎值≦10％。

6、作为优选，所述钙质添加剂包括消石灰、生石灰、电石渣中的一种或多种，其有效钙含量≥80％，细度满足在0.080mm方孔筛中的筛余量≦15％。

7、第二方面，本发明提供了一种淤泥质固废再生建材制品的制备方法，具体如下：

8、s1：投加3w.t.％的石灰与淤泥质固废混合焖料，以降低淤泥质固废的含水率并使其脱塑；

9、s2：将经步骤s1预处理后的淤泥质固废、建筑垃圾再生骨料和钙质添加剂依次输送至搅拌机中搅拌，得到含水率在20％-25％之间的混合料；

10、s3：将搅拌均匀的混合料进行消解反应处理，以激发淤泥质固废中惰性sio2、al2o3等成分的活性，进一步增强混合料中各物料的均匀度；消解后的物料经粉末混合系统破碎搅拌后输送至胚料中转搅拌罐，得到含水率在16％-18％之间的胚料；

11、s4：将所述胚料定量投加至液压成型机模具，经压制成型得到生坯；

12、s5：将所述生坯送入蒸压釜中，经蒸压反应得到淤泥质固废再生建材制品。

13、作为优选，所述淤泥质固废采自东南沿海地区海相淤泥质软弱粘弃土，含水率≦40％。

14、作为优选，所述消解反应处理时间为1-2h。

15、作为优选，所述胚料中转搅拌罐内设有用于检测含水率的电流检测器。

16、作为优选，所述步骤s4的加载压力为7-15mpa。

17、作为优选，所述蒸压反应条件为：升温前釜内温度不超过100℃，升温1h至温度150-200℃、压力1.0mpa，恒温恒压保持4-6h，随后降温1-2h。

18、第三方面，本发明提供了一种用于实现第二方面任一所述制备方法的装置，包括用于混合焖料的预处理装置、用于得到混合料的搅拌机、用于进行消解反应的消解仓、用于破碎混匀的粉碎混合系统、用于实现胚料定量投加、含水率自动调整及防止骨料离析的胚料中转搅拌罐、用于压制成型的液压成型机和用于进行蒸压反应的蒸压釜。

19、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

20、1)本发明的主要特点单位建材制品中淤泥质固废掺比超过70w.t.％，对大掺量资源化利用淤泥质固废及大规模工业化应用具有重要意义；

21、2)由于淤泥质固废中含有大量的惰性sio2、al2o3及其他矿物成分，通过1-2h的消解反应可激发其活性，与钙质添加剂反应生成的支撑产品强度的目标矿物5cao·6sio2·5h2o(tobermorite)晶体更致密、耐久性更好；

22、3)本发明所采用物料配方简单，除所述淤泥质固废、建筑垃圾再生骨料和钙质添加剂等常规原料外，无需另行使用外加剂，仅通过精准控制坯料含水率、骨料粉料混合比例、静压成型压力等方式即可制备出质量符合要求的产品；

23、4)通过蒸压的方式使生坯在6-8h内完成反应，得到所需强度的淤泥质固废再生建材制品，整个工艺流程不超过12h，极大提高了工业化生产的效率；

24、5)利用本发明的技术方案进行工业化生产的(建筑渣土、泥浆)蒸压砖经有资质的第三方检测机构测试，抗压强度、软化系数、抗冻性能等指标均满足相关国家、地方或行业标准，合格率高达98％，已顺利通过相关主管部门审查，取得新型墙体材料产品认定证书。