利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料及其工艺

技术领域

本发明涉及水泥技术领域，具体涉及利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料及其工艺。

背景技术

随着城镇化的深入、工业化痕迹加深，城市污水的排放量越来越大，相应的污水处理能力以及污水处理率也在不断提高，然而污水处理厂的污泥产量也不断随之增长，由于污泥产量较大，含水率高，含有大量有机质、病菌，寄生虫和重金属等，如果处理处置不当，会给环境带来严重的二次污染。

现有技术中采用填埋的方式对污泥进行处理，随环保要求越来越严，利用城市周边用地来进行污泥填埋不符合环保发展要求，也难以满足污泥产量日益增加的需求，并且填埋会存在污染周边环境的问题。现有技术还有采用焚烧处理的方式，但焚烧处理不仅需要对污泥进行脱水干化，还需单独建立焚烧厂，增加处理成本，并且焚烧的烟气也会再次形成二次污染。所以两种方法均不断的影响城市周边的生态环境，对城市的绿色发展，可持续发展来了难题。因此，如何实现污泥的有效的减量化、无害化和资源化是一项具有经济效益和环境效益的资源再利用工程。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种市政污泥利用于硅酸盐水泥熟料及其生产工艺。

本发明的技术解决方案如下：

利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料，包括生料和污泥，生料以质量百分比计包括如下原料：石灰石82.5-86.2％、硫铁矿渣3.5-4.0％、黑煤矸石0.5-7％、湿粉煤灰6.5-9.8％；污泥的添加量小于或等于生料总质量的2％，所述污泥为城市污水厂污泥。

本发明的一种具体实施方式中，生料以质量百分比计包括如下原料：生料以质量百分比计包括如下原料：石灰石83.5％、硫铁矿渣3.5％、黑煤矸石5％、湿粉煤灰8％。

本发明的一种具体实施方式中，污泥的添加量为生料总质量的2％。

本发明的一种具体实施方式中，污泥的添加量为生料总质量的1％。

本发明的一种具体实施方式中，污泥的添加量为生料总质量的1.5％。

本发明的一种具体实施方式中，石灰石包括以下质量含量的组分：SiO

本发明的一种具体实施方式中，生料的率值为：饱和比KH为0.96-1.0，硅率N为2.60-2.80，铝率P为1.45-1.65。

本发明的一种具体实施方式中，硅酸盐水泥熟料的率值为：饱和比KH为0.88-0.92，硅率N为2.35-2.55，铝率P为1.4-1.6。

利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料的工艺，包括以下步骤：

S1、将石灰石、黑煤矸石分别进行均化；

S2、将均化后的石灰石和黑煤矸石与硫铁矿渣及湿粉煤灰通过配料后加入原料辊压机进行生料制备，并进行均化；

S3、将污泥进行分散处理，然后与生料一起进入分解炉混合预热分解。

S4、然后加入回转窑，加热得到硅酸盐水泥熟料。

本发明的一种具体实施方式中，步骤S3中，窑尾分解炉中的加热温度维持在860～900℃。

本发明的一种具体实施方式中，步骤S4中，回转窑中的加热温度为1450℃以上。

申请人通过对污泥进行取样检测，检测出污泥的主要成分为CaO、SiO

本发明至少具有以下有益效果之一：

1、本发明通过将城市污泥作为原料与生料一起用于生产硅酸盐水泥熟料，从而不仅可以减少生料使用量，节约了矿产资源，降低了生产成本；而且将城市污泥变废为宝作为生产原料，为环保作出了贡献。

2、本发明生产的熟料的质量符合要求，与不添加污泥而只以生料为原料所得的质量相当；并且本发明通过喷枪对污泥进行充分的分散处理，再经过分解炉高温处理，污泥中的有害金属离子完全转化为熟料中的组分，经检测，熟料中的有害金属符合国家要求。

3、本发明的焚烧产生的酸性尾气易与碱性物料反应，氮氧化物经脱硝之后也能确保排放均能满足国家环保要求，因此，本发明的工艺不会造成二次污染。

附图说明

图1为本发明优选实施例中的工艺流程图。

具体实施方式

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

以下污泥为城市污水厂污泥。

实施例1

利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料，包括生料和污泥；其中，生料以质量百分比计包括如下原料：石灰石83.5％、硫铁矿渣3.5％、黑煤矸石5％、湿粉煤灰8％；污泥的添加量为生料总质量的1％。

其中，本实施例中各原料的化学成分如表1所示：

表1原材料化学成分

本实施例采用烟煤作为燃料，通过燃烧烟煤产生的高温对回转窑中的原料进行加热，烟煤是涉及到整个工艺的能耗情况，表2为烟煤的成分和工业分析：

表2烟煤工业分析

表3污泥化学常规元素及重金属元素分析

表4生料成分和组成

如图1所示，利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料的工艺，包括以下步骤：

S1、将石灰石、黑煤矸石分别进行均化处理；采用专用密封车辆将污泥从污泥厂运输污泥接收仓，污泥接受仓下设滑架卸料装置，滑架装置下设置预压螺旋输送机进行输送；

S2、将均化后的石灰石和黑煤矸石与硫铁矿渣及湿粉煤灰通过伽玛射线实时瞬间精准配料，加入原料辊压机进行生料制备，并进行均化；

S3、将生料加入窑尾分解炉，将生料总质量1％的污泥通过喷枪进行分散处理，然后泵入窑尾分解炉中，保持分解炉温度在900℃；

S4、加入回转窑，通过烟煤燃烧产生的1450℃高温对混合料加热，使混合料入窑分解并产生多次反应后形成硅酸盐水泥熟料；

对制得的熟料中的化学成分和率值等进行测算，结果如表5所示：

表5熟料成分及矿物组成

根据表5可以看出，实施例1制得的硅酸盐水泥熟料中的化学成分和和矿物组成符合国家标准，由此说明，在生料中添加1％的污泥不会影响熟料的成分和组成。

对熟料的质量进行检测，同时对不添加污泥、只以生料为原料得到的熟料质量进行检测，结果如表6所示：

表6熟料质量

根据表6可以看出，实施例1制得的硅酸盐水泥熟料中的立升重、细度、凝结时间、抗折强度以及抗压强度符合国家标准，由此可知，实施例1制得熟料的质量符合国家标准。将实施例1与未添加污泥的熟料质量进行比较可以看出，实施例1制得的硅酸盐水泥熟料与未添加污泥的熟料的立升重、细度、凝结时间相当，熟料3天、28天抗压强度变化不大，由此说明，在生料中添加1％的污泥不会影响熟料质量。

对生产过程中的能耗进行测算，同时对不添加污泥、只以生料为原料得到的熟料生产过程中的能耗进行测算，结果如表7所示：

表7能耗情况

由表7可以看出，实施例1生产硅酸盐水泥熟料过程中与未添加污泥生产硅酸盐水泥熟料过程中的窑台产以及电耗相当，煤耗稍有上升，由此说明，在生料中添加1％的污泥不会明显增加能耗。

实施例2

利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料，包括生料和污泥；其中，生料以质量百分比计包括如下原料：石灰石82.5％、硫铁矿渣4.0％、黑煤矸石7.0％、湿粉煤灰6.5％；其中，污泥的添加量为生料总质量的1.5％。

其中，污泥成分同实施例1(见表3)；本实施例中各原料的化学成分如表8所示：

表8原材料化学成分

本实施例采用烟煤作为燃料，通过燃烧烟煤产生的高温对回转窑中的原料进行加热，烟煤是涉及到整个工艺的能耗情况，表9为烟煤的成分和工业分析：

表9烟煤工业分析

表10生料成分和组成

如图1所示，利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料的工艺，包括以下步骤：

S1、将石灰石、黑煤矸分别进行均化处理；采用专用密封车辆将污泥从污泥厂运输污泥接收仓，污泥接受仓下设滑架卸料装置，滑架装置下设置预压螺旋输送机进行输送；

S2、将均化后的石灰石和黑煤矸石与硫铁矿渣及湿粉煤灰通过伽玛射线实时瞬间精准配料，加入原料辊压机进行生料制备，并进行均化；

S3、将生料加入分解炉，将生料总质量1.5％的污泥通过喷枪进行分散处理，然后泵入分解炉中，保持分解炉温度在860℃；

S4、加入回转窑，通过烟煤燃烧产生的1450℃高温对混合料加热，使混合料入窑分解并产生固固等多次反应后形成硅酸盐水泥熟料；

对制得的熟料中的化学成分和率值等进行测算，结果如表11所示：

表11熟料成分及矿物组成

根据表11可以看出，实施例2制得的硅酸盐水泥熟料中的化学成分和和矿物组成符合国家标准，由此说明，在生料中添加1.5％的污泥不会影响熟料的成分和组成。

对熟料的质量进行检测，同时对不添加污泥、只以生料为原料得到的熟料质量进行检测，结果如表12所示：

表12熟料质量

根据表12可以看出，实施例2制得的硅酸盐水泥熟料中的立升重、细度、凝结时间、抗折强度以及抗压强度符合国家标准，由此可知，实施例2制得熟料的质量符合国家标准。将实施例2与未添加污泥的熟料质量进行比较可以看出，实施例2制得的硅酸盐水泥熟料与未添加污泥的熟料的立升重、细度、凝结时间相当，熟料3天抗压强度变化不大，28天抗压强度下降1MPa，由此说明，在生料中添加1.5％的污泥不会影响熟料质量。

对生产过程中的能耗进行测算，同时对不添加污泥、只以生料为原料得到的熟料生产过程中的能耗进行测算，结果如表13所示：

表13能耗情况

由表13可以看出，实施例2生产硅酸盐水泥熟料过程中与未添加污泥生产硅酸盐水泥熟料过程中的窑台产稍有下降，煤耗、电耗稍有上升，由此说明，在生料中添加1.5％的污泥不会明显增加能耗。

实施例3

利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料，包括生料和污泥；其中，生料以质量百分比计包括如下原料：石灰石86.2％、硫铁矿渣3.5％、黑煤矸石0.5％、湿粉煤灰9.8％；其中，污泥的添加量为生料总质量的2％。

其中，污泥成分同实施例1(见表3)，本实施例中各原料的化学成分如表14所示：

表14原材料化学成分

本实施例采用烟煤作为燃料，通过燃烧烟煤产生的高温对回转窑中的原料进行加热，烟煤是涉及到整个工艺的能耗情况，表15为烟煤的成分和工业分析：

表15烟煤工业分析

表16生料成分和组成

如图1所示，利用城市污泥生产硅酸盐水泥熟料的工艺，包括以下步骤：

S1、将石灰石、黑煤矸分别进行均化处理；采用专用密封车辆将污泥从污泥厂运输污泥接收仓，污泥接受仓下设滑架卸料装置，滑架装置下设置预压螺旋输送机进行输送；

S2、将均化后的石灰石和黑煤矸石与硫铁矿渣及湿粉煤灰通过伽玛射线实时瞬间精准配料，加入原料辊压机进行生料制备，并进行均化；

S3、将生料加入分解炉，将生料总质量2％的污泥通过喷枪进行分散处理，然后泵入分解炉中，保持分解炉温度在880℃；

S4、加入回转窑，通过烟煤燃烧产生的1450℃高温对混合料加热，使混合料入窑分解并产生多次反应后形成硅酸盐水泥熟料；

对制得的熟料中的化学成分和率值等进行测算，结果如表16所示：

表17熟料成分及矿物组成

根据表15可以看出，实施例3制得的硅酸盐水泥熟料中的化学成分和和矿物组成符合国家标准，由此说明，在生料中添加2％的污泥不会影响熟料的成分和组成。

对熟料的质量进行检测，同时对不添加污泥、只以生料为原料得到的熟料质量进行检测，结果如表18所示：

表18熟料质量

根据表18可以看出，实施例3制得的硅酸盐水泥熟料中的立升重、细度、凝结时间、抗折强度以及抗压强度符合国家标准，由此可知，实施例3制得熟料的质量符合国家标准。将实施例3与未添加污泥的熟料质量进行比较可以看出，实施例3制得的硅酸盐水泥熟料与未添加污泥的熟料的立升重、细度、凝结时间相当，熟料3天抗压强度变化不大，28天抗压强度下降1.1MPa，总体来说，在生料中添加2％的污泥对熟料质量不会产生太大影响(28天内控标准56MPa以上)。

对生产过程中的能耗进行测算，同时对不添加污泥、只以生料为原料得到的熟料生产过程中的能耗进行测算，结果如表19所示：

表19能耗情况

由表19可以看出，实施例3生产硅酸盐水泥熟料过程中与未添加污泥生产硅酸盐水泥熟料过程中的窑台产下降，煤耗上升，电耗增加，总体来说，在生料中添加污泥量不宜超过2％。

另外，对熟料中的中有害成分六价铬的含量进行检测，经检验六价铬为3.5mg/kg，根据GB 31893-2015《水泥中水溶性铬(VI)的限量及测定方法》技术要求六价铬含量低于10mg/kg，实施例3生产出的熟料有害成分六价铬符合国家标准。

综上，在生料中添加不超过2％的污泥，熟料的分及矿物组成、质量以及能耗均符合要求，熟料中的中有害成分六价铬的含量也符合国家标准，因此，将城市污泥作为原料与生料一起用于生产硅酸盐水泥熟料，不仅可以减少生料使用量，节约了矿产资源，降低了生产成本；而且将城市污泥变废为宝作为生产原料，为环保作出了贡献。

以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。