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利用污泥制备生态水泥的初步研究

作　者: 宝志强
导　师: 陈胡星
学　校: 浙江大学
专　业: 材料学
关键词: 污泥生态水泥易烧性强度重金属溶出工业试验
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 44次
引　用: 2次
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内容摘要

所谓生态水泥,最基本的特征是利用工业废弃物来制备水泥,以达到降低废弃物处理负荷、节省资源能源、达到与环境共生的目的。污泥是当今最大宗的工业固体废弃物之一,如何利用污泥来制备生态水泥,是当今材料和环保领域的重大课题。本文在室内研究的基础上进一步对污泥在水泥生产过程中协同处理的技术进行了研究,充分发挥水泥生产工艺和设备的特点,利用污泥来制备水泥熟料,并且制备的生态水泥具有环境友好的特点。本文主要研究利用污泥配料烧制水泥熟料,在实验室内进行不同煅烧温度、不同污泥掺量和不同KH配料烧制水泥熟料的试验,并通过化学分析、宏观性能测试以及XRD、SEM微观分析,研究了污泥对水泥生料易烧性、熟料矿物形成、水化、强度、凝结时间等性能的影响规律,同时,研究了掺污泥熟料的重金属固化情况。结果表明:(1)游离氧化钙分析显示煅烧温度为1400℃时熟料烧成最好,少量污泥的加入在不同温度下都改善了熟料的易烧性:以适量的污泥替代水泥原料配料,对生料易烧性有一定的改善作用,在污泥掺量为2.5%时,改善易烧性的作用最为明显。(2)XRD、SEM分析表明掺入污泥对于熟料的主要矿物组成没有明显的影响,但是加速了水泥的早期水化。(3)以适量的污泥替代水泥原料,对水泥熟料的强度影响不大或强度有所提高,凝结时间正常。在KH较高的情况,掺入污泥对提高熟料强度较为有利,尤其是对早期强度的提高较为明显。(4)水泥对污泥中的重金属具有较好的固化作用。(5)利用污泥配料,当污泥掺量在2.5%-4%(湿污泥8-13%)时,生料易烧性、熟料强度都较好。(6)从水泥生料易烧性、熟料强度看及熟料中重金属溶出情况看,只要生料率值合理和污泥掺量合适,污泥可以在水泥生产中得到无害化处置和资源化利用。本文又在室内研究的基础上,在日产5000吨新型干法窑水泥熟料生产线上,进行了污泥烧制水泥熟料的生产试验,结果表明:(1)利用日产5000吨新型干法水泥熟料生产线对污泥进行资源化处理和利用,污泥的处理量可达310吨/天,并且对环境没有不利影响。(2)利用新型干法水泥生产线对污泥进行资源化利用,不需要增加专门的污泥烘干设备或新的热源,不影响窑的台时产量,熟料的煤耗下降2.5%左右。(3)利用污泥替代部分水泥原料烧制的水泥熟料,熟料强度有所提高,28天抗折强度达到9.0MPa左右,抗压强度达到60.0MPa左右,凝结时间正常。利用污泥生产生态水泥不仅使污泥中的有害物质分解或者固化,达到了污泥无害化处理的目的;而且替代了水泥生产过程中的部分原料、燃料,达到了污泥资源化利用的目的。总而言之,通过本文的研究表明,污泥在水泥生产过程中进行协同处理,技术上可行,可以实现污泥的无害化处置和资源化利用,有一举多得的效果,具有良好的社会效益和经济效益。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目录  10-12
第一章绪论  12-33
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 污泥及其利用现状  13-19
    1.2.1 污泥的概况与环境问题  13-14
    1.2.2 污泥的分类  14-15
    1.2.3 污泥的特性  15-16
    1.2.4 污泥处理的一般原则  16
    1.2.5 污泥处理处置方法  16-19
  1.3 硅酸盐水泥的生产  19-21
    1.3.1 硅酸盐水泥矿物的组成  19-20
    1.3.2 硅酸盐水泥水化  20-21
  1.4 水泥工业利用废弃物的概况和研究进展  21-31
    1.4.1 水泥工业利用废弃物的主要途径及问题  21-22
    1.4.2 利用污泥生产水泥的研究现状  22-26
    1.4.3 污泥中的微量元素对熟料烧成的影响  26-30
    1.4.4 污泥中的微量元素对水泥水化的影响  30-31
  1.5 本文的主要工作  31-33
第二章实验原料、实验器材和实验方法  33-39
  2.1 实验原材料  33-34
  2.2 实验设备和器材  34-35
  2.3 试样制备和实验方法  35-39
第三章利用污泥烧制水泥的室内研究  39-60
  3.1 实验过程  39-41
  3.2 实验结果  41-55
    3.2.1 游离氧化钙分析  41-44
    3.2.2 XRD分析  44-46
    3.2.3 抗压、抗折强度  46-49
    3.2.4 凝结时间  49-50
    3.2.5 SEM分析  50-51
    3.2.6 水化样分析  51-54
    3.2.7 重金属滤出试验  54-55
  3.3 讨论  55-58
    3.3.1 污泥对熟料烧成的影响  55-56
    3.3.2 污泥对强度的影响  56-58
    3.3.3 重金属固化  58
  3.4 本章小结  58-60
第四章利用污泥制备生态水泥的生产试验  60-67
  4.1 试验过程  60-63
    4.1.1 工艺流程  60-62
    4.1.2 原燃材料情况  62
    4.1.3 配料方案  62-63
    4.1.4 生料质量控制  63
    4.1.5 熟料锻烧  63
  4.2 试验效果  63-66
    4.2.1 熟料产量和煤耗  63-64
    4.2.2 污泥处理量  64
    4.2.3 熟料质量  64-65
    4.2.4 对环境的影响  65-66
  4.3 小结  66-67
第五章结论  67-68
参考文献  68-73
攻读硕士期间发表论文  73

利用污泥制备生态水泥的初步研究

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