不锈钢冷轧副产污泥的优化利用技术研究

摘要

各种工业副产物的大量产生和主要原料劣质化是水泥工业面临的严峻现实和挑战，也为其向环保产业的转化提供了新的机遇。本文重点针对不锈钢冷轧脱水污泥的资源化优化利用的主题从两个方面进行了相关优化技术的研究。分别探讨了利用污泥配料改善高碱熟料煅烧和性能的技术途径和污泥热活化处理制备水泥活性混合材的技术方法。在明确不锈钢副产污泥组成和理化特性基础上，采用正交试验优化研究的方法探索了污泥掺量、熟料三率值和煅烧温度等多个因素分层次变化对高碱水泥熟料烧成质量及其相关性能的影响规律。研究结果表明不锈钢污泥参与煅烧后对熟料矿物的形成影响作用非常显著，在其最优掺量的条件下，能够显著抑制碱对熟料形成及品质的危害作用，使熟料矿物尤其是C3S晶体发育完善，烧成质量优化，从而改善相应的物理力学性能。污泥改善熟料烧成质量的原因在于其组成中除存在较多的铁质组分外，还含有一定量的氟、铬、镍元素，这些微组分具有良好的矿化作用，当高碱生料中配入适量的污泥后，煅烧时体系共熔点明显降低，高温液相量增加，液相黏度降低，这些特点都会弥补碱对体系烧成环境的不利影响，使熟料形成条件显著改善。然而污泥掺量过高时，因高温液相量比例过高，黏度过低，破坏了C3S晶体生长的平衡条件，烧成中易出现结块现象，反而不利于熟料矿物晶体的形成与完善。在本研究中对于高碱熟料的最优煅烧控制参数范围分别为：KH0.93、SM2.7、IM1.4、污泥掺量5.41％、煅烧温度1400℃。
　　 不锈钢污泥热活化处理技术研究表明随着煅烧温度的逐步提高至900℃时，污泥水化活性随之明显提高，但继续升高温度至1000℃时，污泥的活性反而大幅降低。究其原因，在500℃以下煅烧，原状污泥中的某些矿物发生分解，使污泥结构扭曲变形，内能相应增加，但此时污泥结构非常疏松，吸附能力强，掺入水泥后，试样需水量大，导致水化浆体结构难以密实，绝对强度不高；进一步提高煅烧温度至700℃，体系结构进一步破坏，系统内能进一步升高，水化活性也相应提高，使相关试样的强度增长明显；相对而言900℃煅烧的污泥活性最高，此时不仅系统原始结构充分分解，而且发生部分固相反应，在生成一些具有水化活性的新产物的同时，体系的内部结构也趋于致密化，降低了需水性，作为水泥混合材表现出较高的水化活性；1000℃烧成的污泥虽然有更多的新物相产生，但是其中如蓝晶石、氟硅酸钙等均没有水硬活性，使污泥体系的水化活性大幅降低，表现出惰性材料的特性。因此必须控制污泥适宜的热处理温度，以保证其具有较高的水化活性，在本文条件下热活化温度范围在700℃～900℃为宜。将相关掺30％污泥配制的污泥水泥不同龄期水化试样按相关标准HJ557-2009、GB/T15337-2008和GB5085.3-2007进行重金属浸出毒性检测分析，其Cr、Ni重金属元素浸出量均低于国家标准5mg/L限量指标，说明不锈钢污泥作为水泥混合材具有良好的环境安全性。
　　 以上研究成果表明，不锈钢污泥在适宜工艺参数条件可制得质量优良的高碱水泥熟料；不锈钢污泥经过700℃～900℃热活化处理后也可作为水泥活性混合材使用。这不但可以实现不锈钢污泥的优化利用，有效避免其对环境可能造成的“二次污染”，而且还可以改善高碱水泥的质量，为实现污泥和高碱劣质原料的资源化综合利用开辟新的技术途径。