一种工业化纤污泥用于水泥生产的初步研究

0 引言

化纤工业污泥是化纤工厂污水处理的最终产物，具有刺激性气味。它的无机成分主要含有Ca、S、O等，它的有机成分中含有大量的有机纤维、腐殖质、细菌以及细菌的各级代谢产物，其中也包含了寄生虫、微生物、一些高分子材料的残渣，各种有机溶剂的残余，重金属等^[2]，因此对化纤工业污泥的无害化综合利用非常重要。目前，化纤工业污泥的处理一般是通过浓缩、消毒、脱水、干化后，填埋、焚烧、排海、农用及其他资源化方法，而这些方法都会不同程度的造成二次污染。化纤污泥的化学特性与水泥生产所用的原料基本相似，用污泥取代部分原料和燃料用于生产水泥，除可实现资源、能源的充分利用，还可将其中的有毒有害物质中和吸收掉或固化到水泥基体中，使危害减到最小。

本文主要讨论一种含SO₃较高的化纤工业污泥预处理后作为矿化剂制得硅酸盐水泥的性能特征。

1 实验过程与结果

  1.1 污泥的来源与处理

本实验所用污泥是某化纤工厂污水处理并经过脱泥机挤压脱水后的产物。从表观看，污泥呈棕色，有少量纤维等有机物质，有刺激性气味。

对污泥采取60℃、300℃直接烘干和500℃×1h、800℃×1h煅烧等不同处理方法。观察其形态变化及碱性强弱。结果见表1-1

表1-1 污泥的处理方法及外观特征

1.2 污泥的化学分析

取800℃×1h煅烧污泥送化学分析室，作化学成分分析。其化学分析结果见表1-2。

表1-2 800℃×1h煅烧污泥化学成分分析

注：LOI为正值(灼烧后质量增加)。

由表1-2可见，800℃煅烧泥中CaO、SiO₂、Al₂O₃含量均比较高适宜作为水泥原料。

1.3污泥作矿化剂制备硅酸盐水泥

设计硅酸盐水泥熟料率值：KH=0.96，n=2.0，p=1.5。所用工业原料有石灰石、粘土、铁粉、粉煤灰、磷石膏，化学试剂有CaF₂、Al₂O₃，其中Al₂O₃烧失量为2.3%。

工业原料化学成分分析结果见表1-3。

表1-3 工业原料化学成分

采用递减试凑法，配700g用磷石膏做矿化剂的基准生料样和700g用800℃×1h煅烧污泥做矿化剂的污泥生料样，其中要求粉煤灰占生料的5%，SO₃为1%，氟化钙为0.5%。配料结果见表1-4。

表1-4 生料配料结果(单位：g)

按表1-4配料计算的配合比例，准确称取各原料，放入实验室球磨机内磨制60分钟左右，使其细度控制在0.080mm方孔筛筛余约4%。磨好的生料粉加入15%的水拌匀，用钢模人工压制成Φ60×10~15mm的波形圆饼，晾干备烧。

首先每个样取一个生料饼的四分之一，置于硅钼棒高温炉内，从室温以约10℃/min的升温速度升温至800℃，然后以5℃/min的升温速度从800℃升至烧成温度1350℃，在1350℃下保温60min，断电冷却至1200℃时取出。看其易烧性。

将其余料饼同样以约10℃/min的升温速度升至800℃，然后以5℃/min的升温速度从800℃升至烧成温度1400℃，在1400℃下保温60min，断电冷却至1200℃时取出。

将煅烧好的各水泥熟料、磷石膏经人工破碎后，按96:4的比例置于实验球磨机内粉磨至细度0.080mm方孔筛筛余不足4%，制得水泥。

1.4 性能测试与结果

1.4.1 污泥的EDS分析

取60℃烘干泥、800℃煅烧泥，用瓷研钵研细，作EDS分析。所用SEM-EDS分析仪为日本日立公司生产的S-2500型扫描电镜，结果见表1-5。

表1-5 污泥EDS分析结果

由表1-5可见，污泥主要含有Ca、S、O、C、Zn等元素，还含有微量元素Na、Mg、Fe、Ti等。