一种降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法技术

本发明专利技术属于建筑材料技术领域，公开了一种降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法。该方法包括以下步骤：制备水泥生料，然后向水泥生料中加入含硫化合物，混合均匀后压片并煅烧即得到水泥熟料。本发明专利技术利用工业生产的副产品CaSO4·2H2O和CaS等含硫化合物，能够在不影响水泥熟料烧成的质量的前提下，有效降低水泥熟料烧成中Pb的挥发率。该方法实施过程中所使用的原材料成本低廉，不改变现有水泥生产环境，易于大规模推广和生产应用。

【技术实现步骤摘要】
一种降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法
本专利技术属于建筑材料
，特别涉及一种降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法。
技术介绍
我国的水泥产量已连续26年位居世界第一，水泥的生产消耗了大量的煤、石灰石等自然资源，这对于我国的可持续发展是十分不利的。与此同时，随着我国城市与工业的发展，大量的城市与工业固体废弃物随之产生。据统计，2016年，我国排放了超过3亿吨的城市固体废弃物以及33亿吨的工业固体废弃物。这些固体废弃物给我们的环境造成极大负面影响的同时，也含有大量的可利用资源。将固体废弃物作为替代原料与燃料用于水泥窑的生产中，一方面能够减少废弃物对环境的污染，另一方面降低了水泥生产过程中煤、石灰石等自然资源的消耗。然而，固体废弃物中普遍含有毒性大、易挥发的重金属铅，在水泥窑的高温环境下，重金属铅会随着烟气排放出水泥窑，给周围环境带来极大的威胁。因此，亟需开发一种可以在水泥窑协同处置固体废弃物过程中提高水泥熟料对重金属铅的固化能力、降低铅挥发率的方法，为水泥窑协同处置固体废弃物的有效实施及推广奠定技术支撑。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法，以实现水泥窑协同处置固体废弃物过程中降低重金属铅挥发的目的。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法，包括以下步骤：制备水泥生料，然后向水泥生料中加入含硫化合物，混合均匀后压片并煅烧即得到水泥熟料，煅烧过程中可降低重金属铅的挥发。所述的制备水泥生料是指选用石灰石、粘土、铁矿石(作为校正原料)、固体废弃物作为水泥生料的原料，按照石灰饱和系数KH＝0.85-0.95、硅率SM＝1.7-2.7、铝率IM＝0.8-1.7配制水泥生料，优选按照石灰饱和系数KH＝0.9、硅率SM＝2.5、铝率IM＝1.6配制水泥生料。优选的，所述的固体废弃物为高温煅烧后的固体废弃物，其中的高温煅烧是指在600-800℃煅烧0.5-1h。更优选的，所述的原料在使用之前均经过粉碎、干燥并过筛的步骤，其中的干燥指在80-120℃烘箱中干燥6-10h，过筛是指过180目筛，筛余量﹤2.5％。水泥原料选用石灰石、粘土、铁矿石和固体废弃物，其中石灰石的主要成分为CaCO3，粘土的主要成分为SiO2及Al2O3，铁矿石的主要成分为Fe2O3，固体废弃物加入到水泥生料之前需经过高温煅烧，煅烧后的固体废物的主要成分为SiO2,Al2O3及Fe2O3等，与水泥生料的成分基本一致。控制率值石灰饱和系数、硅率和铝率，根据鲍格公式计算石灰石、粘土、铁矿石以及固体废弃物的配比。所述的含硫化合物为CaSO4·2H2O和CaS中的至少一种；所述的含硫化合物的用量满足每100重量份的水泥生料对应加入0-2份的含硫化合物，其中含硫化合物的用量不为0；优选的，所述的含硫化合物的用量满足每100重量份的水泥生料对应加入0.5-2份的含硫化合物。所述的压片是指向混合均匀后的混合物中加入混合物质量的10％的无水乙醇，然后置于不锈钢模具中压片。因为水泥熟料烧成过程中会有少量的液相生成，所以要压片使烧结后的水泥容易取出。所述的煅烧之前还包括一个干燥的操作，具体包括：将压片后的混合物置于60-120℃烘箱中干燥0.5-3h；所述的煅烧是指以10℃/min的升温速率从室温升至1450℃然后保温45min后。所述的煅烧之后还可包括一个急冷并过180目筛的步骤。本专利技术中所述的室温是指25℃。本专利技术的机理为：含硫化合物CaS和CaSO4的加入可以降低水泥熟料烧成过程中液相产生的温度、增加液相量、降低液相粘度，进而促进固相反应过程中的离子交换，使得Pb更容易进入熟料的晶格中，提高了熟料对Pb的固化能力，从而降低了Pb的挥发率。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：本专利技术提出的降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法，利用工业生产的副产品CaSO4·2H2O和CaS等含硫化合物，能够在不影响水泥熟料烧成的质量的前提下，有效降低水泥熟料烧成中Pb的挥发率。该方法实施过程中所使用的原材料成本低廉，不改变现有水泥生产环境，易于大规模推广和生产应用。附图说明图1为实施例1所得的水泥熟料以及典型熟料矿物(C3S、C2S、C3A、C4AF)的XRD图；图2为实施例1中不同CaSO4·2H2O掺量下各个熟料中f-CaO的含量图；图3为实施例1中不同CaSO4·2H2O掺量下重金属Pb的挥发率图；图4为实施例2所得的水泥熟料以及典型熟料矿物(C3S、C2S、C3A、C4AF)的XRD图；图5为实施例2中不同CaS掺量下各个熟料中f-CaO的含量图；图6为实施例2中不同CaS掺量下重金属Pb的挥发率图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。实施例中所述的固体废弃物为广东越堡水泥厂的垃圾焚烧灰，其由垃圾经过800℃煅烧得到的，Pb含量为385mg/kg。实施例中所用原料石灰石、粘土、铁矿石和固体废弃物的化学成分如下表1所示：表1实施例中所用原料石灰石、粘土、铁矿石和固体废弃物的化学成分原料名称烧矢量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其它总计石灰石39.694.3601.6453.070.470.77100.00粘土4.1865.3217.344.711.210.486.76100.00铁矿石2.5634.454.2930.8726.870.250.71100.00固体废弃物35.0427.09.777.8515.330.964.05100.00实施例中水泥生料的烧失量LOI值的测定方法为：用已灼烧至恒重m1的瓷坩埚放在天平上，称取生料5±0.5g放入坩埚中，然后将其移入烘箱内105℃烘干至恒重m2，最后将烘干的样品放入马弗炉中，在1050℃煅烧2h，关掉电源待炉内温度降至200℃左右时取出，放入干燥器，冷却后称重为m3。水泥生料的烧失量LOI值按下式计算：LOI＝(m2-m3)/(m2-m1)×100％。实施例水泥熟料中f-CaO的含量采用GBT176-2008标准要求测定。实施例中水泥熟料中铅的含量的测定方法如下：称取0.5±0.01g水泥熟料，然后放入特氟龙试管中，首先向试管中加入10mL的H2O2，将试管放入石墨微波消解炉中，在180℃下加热30min，然后冷却至室温；接着加入10mL王水(HCl:HNO3＝3:1)，在180℃加热1h直到试管内没有沉积物；冷却至室温后，加入5mLHF在180℃加热1h；冷却后加入5mLHClO4加热直到试管内液体近干且残渣态呈白色透明状。待残渣冷却至室温后，将其倒入200mL容量瓶中，用蒸馏水洗涤特氟龙管三次，洗涤液倒入容量瓶，最后加入5％的HNO3定容至200mL。用原子吸收光谱仪测定容量瓶中Pb的浓度，从而得到水泥熟料中铅的含量。实施例中Pb的挥发率计算方法如下：将测定好的水泥生料烧失量LOI值，水泥熟料中铅的含量的测定值带入公式R＝K/[S/(1-LOI)]进行计算，其中R为熟料烧成过程中Pb的挥发率(％)；S和K分别为水泥生料及熟料中铅的含量(mg/Kg)；LOI为水泥生料的烧失量。实施例1(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法，其特征在于包括以下步骤：制备水泥生料，然后向水泥生料中加入含硫化合物，混合均匀后压片并煅烧即得到水泥熟料。

【技术特征摘要】
1.一种降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法，其特征在于包括以下步骤：制备水泥生料，然后向水泥生料中加入含硫化合物，混合均匀后压片并煅烧即得到水泥熟料。2.根据权利要求1所述的降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法，其特征在于：所述的含硫化合物为CaSO4·2H2O和CaS中的至少一种。3.根据权利要求1所述的降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法，其特征在于：所述的含硫化合物的用量满足每100重量份的水泥生料对应加入0-2份的含硫化合物，其中含硫化合物的用量不为0。4.根据权利要求1所述的降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法，其特征在于：所述的制备水泥生料是指选用石灰石、粘土、铁矿石、固体废弃物作为水泥生料的原料，按照石灰饱和系数KH＝0.85-0.95、硅率SM＝1.7-2.7、铝率IM＝0.8-1.7配制水泥生料。5.根据权利要求4所述的降低水泥熟料烧成中重金属铅挥发的方法，其特征在于：所述的固体废弃物为高温煅烧后的固体废弃物，其中的高温煅烧是指在600-800℃煅烧0...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦江雄，张宾，曾正祥，石亮，张同生，余其俊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44