第十章-固体废物制备建筑材料

固体废物处理与处置第十章固体废物制备建筑材料固体废物处理与处置固体废物处理与处置典型固体废物制备建筑材料方法2建筑材料1第十章固体废物制备建筑材料固体废物处理与处置10.1建筑材料10.1.1无机建筑材料10.1.2水泥10.1.3建筑玻璃10.1.4混凝土10.1.5建筑陶瓷固体废物处理与处置10.1.1无机建筑材料⒈建筑石膏表10.1石膏的矿物成分和结晶水含量等级矿物成分/%结晶水含量/%主要用途A型B型CaSO4·2H2OCaSO4·2H2O+CaSO41≥95≥19.88医用、食用、艺术品模型2≥85≥17.79建筑制品3≥75≥15.78≥75≥13.35水泥缓凝组分农用含硫肥料4≥65≥13.68≥65≥11.965≥55≥11.51≥55≥10.56固体废物处理与处置10.1.1无机建筑材料⒉建筑石灰①生石灰粉②消石灰粉③石灰膏⒊水玻璃水玻璃是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐，俗称泡花碱。固体废物处理与处置10.1.2水泥⒈硅酸盐水泥原料的化学成分和熟化过程⑴硅酸盐水泥原料的化学成分表10.2硅酸盐水泥原料的化学组成化学成分常用缩写大致含量/%CaOC62～67SiO2S20～24Al2O3A4～7Fe2O3F2.5～6固体废物处理与处置10.1.2水泥(2)硅酸盐水泥的熟化过程①蒸发自由水②脱除结晶水③碳酸盐分解OHSiOOAlOHSiOOAl223222322222固体废物处理与处置10.1.2水泥④固相反应（ⅰ）约800℃时，CaO·Al2O3(CA)、CaO·Fe2O3(CF)、2CaO·SiO2(C2S)开始生成；（ⅱ）800～900℃时，逐渐形成12CaO·7Al2O3（C12A7），2CaO·Fe2O3(C2F)；3232OAlCaOCaOOAl3232OFeCaOCaOOFe2222SiOCaOCaOSiO32327125)(7OAlCaOCaOOAlCaO32322OFeCaOCaOOFeCaO固体废物处理与处置10.1.2水泥（ⅲ）900～1100℃时，2CaO·Al2O3·SiO2(C2AS)形成又分解，开始形成3CaO·Al2O3(C3A)和4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)，所有CaCO3均分解，游离CaO达到最大值；（ⅳ）1100～1200℃时大量形成C3A和C4AF，C2S含量达到最大值。⑤熟料的烧结反应23223222SiOOAlCaOSiOOAlCaO)3(797123232OAlCaOCaOOAlCaO)4(77122)2(732323232OFeOAlCaOOAlCaOCaOOFeCaO固体废物处理与处置10.1.2水泥⒉硅酸盐水泥⑴硅酸盐水泥熟料的矿物组成表10.3硅酸盐水泥熟料的主要矿物主要熟料矿物名称（化学式）简写含量/%性能与作用硅酸三钙（3CaO·SiO2）C3S36～60硅酸盐水泥熟料的最主要的矿物，水化反应速度较快，水化热较高，对水泥早期和后期强度起主要作用硅酸二钙（2CaO·SiO2）C2S15～37硅酸盐水泥的主要成分，水化速度慢，水化热很低，对水泥后期强度起主要作用铝酸三钙（3CaO·Al2O3）C7～15水化速度最快，水化热最高，对早期强度和凝结时间影响较大，耐化学腐蚀性较差铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）C4AF10～18含量较少，水化速度较快，水化热较大，对水泥弯曲强度起重要作用固体废物处理与处置10.1.2水泥水泥的主要熟料矿物的性质比较为：水化速度C3A＞C3S＞C4AF＞C2S水化热C3A＞C3S＞C4AF＞C2S强度C3S＞C2S＞C4AF＞C3A耐化学侵蚀C4AF＞C2S＞C3S＞C3A干缩性C3A＞C3S＞C2S＞C4AF固体废物处理与处置10.1.2水泥(2)硅酸盐水泥的水化水泥浆溶液中的主要离子有硅酸钙Ca2+、OH－；铝酸钙Ca2+、；硫酸钙Ca2+、；碱的硫酸盐K+、Na+、。固体废物处理与处置10.1.2水泥硅酸盐水泥的水化过程，可概括为如下步骤。①钙钒石形成期②C3S水化期③结构形成期和发展期④硅酸盐水泥水化产物固体废物处理与处置10.1.2水泥表10.4硅酸盐水泥的主要水化产物水化产物名称化学组成常用缩写所占比例/%水化硅酸钙xCaO·2SiO2·yH2OC-S-H70氢氧化钙Ca(OH)2CH20三硫型水化硫铝酸钙(钙钒石)3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2OC·S(—)·H32(或AFt)7单硫型水化硫铝酸钙(单硫盐)3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2OC·CS(—)·H12(或AFm)三硫型水化铁铝酸钙3CaO[Al2O3·Fe2O3]·3CaSO4·32H2OC3(A,F)·S(—)·H32单硫型水化硫铁铝酸钙3CaO[Al2O3·Fe2O3]·CaSO4·12H2OC3(A,F)·CS(—)·H32固体废物处理与处置10.1.2水泥(3)硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化过程分为四个阶段。在水泥加水拌和初期，水化产物数量较少，水泥浆还具有良好的可塑性。随后水化产物的数量不断增加，自由水分不断减少，水化产物颗粒间逐渐接近，部分颗粒黏结在一起，形成了一定的网状结构，水泥浆体失去可塑性，这一过程称为凝结。固体废物处理与处置10.1.3建筑玻璃⒈建筑玻璃原料的化学成分建筑玻璃主要是硅酸盐玻璃，其主要成分为SiO2、Na2O和CaO，约占95%左右，还有少量Al2O3和MgO等，全称为钠钙硅酸盐玻璃。建筑用窗玻璃的化学成分为：固体废物处理与处置10.1.3建筑玻璃表10.5玻璃原料矿物及质量要求原料作用原料矿物质量要求引入SiO2石英砂岩砂SiO2＞90%、Fe2O3＜0.2%SiO2＞95%、Fe2O3＜0.3%引入Na2O纯碱芒硝NaCO3＞98%、NaCl＜1%、Na2SO4＜0.1%、Fe2O3＜0.1%Na2SO4＞85%、NaCl＜2%、CaSO4＜4%、Fe2O3＜0.3%、H2O＜5%引入Al2O3长石高岭土Al2O3＞16%、Fe2O3＜0.3%、R2O＞12%Al2O3＞25%、Fe2O3＜0.4%引入CaO石灰石、方解石CaO≥50%、Fe2O3＜0.15%引入MgO白云石MgO≥20%、CaO≤32%、Fe2O3＜0.15%固体废物处理与处置10.1.4混凝土⒈混凝土的组成表10.6混凝土组成及各组分材料体积比组成成分水泥水砂石空气占混凝土总体积/%10～1515～2021～3335～481～322～3566～781～3固体废物处理与处置10.1.4混凝土⒉混凝土的特性①可根据不同要求配制各种不同性质的混凝土；②在凝结前具有良好的塑性，因此可浇制各种形状和大小的构件和预制件；③它与钢筋有牢固的黏结力，能制作钢筋混凝土结构和构件，大大增强制品的拉伸强度；④混凝土制品经硬化后抗压强度高，耐久性好；⑤其组成材料中砂、石等占很大部分，成本低。固体废物处理与处置10.1.5建筑陶瓷⒈陶瓷的原料陶瓷原料通常包括三大类，即具有可塑性的黏土类原料、具有非可塑性的石英类原料和熔剂原料。⒉陶瓷的成分和化学性质建筑陶瓷实质上是一种或多种金属高价氧化物，由金属原子（或准金属原子，如硅）与氧原子配位组成配阴离子，其原子间主要以离子键结合，也有一定数量的共价键。固体废物处理与处置10.2典型固体废物制备建筑材料方法10.2.1黄磷炉渣制取水泥矿化剂和混合材料10.2.2氨碱废渣制建筑胶凝材料10.2.3纯碱废渣烧制水泥10.2.4电石渣10.2.5钡渣制取建材砖10.2.6铬渣10.2.7粉煤灰10.2.8煤矸石10.2.9高炉渣10.2.10钢渣10.2.11利用赤泥生产水泥固体废物处理与处置10.2.1黄磷炉渣制取水泥矿化剂和混合材料⒈废物来源磷矿石、硅石、焦炭在电炉内高温熔融形成磷渣，经高压水冷淬产生粒状炉渣。⒉废物组成及产生量磷渣为灰白色玻璃体，主要化学组成见表10.7。表10.7磷渣的主要化学组成（%，质量分数）SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3P2O5F-41.084.1347.601.650.562.112.5固体废物处理与处置10.2.1黄磷炉渣制取水泥矿化剂和混合材料⒊废物处理工艺流程磷渣破碎筛分干燥计量配料粉磨黏土石灰石焦炭造粒成球立窑煅烧成品配料粉磨包装入库水鼓风磷渣石膏图10.1黄磷炉渣制水泥矿化剂和混合材料工艺流程固体废物处理与处置10.2.1黄磷炉渣制取水泥矿化剂和混合材料⒋工艺控制条件固体废物处理与处置10.2.1黄磷炉渣制取水泥矿化剂和混合材料5.处理效果采用黄磷渣作为矿化剂和混合材料制得的硅酸盐水泥，产品质量完全符合国家标准，水泥平均标号425#。不仅使水泥企业因降低原材料消耗，提高产品质量而取得较好的经济效益，而且黄磷厂减少或消除废渣占地和废渣对环境的污染。固体废物处理与处置10.2.2氨碱废渣制建筑胶凝材料⒈工艺流程煤灰煤矸石返石干燥配料球磨配料煅烧制段细混粗混碱渣固液分离破碎球磨建筑胶凝材料图10.2氨碱废渣制建筑胶凝材料工艺流程固体废物处理与处置10.2.2氨碱废渣制建筑胶凝材料⒉碱渣胶凝材料性能⑴建筑胶凝材料化学组成⑵建筑胶凝材料物理性能表10.8建筑胶凝材料化学组成（%，质量百分数）CaOSiO2Fe2O3MgOCl－Na2O烧失量55.749.345.034.061.610.163.70表10.9建筑胶凝材料物理性能细度稠度凝结时间/min抗折强度/Mpa抗压强度/kPa安定性4900孔6.8%26.4初凝35终凝803天4.17天5.228天6.63天21.47天32.428天43.8合格固体废物处理与处置10.2.2氨碱废渣制建筑胶凝材料⒊工艺控制条件固体废物处理与处置10.2.2氨碱废渣制建筑胶凝材料⒋处理效果碱渣胶凝材料具有超过一般水泥指标的优良性能。它可用于制作新型建材，特别是制作质轻、保暖、强度和价格适中的加气砌块制品。同时，在免烧砖和保温砖方面也有较大用量，可代替部分水泥作砌筑砂浆和素混凝土制品，具有早凝、快硬、强度高等特性。也可作粘合剂用于各种装修工程，如黏结大理石、马赛克、地板砖等，具有施工方便，固化快和黏着力大的特点。固体废物处理与处置10.2.3纯碱废渣烧制水泥⒈碱渣的化学成分及性质碱渣是白色膏状物质，表面有裂缝，稳定性差，含水60%～63%，主要成分为CaO，还有SiO2、NaCl、CaCl2等物质，具有强烈吸水性。表10.10碱渣化学成分（%，质量百分数）化学成分SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOCl－烧失量平均10.171.131.7040.834.8611.6930最大24.901.965.0343.987.7519.8731最小6.360.360.3834.972.507.3629固体废物处理与处置10.2.3纯碱废渣烧制水泥⒉反应原理碱渣的成分接近水泥的原料，因此利用碱渣烧制水泥比较合适，但因含氯化物高，含碱金属高，水分大。因此，在制备生料时必须降低有害杂质；烧成时将氯脱除，氯化物在高温下发生水解反应：在SiO2存在条件下，CaCl2与之反应，平衡向生成HCl的方向进行，使氯得以脱除，总的反应为：固体废物处理与处置10.2.3纯碱废渣烧制水泥⒊工艺流程混合材料石膏熟料碱渣石灰石硅质材料铁质材料球磨机料浆罐泵机械脱水成球机喂料机水泥窑冷却机尾气处理放空水泥磨成品水泥喷煤机煤粉空气图10.3纯碱废渣制水泥工艺流程固体废物处理与处置10.2.3纯碱废渣烧制水泥⒋工艺控制指标⑴原料配比生料碱渣占40%～60%（干基），生料中碱渣+石灰石占66%～93%，KH、n、p三个率值按熟料要求调整。⑵料浆细度4900孔/cm3，筛余＜10%，水分＜70%。⑶熟料密度1400g/L，fcao＜1%，TCl－＜0.5%。固体废物处理与处置10.2.3纯碱废渣烧制水泥⒌处理效果与普通硅酸盐水泥生产装置相比，碱渣水泥生产工艺及设备复杂，投资费高，成本也略高