[0001] 本发明涉及一种新的水泥，特别是一种利用污水处理厂排出的污水泥渣为原料生产的一种污水泥渣式水泥，并为其提供了实用的制备方法，属于环保或水泥领域。

[0002] 污水处理厂的污水泥渣是将生活污水用重力浓缩为主和机械化脱水等排出的废渣，它含有植物生长发育所需的氮、磷、钾及维持植物正常生长发育的多种微量元素和能改良土壤结构的有机质，同时也含有病原微生物、寄生虫(卵)、重金属及某些难降解的有机毒物。含水率在70～80％，开发利用十分困难。

[0003] 为了处理这些污泥，国内外很多人想了不少办法，其方法主要是将污泥进行填埋、堆放、投弃海洋、焚烧、堆肥处理等。在我国未来年代里，每年有2亿吨污泥排放量出现。土地填埋、堆放、是目前处理污泥的主要方法。该法的处理过程简单，但需要大量场地和运费，地基需作防漏处理，以免污染地下水和散发臭味。另外，适合充填的土地逐年减少，美国环保局统计今后16年内，美国6500块填埋场将有5000个关闭。有的州已无场地可供堆放污泥。对于投弃海洋，虽是一种方便而经济的处理方法，但此法会危害海洋生态系统及人类食物链，会造成全球范围内的危害，应予禁止。对于焚烧处理法，明显存在焚烧设备及运行费用昂贵，废气会造成大气污染，也不是好方法。对于堆肥化处理方法，是借助于微生物对污泥中的有机废物进行分解，但污水污泥中的重金属和有机污染物含量已成为污泥土地利用的重要限制因素，污泥中往往含有大量的铜、镍、镉、铅、锌、汞等重金属和许多种有毒有机物，若农田中长期施用，会导致土壤污染，它们被农作物吸收后又通过食物链进入人体，从而影响人体健康。目前据有关资料统计，日本污泥陆地和海洋填埋占62.7％，农用绿化占24.9％，其他处置占12.4％，德国污泥填埋占80％，农用绿化占8％，焚烧占8％，堆肥占4％。美国污泥填埋占35％，焚烧占15％，农用或其他土地利用占49％，其他处置占1％。综上所述，到目前为止，还未见有其它更好的有利于环保的污泥处理方法的报道。

[0004] 本发明的目的是为了克服上述现有的对污水泥渣处理的各种方法的不足之处，提供一种能将堆积如山又难以处理的污水泥渣变废为宝，生产成需求量巨大、投资少、耐磨强度高、抗冻性能好、干缩性小、既有利于环保、又能降低生产成本的污水泥渣式水泥。

[0005] 本发明的另一目的是为生产出合格的污水泥渣式水泥而提供一种实用的制备方法。

[0006] 本发明的污水泥渣式水泥，其主要成分由70％～95％的水泥与30％～5％的污水泥渣产品混合而成。

[0007] 所述污水泥渣产品中的原料重量份为：污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份。

[0008] 为了在确保产品质量的前提下进一步降低成本和利用其它一些工业废物，可将污水泥渣产品的原料在上述重量份为：污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份的基础上，再增加下述原料重量份为：硫酸铝渣1～3份，磷石膏或脱硫石膏1～2份、矿渣2～6份、粉煤灰1～2份。

[0009] 为了生产出合格的污水泥渣式水泥，经过多次试验比较，提供一种由下列步骤组成的优选的适合工业化生产的实用的制备方法。

[0010] A)将原料重量份为：污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份和适量水加入搅拌成型机加工成料球，自然晾干成生料球；或将污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、硫酸铝渣1～3份、磷石膏或脱硫石膏1～2份，矿渣2～6份、粉煤灰1～2份和适量水加入搅拌成型机加工成料球，自然晾干成生料球；

[0011] B)将生料球置于烘干焙烧窑内经100～200℃的低温烘干带烘干20～40分钟，再经500～1000℃高温焙烧带焙烧50～100分钟，出窑后自然冷却成熟料球即为污水泥渣产品；

[0012] C)将污水泥渣产品与水泥熟料按30％～5％：70％～95％的比例混合在一起粉磨成粉即为污水泥渣式水泥，也可将污水泥渣产品粉磨成粉后再与水泥按30％～5％:70％～95％的比例混合在一起即为污水泥渣式水泥。

[0013] 为了便于晾干和焙烧，所述料球的粒径为5～30mm最佳。

[0014] 本发明的污水泥渣式水泥，其主要成分中的污水泥渣产品中的几种原料，如污水泥渣是污水处理厂排出的会对环境造成严重污染的废渣，硫酸铝渣也是化工厂用硫酸处理铝矾土等含高氧化铝矿物生产硫酸铝产品时排出的会对环境造成严重污染的废渣，乙炔气渣或石灰渣、磷石膏、脱硫石膏、矿渣和粉煤灰也都是工业废渣，按一定比例混合，会在产生一定的化学反应基础上还对污水泥渣产生腐蚀作用，从而破坏污水泥渣中的有害物质的原有结构，再经低温烘干和高温焙烧，使其在化学活化阶段形成的水化产物发生分解脱水，生成无水矿物，并产生新的产物，这些新产物本身就是具有高活性的水硬性胶凝材料，同时含有大量的纳米粒子高分散性的硅和钙的水化物，由于具有高活性SiO2迅速与硅酸盐矿物水化产生的Ca(OH)2反应，水泥水化完成后。最终水化物是以C-S-H为主的水化硅酸钙凝胶，以及水化铝酸钙、水化硫铝酸钙、水化硫铁酸钙等，构成具有微晶结构的网络状晶体，可使产品结构中产生新的功能基团，增加了纳米粒子的高分散性的硅和钙的水化物，生成新的晶格畸变、产生功能基因，形成类似固溶体的结晶产物。在水泥中，能更好地和熟料产生水化物共同胶合，所用的骨料也能与具有水硬性，水化速度较慢的矿渣之类材料紧紧胶合，并能给这些水化缓慢的材料提供好的水化条件，更富有耐久性能，特别是能够给矿渣之类的水化慢的材料提供好的水化条件。因此，经该水法加工处理出来的污水泥渣产品，与水泥混合使用能有效提高水泥胶凝性能和水泥石的稳定性能以及水泥的强度，特别是能提高矿渣水泥耐磨等性能，还可替代特种水泥使用，提高了水泥石的致密度和机械强度，使水泥早后期强度持续增长，超过硅酸盐水泥或矿渣水泥以及其它品种水泥早后期强度。该方法能将污水处理厂排出的堆积如山又难以处理的污水泥渣处理成需求量巨大、投资少、耐磨强度高、抗冻性能好、干缩性小、既有利于环保、又能降低生产成本的优质水泥。

[0015] 本发明的污水泥渣式水泥可用70％～95％的水泥与30％～5％的污水泥渣产品混合而成。

[0016] 其中的污水泥渣产品用下列各组的重量份原料均可制成：

[0017] 1、污水泥渣7份、乙炔气渣或石灰渣3份。

[0018] 2、污水泥渣7份、乙炔气渣或石灰渣1份。

[0019] 3、污水泥渣7份、乙炔气渣或石灰渣2份。

[0020] 4、污水泥渣5份、乙炔气渣或石灰渣3份。

[0021] 5、污水泥渣5份、乙炔气渣或石灰渣1份。

[0022] 6、污水泥渣5份、乙炔气渣或石灰渣2份。

[0023] 7、污水泥渣2份、乙炔气渣或石灰渣3份。

[0024] 8、污水泥渣2份、乙炔气渣或石灰渣1份。

[0025] 9、污水泥渣2份、乙炔气渣或石灰渣2份。

[0026] 综上所述，污水泥渣产品的重量份原料在污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份的范围内均为有效。

[0027] 为了在确保产品质量的前提下进一步降低成本和利用其它一些工业废物，可将污水泥渣产品的原料在上述重量份为：污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份的基础上，再增加下述原料重量份为：硫酸铝渣1～3份，磷石膏或脱硫石膏1～2份、矿渣2～6份、粉煤灰1～2份。

[0028] 10、污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、硫酸铝渣1份，磷石膏或脱硫石膏1份、矿渣2份、粉煤灰1份。

[0029] 11、污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、硫酸铝渣3份，磷石膏或脱硫石膏2份、矿渣6份、粉煤灰2份。

[0030] 12、污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、硫酸铝渣2份，磷石膏或脱硫石膏1.5份、矿渣4份、粉煤灰1.5份。

[0031] 13、污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、硫酸铝渣1～3份。

[0032] 14、污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、磷石膏或脱硫石膏1～2份。

[0033] 15、污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、矿渣2～6份。

[0034] 16、污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、粉煤灰1～2份。

[0035] 17、污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、硫酸铝渣1～3份，磷石膏或脱硫石膏1～2份。

[0036] 18、污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份、硫酸铝渣1～3份，磷石膏或脱硫石膏1～2份、矿渣2～6份。

[0037] 19、综上所述，污水泥渣产品的原料可在重量份为：污水泥渣2～7份、乙炔气渣或石灰渣1～3份的基础上，再增加下述原料重量份为：硫酸铝渣1～3份，磷石膏或脱硫石膏1～2份、矿渣2～6份、粉煤灰1～2份中的一种或几种均为有效。

[0038] 其优选的实用的制备方法是：在上述组分的重量份的原料中加入适量水在搅拌成型机(或其它搅拌机)加工成料球，自然晾干成生料球；再将生料球置于烘干焙烧窑内(如隧道窑等)先经100～200℃的低温烘干带烘干20～40分钟，再经500～1000℃高温焙烧带焙烧50～100分钟，出窑后自然冷却成熟料球即为污水泥渣产品；最后将污水泥渣产品与水泥熟料按30％～5％:70％～95％的比例混合在一起粉磨成粉即为污水泥渣式水泥，也可将污水泥渣产品粉磨成粉后再与水泥按30％～5％:70％～95％的比例混合在一起即为污水泥渣式水泥。上述焙烧温度设在500～1000℃之间均可，如低于500℃则会使生料球烧不透而影响质量，如温度高于1000℃，并不会提高熟料球的质量，反而会影响新的功能基团的产生，还会多消耗很多燃料而增加成本，焙烧温度控制在800℃左右最好。对料球体积的要求不是很严格，但体积过小则会影响料球的质量，体积过大不易烧透，料球粒径一般控制在5～25mm为宜。

[0039] 在纯熟料水泥中分别加入5％、10％、15％、25％的污水泥渣产品而组成的不同比例的污水泥渣式水泥(表中序号为2-5)，分别作为胶凝材料与纯熟料水泥(表中序号为1)作为胶凝材料，按照ISO有关水泥物理性能测试标准进行了强度、耐磨、抗冻、干缩性等物理性能测试。其测试结果如表1所示。

[0040] 表1：几种不同混合比例的污水泥渣式水泥与纯熟料水泥性能比较表[0041]

[0042] 由表1可知，在纯熟料水泥中掺入适量的污水泥渣产品，其物理性能比纯熟料水泥更好，而纯熟料水泥的质量在水泥中是最好的，但成本是最高的，在掺入部分污泥产品粉后的质量还能有进一步的提高，成本却能因污水泥渣产品的低成本而明显下降。

[0043] 实施例2：

[0044] 将现有的商品胶凝材料的矿渣粉与污水泥渣产品按一定比例混合成的污水泥渣式水泥作为胶凝材料，按照ISO有关水泥物理性能测试标准与商品普通水泥、道路水泥、复合水泥进行性能比较，结果如表2所示：

[0045] 表2：污水泥渣式水泥与常用几种水泥性能比较表

[0046]

[0047] 由表2可见，在现有的商品矿渣粉中掺入一定比例的污水泥渣产品而成的污水泥渣式水泥作为胶凝材料，其抗折强度，抗压强度和耐磨、抗冻、干缩性能都高于未掺入污水泥渣产品的普通水泥、道路水泥、复合水泥。由此可见，能很好的代替普通水泥、道路水泥、复合水泥使用。

[0048] 实施例3

[0049] 在商品矿渣水泥中分别加入一定比例的污水泥渣产品混合而成的污水泥渣式水泥(表中序号为2-5)分别作为胶凝材料与商品矿渣水泥(表中序号为1)作为胶凝材料，分别按照ISO有关水泥物理性能测试标准进行强度和耐磨、抗冻、干缩性等物理性能测试比较，其测试结果如表3所示：

[0050] 表3：几种不同混合比例的污水泥渣式水泥与矿渣水泥性能比较表[0051]