技术领域
[0001] 本
发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，涉及一种资源化再利用生产钢渣
水泥的装置及工艺。
背景技术
[0002] 随着我国钢
铁产业的不断发展，钢渣的产量也不断增加。2001年我国钢渣产生量约1600万吨，到了2006年，钢渣产量达到5028万吨，而钢渣利用率仅为10％左右。如此大量的钢渣若直接填埋或倾倒在钢厂周围，不仅占用大量土地资源，还会污染环境。为提高废渣的利用率和再利用价值，近年来国内外的生产企业十分注重废渣再利用技术的研究，积极探索利用量大、附加值高的废渣利用新途径以促进经济社会与环境协调发展。同时，随着我国经济的快速发展，有色金属、电
镀、化工、印染、矿业等行业,每年都要排放大量的含重
金属离子的
废水，其排入环境后，不能被
微生物所降解，只能长期不断的累积，最终流向食物链顶端的生物，尤其是人类，由此引发的各类病症严重威胁着我们的生命安全。
[0003] 国内已有报道显示可以将钢渣作为
吸附剂处理含重金属离子废水，但都集中在研究钢渣处理重金属废水的各项操作参数的优化，如：钢渣的最佳投加量、最佳粒径、最适合的反应时间、搅拌速度等。还有一些报道也都是在探讨钢渣去除水中重金属离子的机理，并未见有相关对处理重金属废水的钢渣回收和处置方式方面的研究。
[0004] 钢渣在处理重金属废水的过程中，重金属离子吸附在钢渣表面，最终钢渣和重金属以沉淀的形式被去除，而对沉淀产物的有效回收及处置是处理工艺的重要步骤，这也是目前未能解决的一项难题。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于解决吸附重金属后的钢渣大量堆放、难以处置的问题，提供了一种将废钢渣变废为宝，资源化再利用生产钢渣水泥的装置及工艺。
[0006] 本发明的技术方案具体包括：
[0007] 一种资源化再利用生产钢渣水泥的装置，所述装置包括储水槽(1)、
蠕动泵(2)、吸附柱(3)、
污泥泵(4)、干燥箱(5)和混合机(6)，上述装置依次相连。
[0008] 所述储水槽(1)与
蠕动泵(2)之间安装调节
阀，用于调节储水槽(1)中重金属废水7的流速；蠕动泵(2)与吸附柱(3)塔底连接，连接处安装调节阀，用于调节流经的重金属废水流速；吸附柱(3)与污泥泵(4)之间安装调节阀，用于调节经废水吸附后的钢渣的流速；所述吸附柱(3)塔顶连接管道，管道出口处安装调节阀，用于调节吸附后的废水9的流速。
[0009] 一种资源化再利用生产钢渣水泥的工艺，是将经废水吸附后的钢渣，与
硅酸盐水泥、
石膏按比例混合，放入混合机中搅拌制成钢渣水泥；
[0010] 所述钢渣为吸附有重金属离子的钢渣微粉，
[0011] 所述钢渣水泥由钢渣微粉、
硅酸盐水泥、石膏按以下
质量百分比复合配制而成：
[0012] 钢渣微粉：5％-55％
[0013] 硅酸盐水泥：40％-90％
[0014] 石膏：2％-5％。
[0015] 优选方案：
[0016] 钢渣微粉：10％
[0017] 硅酸盐水泥：85％
[0018] 石膏：5％。
[0019] 所述吸附有重金属离子的钢渣微粉，重金属离子包括铅(Pd)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)、
铜(Cu)、
银(Ag)、锌(Zn)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、
钒(V)、铊(Tl)、锰(Mn)、钨(W)、钼(Mo)、金(Au)、
锡(Sn)、硒(Se)金属离子。
[0020] 上述工艺，具体包括以下步骤：
[0021] 将储水槽(1)中的重金属废水(7)经蠕动泵(2)从吸附柱塔底流入装有钢渣(8)的吸附柱(3)中，吸附后的废水(9)由塔顶排出，吸附有重金属离子的钢渣微粉经污泥泵(4)经干燥箱(5)干燥，干燥后再与硅酸盐水泥、石膏按比例混合，放入混合机(6)中经机械搅拌制成钢渣水泥(10)。
[0022] 所述的钢渣为经过
磁选除铁处理后，粉磨制成的转炉钢渣微粉。
[0023] 吸附有重金属离子的钢渣微粉经干燥箱中30℃-120℃下烘1h-8h。
[0024] 原理说明：
[0025] 钢渣作为吸附剂在处理重金属废水时，反应初期会产生絮状沉淀，随着反应的进行，絮状沉淀物逐渐沉降在钢渣表面的微孔中，溶液变得清澈，吸附反应后的钢渣依然具有良好的固液分离性，经干燥处理后，反应过程中产生的金属氢
氧化物沉淀以氧化物的形式聚集在钢渣表面，且不易溶出。由于钢渣和
水泥熟料都具有较好的胶凝性能，在水泥的水化过程中，重金属可能同OH-或硅酸盐结合成
钙的盐类，吸附在
比表面积较高的C-S-H粒子上，进入
晶体结构中，并不易溶出。
[0026] 本发明与
现有技术相比，其显著优点是：
[0027] (1)本发明是对钢渣的二次利用，先利用钢渣作为
水处理剂，去除水中的重金属离子。再利用钢渣本身具有的与水泥熟料相似的矿物成分，将吸附重金属离子后的钢渣制成钢渣水泥。
[0028] (2)制成的钢渣水泥抗压强度3天≥17Mpa，28天≥35Mpa且制成的钢渣水泥重金属溶出浓度小于国家标准中规定的重金属离子溶出浓度。
[0029] (3)解决了处理重金属废水后钢渣难以处置的问题，消除了对环境的污染，同时大大降低了水泥生产制造的成本，节约了
能源，因此，本发明具有良好的环保效益和经济效益。
附图说明
[0030] 图1为资源化再利用生产钢渣水泥的工艺路线示意图。
[0031] 图2为吸附有重金属离子铅的钢渣的粒度分布图。
[0032] 图3为
实施例2和3中制成的钢渣水泥水化3天的放热速率图。
[0033] 图4为实施例2和3中制成的钢渣水泥水化3天的放热量图。
具体实施方式
[0034] 一种资源化再利用生产钢渣水泥的工艺，是将经废水吸附后的钢渣，与硅酸盐水泥、石膏按比例混合，放入混合机中搅拌制成钢渣水泥；
[0035] 所述钢渣为吸附有重金属离子的钢渣微粉，
[0036] 所述钢渣水泥由钢渣微粉、硅酸盐水泥、石膏按以下质量百分比复合配制而成：
[0037] 钢渣微粉：5％-55％
[0038] 硅酸盐水泥：40％-90％
[0039] 石膏：2％-5％。
[0040] 优选方案：
[0041] 钢渣微粉：10％
[0042] 硅酸盐水泥：85％
[0043] 石膏：5％。
[0044] 所述吸附有重金属离子的钢渣微粉，重金属离子包括铅(Pd)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)、铜(Cu)、银(Ag)、锌(Zn)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、钒(V)、铊(Tl)、锰(Mn)、钨(W)、钼(Mo)、金(Au)、锡(Sn)、硒(Se)金属离子。
[0045] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
[0046] 实施例1：
[0047] 如图1所示，一种资源化再利用生产钢渣水泥的装置，所述装置包括储水槽1、蠕动泵2、吸附柱3、污泥泵4、干燥箱5和混合机6，上述装置依次相连。所述储水槽1与蠕动泵2之间安装调节阀，用于调节储水槽1中重金属废水7的流速；蠕动泵2与吸附柱3塔底连接，连接处安装调节阀，用于调节流经的重金属废水流速；吸附柱3与污泥泵4之间安装调节阀，用于调节经废水吸附后的钢渣的流速；所述吸附柱3塔顶连接管道，管道出口处安装调节阀，用于调节吸附后的废水9的流速。
[0048] 一种资源化再利用生产钢渣水泥的工艺，具体包括以下步骤：将储水槽1中的重金属废水7经蠕动泵2从吸附柱塔底流入装有钢渣8的吸附柱3中，吸附后的废水9由塔顶排出，吸附有重金属离子的钢渣微粉经污泥泵4经干燥箱5干燥，干燥后再与硅酸盐水泥、石膏按比例混合，放入混合机6中经机械搅拌制成钢渣水泥10。
[0049] 以二价铅离子(Pb(Ⅱ))为例，表1为吸附有重金属离子铅的钢渣的化学成分。
[0050] 表1吸附有重金属离子铅的钢渣的化学成分(％)
[0051]Loss CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 PbO
烧失量
氧化钙 二氧化硅 氧化
铝 氧化镁 氧化铁 氧化铅
0.24 39.7 30.4 14.58 7.02 2.76 1.78
[0052] 以制备样品450g为100％计，取吸附铅离子后钢渣微粉5％，取江苏某厂生产的硅酸盐水泥90％，取天然石膏5％。将这三个组分放入混合机中经机械搅拌混合均匀，即配制成钢渣硅酸盐水泥。按GB175-2007通用硅酸盐水泥国家标准，对制成的钢渣水泥进行性能测试，测试结果见表2。
[0053] 表2钢渣水泥试样检测结果
[0054]
[0055] 将配制好的钢渣水泥制成静浆试
块，标准养护28d后，将样品取出，粒径
破碎至小于5mm后进行溶出实验。铅的浓度采用电感耦合等离子发射
光谱仪(ICP)进行测定。测定结果显示，在pH为3的去离子水中铅的
浸出浓度为0.068mg/L，在pH为中性的去离子水中铅的浸出浓度为0.008mg/L，均小于GB8978-1996中规定的铅离子的浓度限值。
[0056] 实施例2：
[0057] 一种资源化再利用生产钢渣水泥的装置及工艺同实施例1。
[0058] 以制备样品450g为100％计，取吸附铅离子后钢渣微粉10％，取江苏某厂生产的硅酸盐水泥85％，取天然石膏5％。将这三个组分放入混合机中经机械搅拌混合均匀，即配制成钢渣硅酸盐水泥。按GB175-2007通用硅酸盐水泥国家标准，对制成的钢渣水泥进行性能测试，测试结果见表3。
[0059] 表3钢渣水泥试样检测结果
[0060]
[0061] 将配制好的钢渣水泥制成静浆试块，标准养护28d后，将样品取出，粒径破碎至小于5mm后进行溶出实验。铅的浓度采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)进行测定。测定结果显示，在pH为3的去离子水中铅的浸出浓度为0.098mg/L，在pH为中性的去离子水中铅的浸出浓度为0.013mg/L，均小于GB8978-1996中规定的铅离子的浓度限值。
[0062] 实施例3：
[0063] 一种资源化再利用生产钢渣水泥的装置及工艺同实施例1。
[0064] 以制备样品450g为100％计，取吸附铅离子后钢渣微粉38％；取江苏某厂生产的硅酸盐水泥60％，取天然石膏2％。将这三个组分放入混合机中经机械搅拌混合均匀，即配制成钢渣硅酸盐水泥。按GB175-2007通用硅酸盐水泥国家标准，对制成的钢渣水泥进行性能测试，测试结果见表4。
[0065] 表4钢渣水泥试样检测结果
[0066]
[0067] 将配制好的钢渣水泥制成静浆试块，标准养护28d后，将样品取出，粒径破碎至小于5mm后进行浸出实验。铅的浓度采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)进行测定。测定结果显示，在pH为3的去离子水中铅的浸出浓度为0.297mg/L，在pH为中性的去离子水中铅的浸出浓度为0.196mg/L，均小于GB8978-1996中规定的铅离子的浓度限值。
[0068] 实施例4：
[0069] 一种资源化再利用生产钢渣水泥的装置及工艺同实施例1。
[0070] 以制备样品450g为100％计，取吸附铅离子后钢渣微粉55％；取江苏某厂生产的硅酸盐水泥40％，取天然石膏5％。将这三个组分放入混合机中经机械搅拌混合均匀，即配制成钢渣硅酸盐水泥。按GB175-2007通用硅酸盐水泥国家标准，对制成的钢渣水泥进行性能测试，测试结果见表5。
[0071] 表5钢渣水泥试样检测结果
[0072]
[0073] 将配制好的钢渣水泥制成静浆试块，标准养护28d后，将样品取出，粒径破碎至小于5mm后进行浸出实验。铅的浓度采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)进行测定。测定结果显示，在pH为3的去离子水中铅的浸出浓度为0.402mg/L，在pH为中性的去离子水中铅的浸出浓度为0.283mg/L，均小于GB8978-1996中规定的铅离子的浓度限值。
[0074] 从图2可以看出：吸附有重金属离子铅的钢渣的粒度分布在0.5-100μm之间。图3是实施例2和3中水泥水化不同时间的水化放热速率图，可以看出：掺杂吸附有重金属钢渣的水泥与未掺杂钢渣的水泥的水化放热速率峰都在10-15h之间，说明吸附有重金属的钢渣并没有导致水泥水化延迟。图4是实施例2和3中水泥水化不同时间的水化放热量图，可以看出：掺杂吸附有重金属钢渣的水泥水化放热量小于未掺杂钢渣的水泥，说明掺杂钢渣的水泥能显著降低水泥的水化放热量，可用来大量生产。
