銅煙塵渣陶瓷骨料及其制造方法
【專利摘要】“銅煙塵渣陶瓷骨料及其制造方法”涉及固體廢物治理、長期安全性、骨料生產(chǎn)，按照銅煙塵渣:粘土﹦25—65:35—75重量比配料，將銅煙塵渣與粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的粘土或陶瓷粘土及還原劑充分混合，用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑10—20毫米，長度10—30毫米的陶瓷骨料素坯；回轉(zhuǎn)窯干燥、燒成為陶瓷骨料，將陶瓷骨料以自然冷卻或風(fēng)冷卻或水冷卻，得到銅煙塵渣陶瓷骨料產(chǎn)品，銅煙塵渣陶瓷骨料浸出液中砷＜0.02mg/L，硒＜0.02mg/L鎘＜0.04mg/L，汞＜0.01mg/L，鎳＜0.2mg/L，鉛＜0.2mg/L，鋅＜2mg/L；用于混凝土骨料、路基材料、油井裂隙支撐材料、路面滲水材料。
【專利說明】
銅煙塵渣陶瓷骨料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種銅煙塵渣陶瓷骨料及其制造方法，屬于危險(xiǎn)廢物資源化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國銅產(chǎn)量占全球首位，銅的冶煉過程中，其精礦通常含有砷，經(jīng)焙燒和熔煉后砷以三氧化二砷的形態(tài)進(jìn)入煙塵中，為從煙塵中進(jìn)一步提取銅，也用酸浸出銅冶煉煙塵，在浸出液中的砷酸鐵會(huì)形成沉淀物但不夠穩(wěn)定，銅冶煉煙塵含有砷、砸、鎘、汞、鉛、鎳、鋅等金屬，我們將銅生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙塵、污泥、殘?jiān)扰懦龅膹U棄物統(tǒng)稱為銅煙塵渣，砷、鎘、鉛、鎳、鋅、等有害物質(zhì)影響人畜健康和環(huán)境，盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，采取各種方法進(jìn)一步提取，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)原因，最終的棄渣仍然含有大量的有害物質(zhì)，足以毒害環(huán)境，到目前為止，傳統(tǒng)的化學(xué)處理，固化，填埋方法因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性或治理效果維持時(shí)效有限或占用大量土地等的原因，難以成為最終處置方法。
[0003]我國年產(chǎn)生固體廢物數(shù)億噸，危險(xiǎn)廢物目前年產(chǎn)生量6000萬噸左右，還在逐年增加，我國人口和工業(yè)集中在東部，大量的垃圾焚燒飛機(jī)殘?jiān)?、固體廢物、危險(xiǎn)廢物的填埋地不但需要長期的管理、維護(hù)，還會(huì)占據(jù)我國東部有限的土地，大量填埋地也是今后國土安全的重大隱患。
[0004]應(yīng)該為固體廢物、危險(xiǎn)廢物、焚燒飛灰、殘?jiān)业匠雎?，出路?yīng)該是形成某種商品并且是經(jīng)濟(jì)的、永久安全的，這種商品本身具有巨大的市場(chǎng)需求量，足夠容納由固體廢物、危險(xiǎn)廢物、焚燒飛灰、殘?jiān)纬傻男碌?、合格的商品的?shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
銅煙塵渣陶瓷骨料，其特征在于銅煙塵渣陶瓷骨料用銅煙塵渣和粘土 (普通粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)制造，銅煙塵渣陶瓷骨料的浸出液中砷<0.02mg/L，砸 < 0.02mg/L，鎘 < 0.04mg/L，汞 < 0.0 lmg/L，鎳 < 0.2mg/L，鉛 < 0.2mg/L，鋅 <2mg/L;銅煙塵渣陶瓷骨料的堆積密度200kg—1800kg/m3，用作混凝土骨料、路基材料、油井裂隙支撐材料。
[0006]銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于包括以下步驟:
a.備料:將銅煙塵渣調(diào)整為含水率30—50%(濕基)，并在球磨機(jī)中球磨成為80—120目的銅煙塵渣泥漿，干燥粘土(普通粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)，并用干法粉碎成為細(xì)度40—120目的粘土粉;或者將上述銅煙塵渣和粘土分別干燥、粉碎成為80—120目粉末后備用；
b.配料攪拌混合:銅煙塵渣:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)，銅煙塵渣泥漿與干燥的粘土粉充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔?或者上述銅煙塵渣和粘土均是干燥粉料時(shí)經(jīng)過充分混合后加水?dāng)嚢璩蔀楹?5—25% (濕基)的混合泥料;根據(jù)銅煙塵渣與粘土中的硅酸鹽含量調(diào)整比例，使混合泥料中有足夠的成瓷物質(zhì);盡量減少粘土加入的比例，以達(dá)到最終物質(zhì)減量和節(jié)能的效果；
C.擠制造粒:將上述混合泥料用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑10—20毫米，長度15—30毫米的銅煙塵渣陶瓷骨料素坯；
d.回轉(zhuǎn)窯燒成:將成型的濕的銅煙塵渣陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，通過回轉(zhuǎn)窯到達(dá)回轉(zhuǎn)窯出口逐步完成干燥、燒成全過程，燒成溫度1100—1300°C，成為銅煙塵渣陶瓷骨料；
e.冷卻:將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的銅煙塵渣陶瓷骨料經(jīng)過自然冷卻或風(fēng)冷卻或水冷卻，得到銅煙塵渣陶瓷骨料產(chǎn)品。
[0007]本發(fā)明銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的粘土。
[0008]本發(fā)明銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用陶瓷粘土，步驟d中采用燒成溫度1210—1300°C。
[0009]本發(fā)明銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a、b中按照銅煙塵渣:粘土=25—65: 35—75(均折合為干料重量比)配料，共同干燥、粉碎成為80—120目粉末后加水?dāng)嚢璩蔀楹?5—30 % (濕基)的混合泥料。
[0010]本發(fā)明銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于在配料中加入1-3%的還原劑，還原劑是煤和/或焦炭和/或粉煤灰和/或爐渣或者其他具有還原性的有機(jī)物。
[0011]采用已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土是因?yàn)?、銅煙塵渣陶瓷骨料制造中需要大量硅酸鹽礦物，被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土含有大量硅酸鹽礦物2、我國以前幾十年來危險(xiǎn)廢物隨意堆放，污染了大量土壤，這些土壤中的有害物質(zhì)含量甚至達(dá)到危險(xiǎn)廢物的水平，這些土壤也必須治理3、由于保護(hù)耕地政策，現(xiàn)在取用普通粘土比較困難。優(yōu)先采用銅煙塵渣濕法粉碎，粘土干法粉碎，是為盡量減少有毒粉塵，減輕除塵設(shè)備負(fù)擔(dān)。
[0012]本發(fā)明以銅煙塵渣和粘土為主要原料充分混合，高溫?zé)?，以破壞原有的各種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，形成新的礦物晶體和玻璃相，形成新的硅酸鹽礦物晶體并被玻璃相充分裹覆，最終產(chǎn)物是各種礦物晶體、玻璃、氣孔組成的陶瓷固體，其結(jié)合鍵是原子鍵和離子鍵，具有很高的鍵能，非常穩(wěn)定，相當(dāng)于自然界存在上億年的自然礦物，大量玻璃相的裹覆更提高了安全性。煙氣經(jīng)過收集和處理實(shí)現(xiàn)利用和無害化。
[0013]銅煙塵渣與粘土形成的陶瓷骨料素坯在高溫中產(chǎn)生大量玻璃相，在靜態(tài)燒成設(shè)備中很容易發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象，而在回轉(zhuǎn)窯中一邊滾動(dòng)，一邊前進(jìn)，具有新的礦物晶粒、玻璃相、氣孔的高溫陶瓷骨料素坯由于滾動(dòng)、運(yùn)動(dòng)，而不容易與爐壁粘結(jié)，不容易互相粘結(jié)。
[0014]骨料產(chǎn)品與要求形狀尺寸精度、外觀、顏色、表面平整度、表面光滑度等的陶器、炻器、瓷器相比，與日用瓷、建筑瓷、衛(wèi)生瓷、化工瓷、電瓷、藝術(shù)瓷等各種瓷器相比，允許產(chǎn)生最多的玻璃相，最寬的形狀、尺寸變化許可量，能進(jìn)行最充分的反應(yīng)，高度瓷化，達(dá)到很高的安全等級(jí)。
[0015]上述陶瓷骨料無論是致密的陶瓷粒、陶瓷塊、多孔的陶瓷粒、多孔的陶瓷塊，其實(shí)心部分均是致密的硅酸鹽礦物晶體和致密的玻璃體組成，其強(qiáng)度、硬度、致密度遠(yuǎn)高于絕大部分天然巖石，對(duì)來自外界的物理、化學(xué)、侵蝕、影響的抵抗力也遠(yuǎn)超過人工制造的混凝土、磚瓦、金屬、塑料制品等幾乎全部人工制品，陶器是上萬年前人類的遺存，陶瓷器，尤其瓷器將是現(xiàn)代人類消亡后最后、最久遠(yuǎn)的遺存。而人工骨料以危險(xiǎn)廢物、固體廢物、廉價(jià)的粘土為原料，以全國年需求近百億噸的建筑碎石、卵石為取代對(duì)象，具有足夠的市場(chǎng)容納量，其造價(jià)與普通陶粒相當(dāng)或接近，隨著環(huán)境保護(hù)的深入，造價(jià)也會(huì)與碎石、卵石接近，以危險(xiǎn)廢物、固體廢物、垃圾焚燒飛灰等制造陶瓷骨料幾乎是必然的發(fā)展方向。
[0016]銅煙塵渣與陶瓷粘土形成的陶瓷骨料具有更高的強(qiáng)度、硬度和穩(wěn)定性，這是因?yàn)樘沾烧惩帘绕胀ㄕ惩恋难趸琛⒀趸X含量高，雜質(zhì)少，燒成溫度范圍寬，燒成溫度高，氣孔少、致密度高，是高強(qiáng)度骨料。
[0017]銅煙塵渣陶瓷骨料的密度是由陶瓷骨料中的氣孔多少?zèng)Q定的，氣孔多少是由高溫下陶瓷素坯中產(chǎn)生高溫玻璃相同時(shí)產(chǎn)生氣體量多少、蒸汽壓、當(dāng)時(shí)玻璃相的粘度、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)目的優(yōu)先程度等因素決定的。廢物治理希望實(shí)現(xiàn):1、永久安全2、形成商品，避免填埋占地3、最低治理成本，各地各廠產(chǎn)出的銅煙塵渣成分各異，粘土中的高溫氣化物質(zhì)也千變?nèi)f化，適合生產(chǎn)輕質(zhì)骨料的成為輕質(zhì)的陶粒，高溫氣化物質(zhì)少的則生產(chǎn)氣孔少的比較重的陶瓷粒，其用途相當(dāng)于碎石、卵石，而強(qiáng)度可以比碎石、卵石更高，所以銅煙塵渣陶瓷骨料的堆積密度是200kg—1800kg/m3。
[0018]危險(xiǎn)廢物中的有害物質(zhì)主要是有害的重金屬元素、重金屬化合物、重金屬離子，有害的無機(jī)元素如砷、砸、氟，氰離子(CN)，有害的農(nóng)藥、殺蟲劑等特定結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，有害的藥品、感染物品等。有機(jī)化合物由碳、氫、氧、氮、硫、磷、氯等元素形成特定的分子結(jié)構(gòu)。危險(xiǎn)廢物人工骨料生產(chǎn)是加入50%左右或以上粘土，使物料處于1200 °C左右、硅酸鹽、高溫熔融物環(huán)境中，破壞金屬化合物、無機(jī)化合物、有機(jī)化合物的原有的分子結(jié)構(gòu)，改變各種有害物質(zhì)性質(zhì)，形成新的無害的硅酸鹽礦物并被50%左右玻璃相裹覆，形成高強(qiáng)度、高硬度、溶出物達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)、在自然環(huán)境中永久安全的陶瓷骨料。
[0019]我國建筑業(yè)每年開采碎石、卵石100億噸左右相當(dāng)于數(shù)十億立方米，使用建筑砂數(shù)十億噸，生產(chǎn)水泥20余億噸，開采碎石、卵石、建筑砂破壞環(huán)境，應(yīng)該逐步減少。
[0020]我國用粘土、粉煤灰、煤矸石、頁巖等每年生產(chǎn)2000余萬立方米陶粒，一般陶粒堆積密度200kg — 1200kg/m3，一般碎石、卵石堆積密度1200kg—1600kg/m3，碎石、卵石、陶粒在建筑業(yè)統(tǒng)稱骨料，或稱集料，用銅煙塵渣和粘土制造的銅煙塵渣陶瓷骨料堆積密度200kg—1800kg/m3，銅煙塵渣陶瓷骨料可以具有各種密度、強(qiáng)度、用途;不同密度、粒度的銅煙塵渣陶瓷骨料可以取代陶粒、碎石、卵石、建筑砂。
[0021 ]具體實(shí)施方法實(shí)施例1
將銅煙塵渣調(diào)整為含水率40%，濕磨成為100目泥漿，普通粘土、煤粉干磨至60目，銅煙塵渣:普通粘土=58:42(均折合為干料重量比)，充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔希瑢⒒旌夏嗔嫌脭D制造粒機(jī)造粒成為直徑12毫米，長度22毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1180 °C，成為陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的陶瓷骨料噴水冷卻，得到銅煙塵渣陶瓷骨料產(chǎn)品，銅煙塵渣陶瓷骨料浸出液中砷
0.0lmg/L，砸0.008mg/L，錦0.03mg/L，萊0.006mg/L，銀0.lmg/L，鉛0.06mg/L，梓0.8mg/L；堆積密度500kg/m3，筒壓強(qiáng)度4.54Mpa，用作混凝土骨料。
[0022] 實(shí)施例2
將銅煙塵渣調(diào)整成為含水率38%，濕磨成為100目泥漿，被銅煙塵渣嚴(yán)重污染的普通粘土干磨至60目，銅煙塵渣:污染的粘土:粉煤灰=50:45: 5(均折合為干料重量比)，充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔希瑢⒒旌夏嗔嫌脭D制造粒機(jī)造粒成為直徑15毫米，長度25毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1200°C，成為陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的陶瓷骨料吹風(fēng)冷卻，得到銅煙塵渣陶瓷骨料產(chǎn)品，銅煙塵渣陶瓷骨料浸出液中砷0.008mg/L，砸0.005mg/L，鎘0.006mg/L，汞0.00lmg/L，鎳0.0811^凡，鉛0.0111^凡，鋅0.0211^凡;堆積密度11001^/1113，筒壓強(qiáng)度5.21^?，用作路基材料。
[0023]實(shí)施例3
將銅煙塵渣調(diào)整為含水率50%，濕磨成為120目泥漿，陶瓷粘土、焦炭干磨至80目，銅煙塵渣:陶瓷粘土:焦炭粉=40:56:4(均折合為干料重量比)，充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔?，將混合泥料?jīng)過雙軸真空練泥機(jī)練泥后用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑15毫米，長度30毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1270°C，成為陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的陶瓷骨料自然冷卻，得到銅煙塵渣陶瓷骨料產(chǎn)品，銅煙塵渣陶瓷骨料實(shí)心部分吸水率0.2 %，其實(shí)心部分是瓷質(zhì)材料，浸出液中砷0.00511^/1^，砸0.00311^/1^，鎘0.00311^/1^，汞0.00211^/1，鎳0.0711^/1^，鉛0.00911^/1^，鋅
0.0111^/1;堆積密度17001^/1113，筒壓強(qiáng)度121^&，用作油井裂隙支撐材料。
[0024]實(shí)施例4
將銅煙塵渣、粘土、煤渣各自干法粉碎至100目，銅煙塵渣:普通粘土:煤渣粉=30:68:2,充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌狭?，在混合料中加水?0 % (濕基)，將混合料經(jīng)過雙軸真空練泥機(jī)練泥后用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑13毫米，長度20毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1190°C，成為輕質(zhì)陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的瓷質(zhì)陶瓷骨料自然冷卻，得到銅煙塵渣陶瓷骨料產(chǎn)品，銅煙塵渣陶瓷骨料實(shí)心部分吸水率0.3%,其實(shí)心部分是瓷質(zhì)材料，浸出液中砷0.003mg/L，砸0.004mg/L，鎘
0.00 lmg/L，萊0.002mg/L,銀 0.09mg/L，鉛 0.005mg/L，鋅 0.07mg/L ；堆積密度 300kg/m3，筒壓強(qiáng)度5Mpa，用作海綿城市建設(shè)的路面滲水材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.銅煙塵渣陶瓷骨料，其特征在于銅煙塵渣陶瓷骨料用銅煙塵渣和粘土(普通粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)制造，銅煙塵渣陶瓷骨料的浸出液中砷<0.02mg/L，砸 < 0.02mg/L，鎘 < 0.04mg/L，汞 < 0.0 lmg/L，鎳 < 0.2mg/L，鉛 < 0.2mg/L，鋅 <2mg/L;銅煙塵渣陶瓷骨料的堆積密度200kg—1800kg/m3，用作混凝土骨料、路基材料、油井裂隙支撐材料。2.銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于包括以下步驟: a.備料:將銅煙塵渣調(diào)整為含水率30—50%(濕基)，并在球磨機(jī)中球磨成為80—120目的銅煙塵渣泥漿，干燥粘土(普通粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)，并用干法粉碎成為細(xì)度40—120目的粘土粉;或者將上述銅煙塵渣和粘土分別干燥、粉碎成為80—120目粉末后備用； b.配料攪拌混合:銅煙塵渣:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)，銅煙塵渣泥漿與干燥的粘土粉充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔?或者上述銅煙塵渣和粘土均是干燥粉料時(shí)經(jīng)過充分混合后加水?dāng)嚢璩蔀楹?5—25% (濕基)的混合泥料； c.擠制造粒:將上述混合泥料用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑10—20毫米，長度15—30毫米的銅煙塵渣陶瓷骨料素坯； d.回轉(zhuǎn)窯燒成:將成型的濕的銅煙塵渣陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，通過回轉(zhuǎn)窯到達(dá)回轉(zhuǎn)窯出口逐步完成干燥、燒成全過程，燒成溫度1100—1300°C，成為銅煙塵渣陶瓷骨料； e.冷卻:將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的銅煙塵渣陶瓷骨料經(jīng)過自然冷卻或風(fēng)冷卻或水冷卻，得到銅煙塵渣陶瓷骨料產(chǎn)品。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的粘土。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用陶瓷粘土，步驟d中采用燒成溫度1210—1300°C。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a、b中按照銅煙塵渣:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)配料，共同干燥、粉碎成為80—120目粉末后加水?dāng)嚢璩蔀楹?5—30 % (濕基)的混合泥料。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅煙塵渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于在配料中加入1-3%的還原劑，還原劑是煤和/或焦炭和/或粉煤灰和/或爐渣或者其他具有還原性的有機(jī)物。
【文檔編號(hào)】C04B18/02GK106083130SQ201610411695
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日 公開號(hào)201610411695.1, CN 106083130 A, CN 106083130A, CN 201610411695, CN-A-106083130, CN106083130 A, CN106083130A, CN201610411695, CN201610411695.1
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】曹樹梁