專利名稱：一種底泥磚的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程與技術領域，涉及一種新型環(huán)保建材及其制備方法，具體涉及一種底泥磚的制備方法。
背景技術：
底泥是江河、湖泊、水庫等水體底部長期積存的沉積物，是水體多相生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是環(huán)境污染物在廣泛空間和長期時間內的聚集處。隨著截污工程的引入，底泥的二次污染問題成為影響底泥疏浚工程技術的廣泛應用的問題，因此對河道底泥的處理和處置成為普遍關注的問題。建筑業(yè)是消耗能源、資源的一大產(chǎn)業(yè)，與資源、環(huán)境有著不可分割的聯(lián)系和作用， 建筑與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調關系的處理對社會發(fā)展起著及其重大影響。因此，在建筑業(yè)中，大力發(fā)展節(jié)土利廢、節(jié)約能源、節(jié)省資源的新型環(huán)保材料顯得尤為重要。因此，根據(jù)地域資源、建筑結構和建筑節(jié)能的要求，大力發(fā)展新型建筑材料，以期符合“依據(jù)環(huán)境再生、協(xié)調共生、持續(xù)自然的原則，盡量減少自然資源的消耗，盡可能對廢棄物的再利用和凈化，保護生態(tài)環(huán)境以確保人類社會的可持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略發(fā)針?，F(xiàn)有制磚技術中以粘土為主要原料燒結制磚，所采用的原材料為粘土大量有限資源，不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求；目前底泥處置技術中，疏浚底泥主要采用堆放、吹填、海洋拋泥等方法帶來很多污染問題。本發(fā)明創(chuàng)新地提出利用重污染河道的底泥，實現(xiàn)了污染底泥中重金屬的固化，減少底泥對環(huán)境的危害，同時實現(xiàn)了底泥的資源化再利用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的環(huán)保的底泥磚的制備方法。本發(fā)明具有環(huán)境友好、成本低、耗能少、溶出少、生物毒性低、抗壓強度高、多孔隙、對雨水徑流等有凈化作用、節(jié)約資源、廢物再利用的優(yōu)點，可作為建筑工程材料及用于鋪設人行道、硬質化護岸，同時對城市徑流中氮磷等營養(yǎng)鹽有一定的吸附效果。本發(fā)明提供了一種底泥磚的制備方法，包括如下步驟
(O以河道底泥為原料，經(jīng)脫水干燥粉碎后，將所述河道底泥、植物秸桿、廢玻璃粉、粘結劑按比例70-90 :0. 1-3 :5-15 :0. 1-10混合，添加以上混合組分總重量5%的鋼渣，混合均勻，加水使含水率調節(jié)至20-40%，攪拌均勻捶打均質化，用制磚模具加壓壓制成型；
(2)自然條件下干燥12-48小時后，于80-100°C烘箱烘干，使其含水率調節(jié)至1_5%；
(3)經(jīng)馬弗爐高溫煅燒，冷卻后制成所述底泥磚。本發(fā)明底泥磚的制備方法，其原料配比為75-95%河道底泥、O. 1-3%植物秸桿、5-15%廢玻璃粉、O. 1-10%粘結劑，另添加鋼渣為以上混合組分總重量的5%。其中，所述河道底泥是受污染河道底層硬質泥層以上的各層底泥，包括表層底泥和淺層底泥；所述河道底泥的含水率為40-60%。所述植物秸桿是纖維長度為O. 65 — 2. 17mm,寬度為21 — 28 μ m的甘蔗渣。本發(fā)明中，甘蔗渣是指甘蔗經(jīng)過榨糖之后剩下的廢渣，其纖維形態(tài)較好。優(yōu)選地，可采用制糖廠廢棄甘蔗渣經(jīng)過植物粉碎機粉碎成O. 5-lcm長的甘蔗渣。所述廢玻璃粉是將廢玻璃渣粉碎后制成的50-100目玻璃纖維。 所述粘結劑是水玻璃，其主要化學成分是硅酸鈉。所述鋼渣的微粉粒徑為O. 4um。本發(fā)明采用的鋼渣可以是工業(yè)固體廢物，包括鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳、磷等氧化物。其中，所述高溫煅燒是在200°C保溫lh，450°C保溫lh，600°C保溫lh，800°C保溫lh，950°C保溫lh，950°C煅燒lh，1010°C煅燒IOmin的升溫程序下進行。本發(fā)明中，馬弗爐逐漸升溫，升溫程序根據(jù)組成成分及實際情況(包含內燃性物質-植物秸桿所需熱能減少)進行了優(yōu)化。 本發(fā)明環(huán)保底泥磚以底泥、碎玻璃、粘結劑、鋼渣粉、植物碎屑為原料經(jīng)預處理、混合、加水混勻、捶打均質化后，壓制成型，經(jīng)干燥、焙燒而得。本發(fā)明制備得到的底泥磚，其抗壓強度大于15MPa。本發(fā)明有益效果在于(1)環(huán)境友好，成本低，耗能少。原材料為河道污染底泥(溫瑞塘河底泥)、工業(yè)副產(chǎn)物(鋼渣微粉)和植物秸桿(甘蔗渣)，應用中不會對環(huán)境造成危害。特別是，植物秸桿具有一定的燃燒熱值，在材料焙燒過程中具有助燃作用，達到降低成本和以廢治廢的目的，且有助于解決農村中大量富余秸桿。(2)重金屬溶出少。經(jīng)過高溫煅燒后底泥中有機物燒失，底泥中的無機硅酸鹽礦物會熔融，將重金屬等污染物包裹在底泥磚的玻璃基質中，底泥磚的重金屬浸出率在規(guī)定限值內，生物毒性低。利用熱帶爪蟾胚胎暴露在本發(fā)明制得底泥磚的浸出液中，結果發(fā)現(xiàn)胚胎致畸形率顯著低于原料底泥的浸出液，分析表明本發(fā)明透水磚生物毒性低，達到并超過行業(yè)標準，不會造成對環(huán)境的危害。(3)抗壓強度高。底泥、碎玻璃、粘結劑、鋼渣粉混合物經(jīng)高溫燒結后，達到較高的強度，符合建筑材料用磚標準，特別添加回收利用的碎玻璃粉末，廢玻璃粉中主要成分為氧化硅能與其他材料組分反應(如氫氧化鈣)，增加材料強度。(4)孔隙結構。焙燒過程植物秸桿燒失的造孔作用。
(5)凈化作用。本發(fā)明底泥磚中添加鋼渣微粉和植物秸桿的纖維狀炭化或灰化產(chǎn)物及其產(chǎn)生的孔隙對雨水、城市徑流中氮、磷等污染物能夠起到凈化作用；(6)節(jié)約資源、廢物再利用。本方法所使用的溫瑞塘河底泥是富含大量有機物、營養(yǎng)鹽、重金屬等有害物質的污染河道底泥，把它用于制備環(huán)保底泥磚，既可以減緩建材制造業(yè)與農爭土，又可以解決城市河道水環(huán)境中污染底泥對水體的二次污染問題，是河道底泥處理處置、資源化再利用的出路之
O本發(fā)明采用污染河道底泥代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的粘土為主要原料制磚，一方面減緩制磚行業(yè)與農業(yè)爭奪土地資源的現(xiàn)象，另一方面解決污染河道疏浚底泥填埋棄置等處置方法對周圍環(huán)境的污染，通過燒結過程對重金屬等的固定從根本上降低底泥的危害；原料中采用玻璃粉增強材料強度，添加植物秸桿內燃物減少耗能的同時使磚產(chǎn)生孔隙，使得底泥磚容重低于普通粘土燒結磚。本發(fā)明中的升溫程序能達到較好的強度效果，針對不同組分燃燒條件不同，不同保溫時間制得的材料強度有所區(qū)別。本發(fā)明利用廢棄溫瑞塘主塘河污染底泥，添加廢玻璃粉、粘結劑、鋼渣粉、甘蔗渣等材料按一定配方來燒結制成新型環(huán)保底泥磚。本發(fā)明是應用于建筑材料及用于鋪設人行道、硬質化護岸的新型材料。本發(fā)明經(jīng)高溫煅燒，污染低泥中的有機物得到去除，重金屬得以固定，不僅大大降低了污染底泥對環(huán)境的危害，還使得廢棄的有害底泥得到資源化利用，減輕制磚行業(yè)對粘土資源的需求，符合資源節(jié)約型社會需求。本發(fā)明工藝過程簡單，且制備的底泥磚，顏色均勻、強度高、透水性、重金屬溶出及生物毒性低等均達到并超過行業(yè)標準。本發(fā)明底泥磚抗壓強度大于15MPa。本發(fā)明底泥磚試樣外觀質量、泛霜、石灰爆裂、凍融性能均符合國家標準《燒結普通磚》(GB5101-2003)中一等平要求。并且對雨水、城市徑流中氮、磷等污染物能夠起到凈化作用，實驗室小試凈化效果明顯，對水中氨氮的去除效果最高達到95. 8%，總磷的去除效果達到60%，化學需氧量CODcr的去除效果達到50%。


圖I為本發(fā)明底泥磚與原料底泥浸出液對熱帶爪蟾胚胎畸形率的影響。圖2a、圖2b為本發(fā)明底泥磚抗壓強度測定的示意圖；圖2a為測試前的本發(fā)明制 備的底泥磚，圖2b為按國標方法砌成的制樣。圖3a、圖3b、圖3c為本發(fā)明底泥磚碎塊斷面在不同放大倍數(shù)下的電鏡掃描圖，圖3a是放大500倍；圖3b是放大1000倍；圖3c是放大5000倍。圖4是利用本發(fā)明底泥磚凈化水中污染物的示意圖。圖5是利用本發(fā)明底泥磚凈化水中污染物，圖5a、圖5b、圖5c分別為水中總磷濃度、氨氮濃度、及CODcr濃度隨時間變化曲線圖。
具體實施例方式結合以下具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施本發(fā)明的過程、條件、試劑、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內容。實施例I制備底泥磚
本實施例中底泥磚的制備方法，包括如下步驟
首先，以河道底泥為原料，經(jīng)脫水干燥粉碎后，將底泥、植物秸桿、廢玻璃粉、粘結劑按比例70 1 5 :1混合，再加入比例為5%的鋼渣，充分混合均勻，加水使含水率調節(jié)至20%，攪拌均勻捶打均質化，用制磚模具加壓壓制成型。本發(fā)明中適宜的混合比例為，底泥植物秸桿廢玻璃粉粘結劑為70-90 :0. 1-3 :5-15 :0. 1_10，且加入鋼渣，鋼渣占前述混合組分總重量的5%。含水率可調節(jié)在20-40%范圍內。所采用的河道底泥，是用受污染河道底層硬質泥以上的表層底泥和淺層底泥；河道底泥的含水率調節(jié)至40%。所采用的植物秸桿是甘蔗渣，即甘蔗經(jīng)過榨糖之后剩下的廢渣。甘蔗渣的纖維長度為2. 17mm，寬度是21 μ m。適宜地，甘蔗渣的纖維長度是O. 65 —
2.17mm，寬度是21 — 28 μ m。所采用的廢玻璃粉是由廢玻璃渣粉碎制成的50-100目玻璃纖維。所采用的粘結劑是水玻璃，其主要化學成分是硅酸鈉。所采用的鋼渣的微粉粒徑為
O.4um。優(yōu)選地，鋼渣是工業(yè)固體廢物，包括鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳、磷等氧化物。然后，在自然條件下干燥12小時后，80°C烘箱烘干，含水率調節(jié)至1%。本發(fā)明中，適宜的干燥時間為12-48小時，適宜的烘干溫度為80-100°C，適宜的含水率為1_5%。最后，經(jīng)馬弗爐高溫煅燒，冷卻后制成底泥磚。在馬弗爐中的高溫煅燒條件是200°C保溫lh，450°C保溫lh，600°C保溫lh，800°C保溫lh，950°C保溫lh，950°C煅燒lh，1010°C煅燒IOmin的升溫程序下進行。具體實施中，馬弗爐的逐漸升溫程序可以根據(jù)各組成成分的實際情況(例如，內燃性物質-植物秸桿所需熱能減少)進行優(yōu)化。利用以上制備方法得到的底泥磚抗壓強度大于15MPa，本發(fā)明底泥磚試樣外觀質量、泛霜、石灰爆裂、凍融性能均符合國家標準《燒結普通磚》(GB5101-2003)中一等平要求。制備得到的底泥磚外形為直角六面體，其長240mm、寬115mm、高53mm。實施例2底泥磚的重金屬浸出測定
將按實施例I方法制備得到的本發(fā)明底泥磚用在建筑材料鋪路，經(jīng)過雨水沖刷浸泡不 會溶出重金屬等有害物，不會造成水體污染，不會危害人類健康。實驗結果如表1，表明本發(fā)明底泥磚的重金屬浸出率在規(guī)定限值內。
權利要求
1.一種底泥磚的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)以河道底泥為原料，經(jīng)脫水干燥粉碎后，將所述河道底泥、植物秸桿、廢玻璃粉、粘結劑按比例70-90 :0. 1-3 :5-15 :0. 1-10混合，添加鋼渣混合均勻，鋼渣用量為前述混合組分總重量的5% ;加水使含水率調節(jié)至20-40%，攪拌均勻捶打均質化，用制磚模具加壓壓制成型； (2)自然條件下干燥12-48小時后，于80-100°C烘箱烘干，使其含水率調節(jié)至1_5%； (3)經(jīng)馬弗爐高溫煅燒，冷卻后制成所述底泥磚。
2.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述河道底泥是受污染河道底層硬質泥層以上的表層底泥和淺層底泥；其含水率為40-60%。
3.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述植物秸桿是纖維長度為O.65 -2.17mm,寬度為21 — 28 μ m的甘蔗渣。
4.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述廢玻璃粉是將廢玻璃渣粉碎后制成的50-100目玻璃纖維。
5.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述粘結劑是水玻璃。
6.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述鋼渣的微粉粒徑為O.4um。
7.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述高溫煅燒是在200°C保溫lh，450°C保溫 lh，600°C保溫 lh，800°C保溫 lh，950°C保溫 lh，950°C煅燒 lh，1010°C煅燒 IOmin 的升溫程序下進行。
8.—種如權利要求I所述方法制備的底泥磚，其特征在于，所述底泥磚的抗壓強度大于 15MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種底泥磚的制備方法，以河道底泥為原料，將所述河道底泥、植物秸稈、廢玻璃粉、粘結劑按比例混合，添加鋼渣混合均勻；調節(jié)含水率至20-40%，攪拌均勻捶打均質化，用制磚模具加壓壓制成型；干燥調節(jié)含水率至1-5％；經(jīng)馬弗爐高溫煅燒，制成所述底泥磚。本發(fā)明制備的底泥磚強度大、透水性好、孔隙多、耗能少、重金屬溶出小、生物毒性低，本發(fā)明利用重污染河道的底泥，實現(xiàn)了污染底泥中重金屬的固化，減少底泥對環(huán)境的危害，同時實現(xiàn)了底泥的資源化再利用。
文檔編號C04B18/24GK102826818SQ20121032284
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權日2012年9月4日
發(fā)明者陳麗, 黃民生, 宋力, 顧敦罡, 朱先征, 黃勤超, 童敏 申請人:華東師范大學