1、冶金污泥的资源化利用研究 演讲：陈穗栋 指导老师：施惠生 郭晓璐材料科学与工程学院建筑材料专业2013年6月8日冶金污泥的处理势在必行 冶金污泥是钢铁工业种类最多、成分最杂的固体废物，是指钢铁生产过程中对所排烟尘进行干法除尘，湿法除尘和废水处理后的固体废物。每生产10吨钢铁，至少有1吨的冶金污泥产生。全国各地的垃圾填埋已经接近饱和，几乎无法满足生活所需，无力支持冶金污泥的处理。在保护地球村的全球大背景下，工业的绿色化势在必行 所以，我们需要对冶金污泥的资源化利用进行深入研究。资源化利用冶金污泥的2种途径与难点 冶金污泥用于路基回填土：这种方法可以同时解决冶金污泥的填埋问题以及建设公路时的路基材
2、料来源问题。此方法的难点在于如何稳定冶金污泥中的重金属物质，保证在使用中（尤其在雨后）不会有重金属渗入土壤污染环境，其次在于如何保证这类回填土的强度满足公路要求。冶金污泥煅烧后用于水泥混合材：此法同时解决了污泥的处理问题以及建筑施工中水泥的来源问题。同样，此法需要保证污泥的活性指数能否达到水泥混合材的需求 本课题针对于这些难点进行了研究。试验用原材料 本试验中使用的冶金污泥来自于上海宝山钢铁股份有限公司，有酸碱污泥、循环水污泥、碱性污泥、含油污泥和石灰石泥饼等。其中酸碱污泥用于探索污泥用作回填土的可行性。循环水污泥、碱性污泥、含油污泥和石灰石泥饼用于探索其用作水泥混合材的可行性。酸碱污泥作为路
3、基回填土的可行性研究 在查阅了相关的参考文献后发现，在掺入了石灰、水泥以及粉煤灰后，污泥的抗压强度以及重金属稳定能力会有很大的提升，因此本试验对于此3种附加剂对于污泥能力提升的影响做了研究，采用了正交因素分析法，设计的因素水平表如下：酸碱污泥的固化/稳定试验因素试验因素水泥水泥/%粉煤灰粉煤灰/%石灰石灰/%15502101053151510酸碱污泥作为路基回填土的可行性研究 按照正交试验设计配料制样后，根据相关要求养护脱模，通过无侧限抗压强度测试来评估其固化能力酸碱污泥的固化/稳定酸碱污泥作为路基回填土的可行性研究 酸碱污泥固化3d固化剂最优配比为15%水泥，15%粉煤灰，10%石灰。影响因
4、素：石灰掺量C水泥掺量A粉煤灰掺量B。酸碱污泥固化7d固化剂最优配比为15%水泥，15%粉煤灰，10%石灰。影响因素：粉煤灰掺量A水泥掺量B石灰掺量C。酸碱污泥固化28d固化剂最优配比为15%水泥，15%粉煤灰，5%石灰。影响因素：石灰掺量A粉煤灰掺量B水泥掺量C。酸碱污泥的固化/稳定酸碱污泥作为路基回填土的可行性研究 通过数据分析得出，我们发现固化剂的掺量越多，固化效果越好，强度越高。在以上9组数据中，除了1,4,6三组试样外，都满足要求。但是为了更好的经济效益和实用性，我们优选出了H8和H2两种配合比，如下：酸碱污泥的固化/稳定酸碱污泥作为路基回填土的可行性研究 在强度满足了要求之后，我们
5、对其的重金属浸出进行了检测，结果是：酸碱污泥除锰（Mn）超标外，其他均能满足IV类地表水要求，H8和H2固化体能达到III类地表水要求。而我国规定的饮用水水源则为III类以上地表水，说明酸碱污泥固化体浸出液安全性非常好。此时我们通过试验得出了酸碱污泥在掺入了固化剂（水泥5%、粉煤灰10%、石灰5%）或（15%水泥、10%粉煤灰）后，可以满足相应的化学、力学性能，故此法可行，值得推广。酸碱污泥的固化/稳定污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究 要作水泥混合材首先要考虑的就是污泥的活性指数能否达标，对此，我们通过化学分析法对煅烧后的污泥进行活性指数计算，结果如下：活性指数的计算污泥煅烧后用作水泥混合材试
6、验研究 由前表可知，石灰石泥饼的活性最高，其次是煅烧后的碱性污泥。所有污泥的质量系数都大于1.2，达到活性混合材标准。既然所有的污泥活性指数都能达标，那么它们的煅烧温度不同，会给它们来带什么样的差别，这引发我们进一步深入的研究煅烧温度是否影响活性污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究 为了解决煅烧温度对于污泥活性的影响，我们设计了如下试验：污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究由此可见，由此可见，850C煅烧的污泥活性远远高于另外煅烧的污泥活性远远高于另外2个温度，个温度，故活性指数验证试验，将不再检测循环水污泥在故活性指数验证试验，将不再检测循环水污泥在650和和750两种煅烧温度下的试样。两种煅烧温度
7、下的试样。污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究 循环水污泥活性指数参照GB/T204912006用于水泥和混凝土中的钢渣粉和GB/T15962005用于水泥和混凝土中的粉煤灰对活性指数的定义，即该龄期试验胶砂与对比胶砂的抗压强度比即为循环水污泥在该龄期的活性指数，活性指数一般取整。煅烧循环水污泥污泥在煅烧循环水污泥污泥在7d时活性指数为时活性指数为68，28d活性指数活性指数达到达到74，满足二级钢渣粉对各龄期活性指数的要求。，满足二级钢渣粉对各龄期活性指数的要求。煅烧循环水污泥经过煅烧循环水污泥经过850煅烧后煅烧后28d的活性指数大于的活性指数大于70，满足粉煤灰作为水泥活性混合材的要求。说明
8、煅烧循环水满足粉煤灰作为水泥活性混合材的要求。说明煅烧循环水污泥在污泥在850具有较好的活性。具有较好的活性。污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究 此时，我们已经验证了煅烧循环水泥作为水泥混合材的可行性，但是此方法能否推广还需要考虑下它与矿渣、粉煤灰等常见混合材的活性对比，因此设计它们的对比试验，结果如下：实用性试验煅烧循环水污泥至煅烧循环水污泥至850并保温并保温1h的活性介于粉煤灰和矿粉的活性介于粉煤灰和矿粉之间，优于粉煤灰，但比矿渣粉的活性略低。之间，优于粉煤灰，但比矿渣粉的活性略低。污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究 用与之前类似的活性指数验证方法，我们对于石灰石泥饼进行了试验分析：石灰石泥
9、饼的活性试验污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究 S2试验胶砂活性指数3d活性指数达到69，7d活性指数达到75，28d活性指数达到83。参照GB/T204912006用于水泥和混凝土中的钢渣粉，石灰石泥饼在7d时达到一级钢渣粉，28d时达到一级钢渣粉要求。参照GB/T15962005用于水泥和混凝土中的粉煤灰，石灰石泥饼28d的活性指数为83，大于70，满足活性混合材的要求。说明石灰石泥饼具有较好的活性，且与循环水污泥相比，比循环水污泥的活性高。污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究 同样为了推广石灰石泥饼作为水泥混合材的运用，我们将它与常用混合材的性能做了对比：石灰石泥饼用于水泥混合材的活性介于粉煤
10、灰和矿粉之间，远石灰石泥饼用于水泥混合材的活性介于粉煤灰和矿粉之间，远优于粉煤灰，优于经优于粉煤灰，优于经850煅烧煅烧1h的循环水污泥，但比矿渣粉的的循环水污泥，但比矿渣粉的活性略低。活性略低。污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究 由于，碱性污泥和含油污泥都含有大量的有机质，有刺激性气味并且煅烧过程中产生大量的烟气和刺激性气体，不能在实验室环境下大量煅烧。但是通过化学成分分析，碱性污泥和含油污泥的质量系数分别为为8.25和3.33，均大于1.2，属于活性混合材的范畴，其中碱性污泥的质量系数为8.25，理论上活性低于石灰石泥饼，但是比循环水污泥的活性高。含油污泥的质量系数为3.33，和循环水污泥的
11、质量系数相当，理论活性与循环水污泥相近。碱性污泥和含油污泥用作水泥混合材污泥煅烧后用作水泥混合材试验研究 由于此水泥将用于建筑建设中，所以本试验对镉（Cd）、铬（Cr）和铅（Pb）三种对人体和环境危害较大的重金属做出检测，试验结果如下：煅烧循环水污泥和石灰石泥饼对于镉、铬和铅的重金属浸煅烧循环水污泥和石灰石泥饼对于镉、铬和铅的重金属浸出毒性远小于危险废物的标准值，说明循环水污泥和石灰出毒性远小于危险废物的标准值，说明循环水污泥和石灰石泥饼用于水泥混合材环境安全性良好。石泥饼用于水泥混合材环境安全性良好。安全性试验结论 酸碱污泥通过固化/稳定化之后用于路基回填土是一种可行、安全和经济的污泥处理方
12、式。固化剂掺量和种类可选择，掺量为20%（水泥5%、粉煤灰10%、石灰5%）和掺量为25%（15%水泥、10%粉煤灰）。得到的固化体不但满足路基回填土的物理化学和力学性能要求，而且其固化体和浸出液分别满足III级土壤和III级地表水要求，环境安全性良好。同时，相对其他污泥处理方式，酸碱污泥固化/稳定化用于路基回填土是一种廉价的污泥处理方法，值得大规模推广。经850煅烧并保温1h后的循环水污泥和石灰石泥饼用于水泥混合材的活性均介于粉煤灰和矿粉之间，优于粉煤灰，但比矿渣粉的活性略低，且石灰石泥饼的活性优于煅烧循环水污泥。而且煅烧循环水污泥和石灰石泥饼对于镉（Cd）、铬（Cr）和铅（Pb）三种对人体
13、和环境危害较大的重金属浸出毒性远小于危险废物的标准值，环境安全性相当良好。循环水污泥和石灰石泥饼用于水泥混合材属于废物利用，是污泥资源化利用的有效方式，并且不会产生二次污染。虽然，由于试验环境的原因没有碱性污泥和含油污泥进行试验，但是根据已有的数据判断，它们的性能应等同于循环水污泥，可以进行很好的资源化利用。展望 本文的研究虽然取得了一些初探结论，但依然任重道远，尚有许多有待进一步深入进行的研究工作等待来者完成。不管怎么样，至少通过自己的亲手验证以及资料查找，通过国内外的污泥处理现状的对比，了解到了我国的污泥资源化利用板块还有很大的上升空间。这说明了冶金废弃物的资源化利用行业是一个朝阳行业，伴
14、随着挑战的同时，存在着很大的机会以及经济利益，相信凭借完成这次毕业设计时累积的知识，我能在毕业后继续深入从事相关工作，赢得事业上的成功。特别鸣谢在这里，我要向我的毕业设计导师施惠生教授和郭晓潞副教授表示衷心的感谢。两位老师学术上非常严谨而又平易近人，在我试验和论文写作的过程中，给予了我很大的帮助。郭老师对我的论文要求很严格，即使是一个标点符号，一句话的句法问题，也都会醒目地帮我标注出来；每一个数据她也会细心的比对，能发现一些数据中隐藏的问题。施老师对于数据的可信度要求的理解让我记忆犹新，正是他让我懂得了不是数据越精确越可信的道理。此外，杨安良学长也为我的毕业设计提供了许多帮助。他不仅对我的试验设计提供了很多建设性的意见，并在试验的过程中不断与我交流，帮助我完善试验方案，帮我解决做试验时面临的困难。为了帮助我顺利完成毕业设计，学长牺牲了很多个人的时间。还有其他在此过程中帮助过我的学长们，在此对你们的无私付出一并表示深深的感谢！感谢我的爸爸妈妈，在我大学的学习期间给予我关怀和支持。最后，我要感谢评审本论文和参加论文答辩的专家、教授，感谢你们在百忙之中对我的论文进行评审及参加我的答辩。谢谢聆听
