潼南區某污染場地硫酸鈣渣制磚可行性研究*

杜巧玲，汪玉嬌，鄧 磊，杜文菱，陳 琴，王 江

(1 潼南區生態環境監測站，重慶 402660；2 重慶美天環保工程有限公司，重慶 401121)

硫酸鈣渣(又稱鈦石膏)是采用硫酸法生產鈦白粉時，為治理生產過程中所排放的酸性廢水，加入石灰或電石渣以中和大量的酸性廢水而產生的工業副產物[1-2]。截止2018年底，我國硫酸鈣渣產生量已達3000萬噸/年，而我國并沒有對硫酸鈣渣進行準確的定性，缺乏相應的處置技術和控制管理標準[3]。目前，硫酸鈣渣最常見的處置方法仍然是渣場堆放，硫酸鈣渣的堆放不僅占用大量土地、污染環境、破壞生態平衡，而且給企業帶來了巨大的經濟負擔，大量的硫酸鈣渣都沒有被有效利用，受雨水的沖洗流失，可溶性有害物質會溶于水，經日曬后，粉末被風吹后飄散于大氣中，既污染環境又威脅人們健康[4-5]。

目前，硫酸鈣渣最常見的處置方法仍然是渣場堆放，通過對10家企業硫酸鈣渣處置現狀進行了統計分析，硫酸鈣渣的處置技術主要有填埋、制作水泥緩凝劑、制作燒結磚、制作石膏建材[6-7]，為有效解決硫酸鈣渣堆存帶來的污染問題，本文選取潼南區某污染場地治理修復工程中的硫酸鈣渣作為研究對象，通過對硫酸鈣渣處置技術篩選分析，擬采用燒結制磚技術將硫酸鈣渣進行資源化利用[8-10]。

1 方案設計

1.1 實驗內容

為探究本項目硫酸鈣渣在制磚過程中的摻燒范圍，選取合適的比例區間，確定出硫酸鈣渣的最佳摻燒比例。通過開展小試實驗及查閱相關文獻資料，得出硫酸鈣渣理論上的摻燒比例約為30%。為進一步優化硫酸鈣渣的投加比例，結合機械制磚生產工藝流程，制定出以硫酸鈣渣摻燒比例30%為基準值，上下各取兩個摻燒比例，數值梯度為5%，并取磚廠無硫酸鈣渣添加的成品磚作為平行樣，即本次實驗取硫酸鈣渣摻燒比例為0%、20%、25%、30%、35%、40%六個批次分別開展實驗，從而探究實驗磚在滿足質量標準下本項目硫酸鈣渣的最大摻燒比例。按照實驗磚廠的生產工藝，單通道隧道窯高溫燒成區中停留窯車數量為5輛，每輛窯車約碼放4000匹磚，為保證整個實驗過程符合實際生產量，因此，按照硫酸鈣渣的不同摻燒比例每批次生產量為1窯車，共計5窯車。本次實驗生產磚型為實心頁巖磚，產品規格為：240 mm×115 mm×53 mm。制磚原料總質量一般約3.5～4 kg/塊，頁巖和粉煤灰按質量比9:1，硫酸鈣渣不同摻燒比例的原料添加量見表1。

表1 硫酸鈣渣不同摻燒比例的原料添加量

注：一匹磚=a%頁巖+10%粉煤灰+b%份硫酸鈣渣≈4 kg(a+b=90)。

1.2 實驗方法

將硫酸鈣渣及頁巖等原料運送至原料棚儲存，硫酸鈣渣按照一定的摻燒比例同頁巖進入顎式破碎機初碎，粉煤灰與經過第一道破碎后的頁巖、硫酸鈣渣混合進行細碎。混合料加水攪拌后經皮帶機進入陳化庫，經陳化處理后，混合料經多斗式取土機進入箱式給料機，經皮帶機進入強力攪拌機，再進入雙機真空擠出機成型，擠出泥條經切條、切坯后得到實心砌塊半成品，由自動夾坯機將磚坯放置在窯車上，碼裝完成后，經頂車機將窯車送入隧道窯內預熱、焙燒、冷卻，出窯的成品磚由人工卸下分級打包后，經叉車運至成品堆場。抽取樣品磚檢驗相關質量指標，根據檢驗結果，得出本項目硫酸鈣渣制磚的摻燒比例范圍。

2 結果與討論

2.1 實驗實施

2.1.1 樣品成分測定

本項目硫酸鈣渣總量約14.35萬方，為進一步明確硫酸鈣渣的化學組分，為下一步作為制磚原料提供理論支撐，采集該區域的硫酸鈣渣樣品作了檢測分析，樣品檢測結果見表2。

表2 本項目硫酸鈣渣的主要化學成分

由表2可知，不同位置的硫酸鈣渣成分組成大致相同，可以作為制磚添加劑穩定投加。另外，SiO2、Al2O3含量相對較低，距適宜制磚的硅鋁比要求相差甚遠，因此，硫酸鈣渣只能作為摻入料，與頁巖、粉煤灰等原料配合，配料中頁巖及粉煤灰提供適宜的硅鋁比。

2.1.2 樣品清挖及堆存

首先對污染場地內的硫酸鈣渣區域進行機械開挖，經現場篩分機處理后，篩下物裝車密閉后運往實驗磚廠，存放在原料堆放區，如圖1所示。

圖1 硫酸鈣渣清挖及堆存

2.1.3 破碎及混料

頁巖、硫酸鈣渣由裝載機送入箱式給料機按照每個批次設定添加量均勻的定量配比，經皮帶輸送機送入鄂式破碎機粗碎，然后進入錘式粉粹機細碎，以達到制磚原料工藝要求。粉煤灰原料由鏈板式給料機均勻定量配比，并與頁巖、硫酸鈣渣原料在進入錘式破碎機前第一次混合，隨后三種原料由皮帶輸送機送入錘式破碎機進行細碎，再進入圓滾篩進行篩選，見圖2、圖3。

圖2 硫酸鈣渣進料及頁巖進料

圖3 粉煤灰進料及三組分混料

2.1.4 陳化及攪拌

通過細碎處理后的三種原料進入雙軸攪拌機適量加水混合攪拌后，經由皮帶輸送機送到陳化庫進行布料，使原料中的水份有足夠的時間進行滲透交換，并軟化原料，進一步提高原料的均勻性和液塑性，更利于原料擠出成型，減少設備磨損等，經過陳化處理的原料經過多斗挖土機均勻取料經皮帶輸送機進入箱式給料機均勻定量供料進入下一道工序。

圖4 加水攪拌及陳化處理

2.1.5 成型及碼裝

陳化后的原料進入雙軸攪拌擠出機并視實際情況再次加水調整，經皮帶輸送機把充分處理好的原料送入雙級真空擠出機，擠出的泥條經由全自動切條、切坯系統切割成型，再經過分運坯機送到碼坯工位進行全自動碼坯系統碼放到窯車上。

圖5 真空擠壓及切條制坯

圖6 磚坯轉運及碼上窯車

2.1.6 焙燒及堆存

碼放好磚坯的窯車經牽引機牽引至靜停車間停放備用，實驗磚坯靜停車時可利用窯爐余熱排放適量水分，加快坯體干燥，隨后由頂車機送入干燥窯內進行干燥，再進窯爐內進行焙燒，磚坯在窯內經過預熱、焙燒、保溫、冷卻等一系列熱工過程，在高溫下燒結成合格產品，冷卻后的窯車經出口拉引機移動到卸磚位置，由人工卸磚，再由全自動打包機打包，再由插車運送到成品堆放場地。至此，整個硫酸鈣渣摻燒制磚的生產工序完成。

圖7 磚坯出窯及成品磚堆存

2.2 質量檢測

依據《燒結普通磚GB5101-2003》的標準要求，燒結普通磚主要檢測指標包括尺寸偏差、外觀質量、抗壓強度、抗風化性能、泛霜、石灰爆裂等。由于本次實驗原材料發生較大改變，可能影響產品性能，因此需進行燒結磚型式檢驗，檢驗項目包括《燒結普通磚GB5101-2003》的全部項目。檢驗批的構成原則和批量大小按照《JC/T466砌墻磚檢驗規則》執行，每批磚送檢數量為30匹，質量檢驗共計送檢180匹磚，委托重慶某建材檢測有限公司對實驗磚進行質量檢測。待檢樣品磚性狀及質量檢測結果如圖8所示。

圖8 待檢樣品磚

表3 樣品磚主要質量指標檢測結果

通過將實驗成品磚檢測結果與《燒結普通磚GB5101-2003》中相關指標限值進行比較可知，A、B、C號樣品符合(頁巖磚合格品MU10)相關質量標準。隨著硫酸鈣渣摻燒量的增加，實驗磚各項質量指標呈下降趨勢，D～F號樣品抗壓強度平均值都未達到最低標準10 Mpa，另外由于硫酸鈣渣中鈣含量較高，導致D～F號樣品石灰爆裂指標超標嚴重。綜上，該污染場地內的硫酸鈣渣能夠與頁巖、粉煤灰在一定比例下混合制得符合質量標準的實心頁巖磚，摻燒制磚的比例控制在25%左右。

3 結 論

(1)該污染場地內的硫酸鈣渣化學成分穩定，能夠與頁巖、粉煤灰在一定比例下混合制得符合質量標準的實心頁巖磚，摻燒制磚的比例控制在25%左右；

(2)將硫酸鈣渣替代部分頁巖制做燒結磚的處置方式在生產工藝上是可行的，為硫酸鈣渣的綜合治理及資源化利用提供了新的途徑。