[发明专利]使用冷轧和热轧机污泥生产人工轻骨料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用冷轧和热轧机污泥以及粘土作为主要原材料生产人工轻骨料的方法，具体来说，涉及使用冷轧和热轧机污泥以及粘土作为主要原材料生产人工轻骨料的方法，其中人工轻骨料的绝对干比重为0.8-1.5，吸水率为5-20％。

背景技术

根据现有技术，利用自然材料制造轻骨料需要的原材料包括起泡剂，例如膨胀页岩和膨胀粘土。由于轻骨料的质量取决于起泡剂的配料方法和含量，因此保证高质量的原材料对于轻骨料的生产而言十分重要。这样的原材料仅在几个国家生产，但是韩国没有该原材料。因此，为获得高质量的轻骨料，在生产轻骨料的原材料中添加一些例如Fe₂O₃和C这样的成分。这些成分在轻骨料的生产成本中占了很大一部分，同时给轻骨料的生产带来了许多限制。

近年来，一些研究正致力于用有成本效益的方法，使用工业废弃物生产轻便骨料。

通常，炼钢产生的副产物包括残渣(炉渣和炼钢渣)、污泥(炼钢污泥、石灰污泥、冷轧和热轧机污泥、灰泥、废水处理区的污泥和连续铸造污泥)，废尘(烧结R/EP尘、烧结W/EP/尘、石灰B/F尘、炼钢E/P尘和炼钢B/F尘)和炉底灰。这些炼钢产生的副产物包含SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、TiO₂、P₂O₅、Cr₂O₃、MnO、C等等，它们在炼钢过程中是循环利用的，但冷轧和热轧机污泥的循环利用率非常低，因为它含有如油性成分等杂质。在韩国，冷轧和热轧机每年产生的污泥数量多于200,000公吨，并且基本都填埋了。冷轧和热轧机的污泥还带来了这样的问题：其中的化学成分大多包含重金属，其对人体危害相当大，其回收还会引发二次环境污染问题。

早期公开的韩国专利申请号2003-0069692披露了一种使用含有磷酸盐的废水污泥生产具有磷灰石结晶体结构的轻骨料的方法，其中，用具有大约60％的铁成分的炼钢污泥作为起泡剂，按重量计算的5-15％的量，来生产轻骨料。然而，上述轻骨料生产方法遇到了一个问题：当添加的炼钢污泥的量大于15％时，获得的产品会有厚块颜色，其会降低产品的畅销度，因此，炼钢污泥的循环利用十分有限。

此外，韩国专利注册号662,812披露了一种生产超轻骨料的方法，其包括向原始污水污泥中添加20-30重量份的干的炼钢污泥。由于原始污水污泥中的水分含量大约为80％，因此它不能被铸型。为解决这一问题，韩国专利注册号662,812披露的方法意在通过向水分中添加大约20-30％的干的炼钢污泥来形成这种轻骨料，从而降低轻骨料的干燥成本。

与轻骨料膨胀的基本原理一致，当煅烧轻骨料时，发生有机材料的热解吸，当煅烧已形成的气体周围的粒子外表面时，热解吸产生的气体、碳酸、二氧化硫、三价氧化铁会降解为二价氧化铁。如果气体不能从煅烧的表面释放出来，粘土的内部就会膨胀并且形成一些规律的孔隙，这就成了轻材料。在以上现有技术文档中披露的上述使用原始污水污泥和干的炼钢污泥的混合生产人工轻骨料的方法，也使用了与该原理相类似的过程。然而，包含在原始污水污泥中的大约90％或以上的有机材料，在煅烧过程中形成了许多孔隙，这使得Fe₂O₃的还原反应变得困难，并且在膨胀过程发生之前，轻骨料的表面被过度煅烧和熔化，这给煅烧过程的控制带来很大的困难。另外，难以保证生产的轻骨料的质量的统一性。

在韩国，钢铁工业在整个工业中占了很大的比例，所以也会产生大量包括污泥在内的废料。这些废料的处理方式是，例如填埋由废料做成的实心砖，并且处理这些废料的技术还停留在非常低级的阶段。炼钢污泥及其类似物不经循环利用而填埋会污染周围的环境并引发一系列问题，如土壤污染。污泥的处理涉及大笔开销，这会增加生产成本，从而削弱企业的竞争力。

上述专利文件虽提出了对包括铁在内的工业副产品进行循环利用的方法，但其提出的方法却谈不上是根本解决之道。具体来说，所披露的材料中，这些材料只是用作膨胀添加剂或者在成形过程中作为水控制剂，而不是用作生产轻骨料的主要原材料。另外，披露的方法需要生产实心砖的过程、粒化过程和随后的填埋过程。

相应地，对炼钢副产物污泥的循环利用有助于防止环境污染并增强国家竞争力，因此需要在这方面进行许多研究和积极的利用。