一种采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置及方法
阅读说明：本技术 一种采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置及方法 (Device and method for preparing cement retarder by adopting industrial waste residues ) 是由 雍毅 吴怡 尹朝阳 薛嘉 郭卫广 刘恒博 黄祥 于 2021-02-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置及方法,其中装置包括依次布置的清洗装置、离心装置、改性装置以及成型装置,改性装置为搅拌池,搅拌池由隔板分为上搅拌池和下搅拌池,上搅拌池和下搅拌池均设置有搅拌器和与搅拌器电性连接的控制器,上搅拌池上端设置有若干进料端口、计量称与电磁阀门一,下搅拌池设置有出料端口、pH检测装置与电磁阀门二,上搅拌池上方设置有倒漏斗形圆盘。通过本装置对工业废渣进行脱水和改性,可以将磷石膏制备成性能优异的水泥缓凝剂,并且在消纳了电石渣、工业碱渣和粉煤灰等工业固废的同时,还降低生产成本,带来一定的经济效益。(The invention discloses a device and a method for preparing cement retarder by using industrial waste residues, wherein the device comprises a cleaning device, a centrifugal device, a modification device and a forming device which are sequentially arranged, the modification device is a stirring tank, the stirring tank is divided into an upper stirring tank and a lower stirring tank by a partition plate, the upper stirring tank and the lower stirring tank are respectively provided with a stirrer and a controller electrically connected with the stirrer, the upper end of the upper stirring tank is provided with a plurality of feeding ports, a metering scale and a first electromagnetic valve, the lower stirring tank is provided with a discharging port, a pH detection device and a second electromagnetic valve, and an inverted funnel-shaped disc is arranged above the upper stirring tank. The device can dehydrate and modify industrial waste residues, can prepare phosphogypsum into a cement retarder with excellent performance, and reduces the production cost while consuming industrial solid wastes such as carbide slag, industrial alkaline slag, fly ash and the like, thereby bringing certain economic benefit.)
技术领域
本发明涉及水泥缓凝剂技术领域，具体涉及到一种采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置及方法。
背景技术
磷石膏无法直接用作水泥的缓凝剂。一是磷石膏中含有较大量的水溶性五氧化二磷、水溶性氟、有机物等诸多有害杂质，使磷石膏在一定程度上呈酸性和腐蚀性，且会延缓C3A和C3S等水泥矿物早期水化速度，延长水泥凝结时间，降低早期强度。二是磷石膏为潮湿状粉末，附着水含量为15％～30％且不稳定，既不利于运输和计量，也很容易造成筒仓的堵塞、结块、在水泥磨中糊磨等。
我国的烧碱行业产能巨大，每生产1t成品碱，产生大约13.6kg的碱渣(含水35.9％)。碱渣主要成分为碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅、氯化钙等钙盐为主要成分的工业废渣，还含有少量氢氧化镁、氢氧化钙及少量铁铝氧化物、氯化钠盐。碱渣偏碱性，pH值在10左右。大多数企业针对盐泥几乎是经压滤后进行堆存或填埋，该处理方法不仅费用高且必然对环境产生影响。一个年产80万t纯碱的工厂，每年用于废渣排放的费用约需1000万元。因此，有效利用碱渣，变废为宝，具有明显的社会效益和经济效益，前景广阔。
粉煤灰是燃煤电厂以及煤矸石、煤泥综合利用电厂排出的主要固体废物。粉煤灰pH值在8～11之间。粉煤灰化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主(氧化硅含量在48％左右,氧化铝含量在27％左右)，其它成分为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质。
现有技术中通过磷石膏制备水泥缓凝剂的方法有：将磷石膏、矿渣粉或粉煤灰、生石灰粉或电石渣粉混合后，加入碱催化剂混合、成球即可制得，其中对原料生石灰粉的要求为CaO含量≥65％，90μm筛余量≤7％，粉煤灰的要求为Ⅱ级粉煤灰，矿渣粉的要求为S75级矿渣粉，电石渣粉的要求是扣除游离水和结合水的CaO含量≥65％，90μm筛余量≤7％。对原料均有一定程度的筛选，做不到对工业废渣的集中整理转化。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置及方法，通过该装置和方法可以将工业废渣均匀混合后制备水泥缓凝剂，在消纳了工业固废的情况下也带来了经济效益，装置结构简单，操作方便。
为达上述目的，本发明提供了一种采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置，包括依次布置的清洗装置、离心装置、改性装置以及成型装置，改性装置为搅拌池，搅拌池由隔板分为上搅拌池和下搅拌池，上搅拌池和下搅拌池均设置有搅拌器和与搅拌器电性连接的控制器，上搅拌池上端设置有若干进料端口、计量称与电磁阀门一，下搅拌池设置有出料端口、pH检测装置与电磁阀门二，上搅拌池上方设置有倒漏斗形圆盘。
采用上述方案的有益效果是：通过清洗装置将大部分新鲜磷石膏中的可溶性磷、氟和有机质等杂质去除，再通过离心装置去除清洗时灌入的水分，将磷石膏放置在圆盘中，当工业电石渣、碱渣和粉煤灰从进料端口进入上搅拌池后，可以通过搅拌器对混合物进行搅拌，组成改性剂，再将磷石膏从圆盘倒入上搅拌池中，通过搅拌器混合，对酸性磷石膏进行改性，，计量称可以对进入上搅拌池的原料进行计量，并通过电磁阀门一开启进料端口，控制加入的量；混合均匀后的混合物从隔板进入下搅拌池，在下搅拌池中静置陈化，并且可以根据pH检测装置检测到酸碱度，通过加入工业电石渣进行调节到符合施工要求。最后再通过成型装置制备成粒径统一的球粒，供水泥凝结使用；其中控制器的型号可以是欧姆龙CP1H-X40DT-D型PLC控制器。
进一步地，清洗装置包括阶梯池，阶梯池上部边缘设置有若干进水管道，下端设置有出水管道，底部设置有纱布网，纱布网边缘设置有牵引绳，牵引绳与机械臂活动连接。
采用上述方案的有益效果是：将新鲜磷石膏投入清洗装置中，若干进水管道同时冲水，可以对磷石膏的杂质有一个较大的冲力，阶梯池可以对磷石膏有一个阶段式洗涤效果，最后通过机械臂牵引纱布网即可收集清洗后的磷石膏。
进一步地，离心装置为吊袋离心机，成型装置为圆盘成球机。
采用上述方案的有益效果是：吊袋离心机的型号可以是PSD型离心机，圆盘成球机的型号可以是PQ(T)-500；吊袋离心机的电动机带动转鼓旋转，物料由顶部进料管加入转鼓，在离心力作用下趋向转鼓，其中液相穿过滤布和鼓壁滤孔排出。固相截留在转鼓内，停机后启开机盖松开拦液板锁紧销，用起吊装置将拦液板连同装有滤渣的滤袋一并吊往卸料处，松开特制的吊爪使滤袋一端开口张开，滤饼便自动落下。在圆盘成球机中生料粉被制成粒度均匀的球核，然后送进成球盘中，球核进入成球盘后在盘内受离心力、摩擦力和重力的作用，沿抛物线运动，并在不断的滚动过程中将球内的水份不断排挤出表面，由于物料的粘结性和可塑性，球核在运动过程中与生料粉互相粘结并逐渐长大。由于物料的粘结性以及表面液膜的自然挥发，使料球具有一定的强度。当成球盘的倾角、盘边高、转速及水份等参数一定时，不同粒径的料球由于重力不同而按不同的脱离角离开盘边向下滚动，然后随着倾斜盘体的转动从盘的边部排出盘外。
进一步地，pH检测装置包括均与控制器电性连接的pH自动检测仪、显示器和显示灯。
采用上述方案的有益效果是：pH自动检测仪的型号可以是SIN-pH6.3型，通过pH自动检测仪检测到混合物的pH值，pH值在显示器上显示，若pH值没有到达7，显示灯不会亮，需继续添加新的工业电石渣进行碱度调节，当碱度高于7以后，控制器控制显示灯亮起，提示工作人员无需继续调节碱度。
进一步地，圆盘设置有旋转收缩齿，旋转收缩齿的形状为三角形。
采用上述方案的有益效果是：通过旋转收缩齿可以将圆盘上的磷石膏均匀撒入上搅拌池中与混合物继续混合。
进一步地，隔板中设置有输料管和电磁阀门三，电磁阀门三与控制器电性连接。
根据采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置制备水泥缓凝剂的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜磷石膏在清洗装置中循环清洗3-5次，其中液固比为3:1～6:1；
(2)将清洗后的磷石膏使取出后，在离心装置中离心脱水或者陈化2-4月，得到脱水磷石膏；
(3)将脱水磷石膏储存到圆盘中，将工业电石渣、碱渣、粉煤灰按质量比为50-70：20-30：5-15的比例从进料端口输入到上搅拌池，与脱水磷石膏进行一次搅拌；
(4)打开输料管，将步骤(3)所得混合物输入到下搅拌池，堆存1-5天后，调节pH值至7以上，进行二次搅拌；
(5)将二次搅拌后的所得物通过圆盘成球机制备成固定颗粒的水泥缓凝剂。
采用上述方案的有益效果是：首先将新鲜磷石膏清洗可以去除大部分溶解态磷、氟和有机物，防止其延长水泥的缓凝时间，降低水泥的强度；其次离心脱水或陈化，可以将清洗后含水量较高的磷石膏的含水率降低到15％以内；工业电石渣、碱渣、粉煤灰的混合可以作为改性剂使用，由于磷石膏中含有游离酸，而电石渣、碱渣和粉煤灰pH值都为碱性，能够中和磷石膏中游离酸，并降低磷石膏中可溶性磷、氟的浸出，降低其对缓凝剂的影响，提高产品质量，最后调节pH高于7，满足施工要求对水泥凝结时间的要求。并且通过圆盘成球机可以将水泥缓凝剂制备成10-30mm的球粒，便于施工。
进一步地，工业电石渣、碱渣和粉煤灰的混合物占磷石膏质量百分数的1-5％。
进一步地，离心脱水的转速为800～2000r/min，脱水时间为10～20min。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、利用电石渣对磷石膏进行改性，得到的磷石膏有良好的性能，用于水泥缓凝剂，不但能达到天然石膏缓凝的效果还增加了水泥的强度，延长了水泥的使用寿命；利用电石渣改性磷石膏，因为电石渣和磷石膏都是大宗的工业废渣，原料来源丰富、成本低，而且通过本发明的制备方法，电石渣改性只需常温条件下反应2h就能得到良好的改性效果；电石渣改性磷石膏具有成本低、工艺条件简单、原料来源丰富等优点；
2、改性后的磷石膏完全可以用作水泥的调凝剂，同时消纳了电石渣、工业碱渣和粉煤灰等工业固废，不仅生产工艺简单，降低了生产成本，保护了生态环境，还带来了一定的经济效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图图；
图2为清洗装置的结构示意图；
图3为搅拌池的结构示意图；
图4为圆盘的结构示意图；
其中，1、机械臂；2、进水管道；3、牵引绳；4、纱布网；5、阶梯池；6、上搅拌池；7、下搅拌池；8、圆盘；9、进料端口；10、搅拌器；11、输料管；12、电磁阀门二；13、出料端口；14、电磁阀门一。
具体实施方式
本发明提供了一种采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置，包括依次布置的清洗装置、离心装置、改性装置以及成型装置，改性装置为搅拌池，搅拌池由隔板分为上搅拌池6和下搅拌池7，上搅拌池6和下搅拌池7均设置有搅拌器10和与搅拌器10电性连接的控制器，上搅拌池6上端设置有若干进料端口9、计量称与电磁阀门一14，下搅拌池7设置有出料端口13、pH检测装置与电磁阀门二12，上搅拌池6上方设置有倒漏斗形圆盘8。
其中，清洗装置包括阶梯池5，阶梯池5上部边缘设置有若干进水管道2，下端设置有出水管道，底部设置有纱布网4，纱布网4边缘设置有牵引绳3，牵引绳3与机械臂1活动连接。
其中，离心装置为吊袋离心机，成型装置为圆盘成球机。
其中，pH检测装置包括均与控制器电性连接的pH自动检测仪、显示器和显示灯。
其中，圆盘8设置有旋转收缩齿，旋转收缩齿的形状为三角形。
其中，隔板中设置有输料管11和电磁阀门三，电磁阀门三与控制器电性连接。
实施例1
采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置制备水泥缓凝剂的方法，包括以下步骤：
(1)清洗
首先将新鲜磷石膏在清洗装置中进行清洗，采用厂内循环水，以液固比4:1，清洗过滤5遍，去除大部分溶解态磷、氟和有机物；
(2)离心
将清洗后的磷石膏用机械臂1取出后，通过中高速离心脱水，离心机转速为1000r/min，离心时间为20min，将磷石膏含水率降低至12％以内，脱除的渗滤液进入渗滤液收集池，简单处理作为场内部分生产回用水；
(3)一次搅拌
将工业电石渣、碱渣、粉煤灰按照质量比70：20：10从进料端口9输送到上搅拌池6进行混合搅拌，制作为碱性改性剂，然后将占磷石膏质量3％的改性剂加入清洗脱水后磷石膏中进行初次搅拌混匀，输入到下搅拌池7并堆存反应5天；
(4)二次搅拌
将堆存反应后改性磷石膏，通过pH自动检测仪测试其pH值，根据pH值，二次添加工业电石渣，调节pH值到7以上，进行二次搅拌成为水泥缓凝剂；
(5)制成
将二次搅拌后的所得物通过圆盘成球机制备成固定颗粒的水泥缓凝剂。
实施例2
采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置制备水泥缓凝剂的方法，包括以下步骤：
(1)清洗
首先将新鲜磷石膏在清洗装置中进行清洗，采用厂内循环水，以液固比6:1，清洗抽滤3遍，去除大部分溶解态磷、氟和有机物；
(2)陈化
将清洗后的磷石膏用机械臂1取出后，通过陈化4个月，将磷石膏含水率降低至15％以内，脱除的渗滤液进入渗滤液收集池，简单处理作为场内部分生产回用水；
(3)一次搅拌
将工业电石渣、碱渣、粉煤灰按照质量比60：25：15从进料端口9输送到上搅拌池6进行混合搅拌，制作为碱性改性剂，然后将占磷石膏质量4％改性剂加入清洗脱水后磷石膏中进行初次搅拌混匀，输入到下搅拌池7并堆存反应5天；
(4)二次搅拌
将堆存反应后改性磷石膏，通过pH自动检测仪测试其pH值，根据pH值，二次添加工业电石渣，调节pH值到7以上，进行二次搅拌成为水泥缓凝剂。
(5)制成
将二次搅拌后的所得物通过圆盘成球机制备成固定颗粒的水泥缓凝剂。
实施例3
采用工业废渣制备水泥缓凝剂的装置制备水泥缓凝剂的方法，包括以下步骤：
(1)清洗
首先将新鲜磷石膏在清洗装置中进行清洗，采用厂内循环水，以液固比6:1，清洗过滤4遍，去除大部分溶解态磷、氟和有机物；
(2)离心
将清洗后的磷石膏用机械臂1取出后，通过中高速离心脱水，离心机转速为2000r/min，离心时间为10min，将磷石膏含水率降低至10％以内，脱除的渗滤液进入渗滤液收集池，简单处理作为场内部分生产回用水；
(3)一次搅拌
将工业电石渣、碱渣、粉煤灰按照质量比70：25：5从进料端口9输送到上搅拌池6进行混合搅拌，制作为碱性改性剂，然后将占磷石膏质量1％的改性剂加入清洗脱水后磷石膏中进行初次搅拌混匀，输入到下搅拌池7并堆存反应5天；
(4)二次搅拌
将堆存反应后改性磷石膏，通过pH自动检测仪测试其pH值，根据pH值，二次添加工业电石渣，调节pH值到7以上，进行二次搅拌成为水泥缓凝剂；
(5)制成
将二次搅拌后的所得物通过圆盘成球机制备成固定颗粒的水泥缓凝剂。
对实施例1-3制备成的水泥缓凝剂进行检测，各项材料的含量见表1：
表1水泥缓凝剂测试指标
由表1可知，通过本发明的装置和方法制备出的水泥缓凝剂中，附着水、二水硫酸钙、水溶性五氧化二磷、水溶性氟离子和水溶性氧化镁的含量均满足水泥缓凝剂的使用指标，并且水溶性氧化钠和水溶性氯离子的含量均为0，凝结时间复合测试指标，改性后的磷石膏完全可以用作水泥的调凝剂，同时消纳了电石渣、工业碱渣和粉煤灰等工业固废，不仅生产工艺简单，降低了生产成本，保护了生态环境，还带来了一定的经济效益。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
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