建筑垃圾生产烧结墙体材料——预均化处理

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一、综合利用建筑垃圾生产烧结墙体材料是当前比较热门的话题。本文所指的“建筑垃圾”是指建筑物建造过程中的基础工程、地下工程所产生的固体（渣土）和流体废弃物（泥浆）。而建筑物拆除产生的固体废弃物（废砖、混凝土构件等）不在本文探讨的范围之内。因此本文探讨的建筑垃圾是含有一定比例的黏土质成分，可用于生产烧结墙体材料的“建筑渣土”，这种建筑垃圾经过一定的技术处理和适当的加工，可以用于生产各种性能优异的烧结墙体材料的原材料，化害为利、利国利民。

国家发改委、国家工信部在《新型墙材推广应用行动方案》等文件中均提出加大“推广利用大型烧结砖隧道窑安全处置城市污泥、废渣与其它原料配合生产烧结空心砖、自保温烧结砌块，提高资源综合利用率”的具体要求。因此利用建筑垃圾生产烧结墙体材料符合国家的产业政策。随着资源约束作用越来越明显，利用可再生资源发展新型墙体材料，成为我国新型建材发展的首选道路，更重要的是可实现经济、环境的可持续性发展。

      2.1 一般情况建筑垃圾主要为固体（渣土）和流体废弃物（泥浆）。前者是基础工程、地下工程和地铁建设过程中产生的固体废弃物，后者主要是桩基工程中产生的流体废弃物。与具有相对固定矿山资源的情况不同，建筑垃圾（渣土）来源非常分散、变化大，所以成分比较复杂。例如城市地铁建设过程中，地铁线路要穿越不同地质年代和不同岩性的地层，常见的岩层有页岩、黏土、花岗岩、石灰岩、泥灰岩等等，这种变化多样的特点造就了建筑垃圾的复杂性。

2.2 主要成分我们通过施工单位对国内某三个城市的建筑垃圾进行取样分析，取样是在建设单位的协助下进行的。样品主要采集目测可以用于生产烧结砖的原料，明显的岩石（如花岗岩、石灰岩等）做剔除处理，送检验单位化验，其结果汇总于表一：
建筑垃圾主要化学成分表 表一

序号	样品来源	岩性描述	化学成分（％）
SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MaO	烧失量	合计
1	基础工程	黏土	49.53	5.82	16.29	9.78	3.11	11.62	96.15
2	基础工程	黏土	48.91	6.26	17.15	8.67	3.13	10.95	96.15
3	基础工程	页岩	59.11	4.94	12.65	6.36	2.71	9.78	95.55
4	基础工程	页岩	36.66	3.82	20.7	4.29	1.22	29.31	96
5	地铁工程	黏土	48.86	5.58	9.43	11.49	4.91	12.69	92.96
6	地铁工程	砂岩	61.25	4.55	24.54	0.14	0.30	8.80	99.58
7	地铁工程	砂岩	75.26	3.90	14.64	0.14	0.19	5.47	99.6
8	地铁工程	黏土	61.97	5.03	21.5	0.13	0.40	9.21	98.24
9	桩基工程	泥浆	59.11	4.94	12.65	6.36	2.71	9.78	95.55
10	桩基工程	泥浆	57.80	8.62	16.58	2.80	2.00	5.63	93.43

（注：未做钾、钠分析）

从表一的结果看出，样品的化学成分波动还是比较大的，但是实际经验告诉我们，这些样品只要处理得当，是可以用于生产烧结墙体材料的。由于建筑垃圾来源相对分散，在渣土场做好预均化处理是保证正常使用的有效措施。通常情况下在堆放建筑渣土时，尽量以相互平行和上下重叠的同厚度的料层构成料堆，而在取料时，则在垂直料层方向，尽可能同时切取所有的料层，依次切取，直到取完为止。这样取出的物料成分相对要均匀得多，这就是所谓的“平铺直取”（stockpiling systems）。实践证明采用“平铺直取”的原料堆存预均化方式，是有效保持原料中各组分均匀性的好办法。在生产过程中，配合“两辊两搅”工艺和高效搅拌挤出机、高速细碎对辊机等加强处理的措施，是能够保证产品质量的。混合料再经过陈化库陈放堆存，可使混合料的物理性能得到很大提高。经陈化处理后的泥料，性能改善、混合均匀，从而可满足烧结空心砌块的成型与质量要求。
2.3 淤泥我们说的“淤泥”，并非以往说的江河湖海沉积的淤泥，而是指基础工程中桩基和钻孔作业中产生的“淤泥”,俗称“打桩污泥”。这是含有微细泥颗粒和细沙的悬浮液体，含水率通常达到70%以上。“打桩污泥”具有一定粘度，即便在静止状态下经过很长时间也很难沉淀。建筑桩基施工在我国沿海地区广泛使用，它是非开挖基础施工方式中的前沿技术，因此应用十分广泛。但是面临的突出问题是由此产生的泥浆处置和合理应用的难题。

目前，打桩泥浆（淤泥）处理方式是用槽罐车把现场的泥浆运送到城市郊外的垃圾场或者泥浆坝里，让其在泥浆池中自然沉淀和干化。这种处理方式原始而且落后，不仅效率极低，而且问题很多。槽罐车在运输途中私自乱倒的现象非常普遍，造成环境污染和生态的破坏。准确测算出一座城市产生多少淤泥的量是比较困难的，以广东汕头市为例，保守估算，一年由建筑桩基工程产生的打桩污泥达到30万吨以上，而这些淤泥大部分倾倒在池塘、河湾之中，处理十分困难，因此建筑污泥的利用也是迫在眉睫。处理

对建筑垃圾的科学处理至关重要，因为这是生产优质产品的前提。本文涉及的原料处理指的是建筑垃圾经过“分类处置”后的有用部分，关于建筑垃圾“分类处置”的技术措施不在本文讨论的范围。
3.1 预均化预均化是水泥工业常用的原料处理技术，原料在生料制备之前，预先将原料进行均化的堆场。在预均化堆场中，通过水平分层堆放和垂直切割的方法，使原料成分得到的均化。这个方法同样适用于建筑垃圾的预均化处理。我们在参观法国（Bouyer leroux）制砖工厂时看到，他们把收集来的建筑渣土与本厂开采的原料（黏土）堆积成“大垛”，并且堆积两年以后再使用（见图1），这一点非常类似我国北方砖厂中传统的“堆大垛”方式，不同的是他们堆积的时间更长。
经过堆大垛陈化的原料，再采集起来送进原料堆棚里，尽可能以最多的相互平行和上下重叠的同厚度的料层进行堆放储存，取用时按照垂直于料层方向同时切取不同的料层的方式取料，这就是水泥行业常用的“平铺直取”法，料层堆放的层数越多，取料时切取的层数也就越多，物料的成分达到比较均匀的效果越好。图2为法国（Bouyer leroux）工厂原料预均化现场的照片。只有经过这样预均化处理的原料，才能够最大限度地减少原料化学成分和物理性能的波动，从而为生产高品质产品和确保产品质量奠定良好的基础。
3.2 淤泥脱水无论是桩基工程或者地铁工程产生的淤泥，都含有大量的水分。一般情况下淤泥浆的含水率高达70％以上，这么高的水分是不能直接利用的，必须脱去淤泥中的大部分水分才能够使用。然而淤泥的脱水是一件十分棘手的事情，因为复杂的脱水工艺不仅会增加脱水的成本，而且也使投资大量增加。因此关于淤泥的脱水处理，依然是目前业界中讨论最多的话题。根据我们掌握的资料，目前最常见的淤泥脱水工艺有以下三种方式。
3.3.1 板框式压虑脱水压滤脱水（Pressure filtration dehydration）是陶瓷工业最常用的一种泥浆脱水方法，我们现在把这种工艺借鉴到淤泥的脱水工艺上来。在陶瓷原料制备过程中,常用一种泥浆制备工艺，泥浆在挤压、真空脱水的作用下,实现了固液分离，从而达到脱水的目的。建筑泥浆与陶瓷泥浆有许多相同之处，因此这种方式备受关注。板框压滤机的工作制度是间歇式运行的，必须完成一个完整的流程，才能进入下一个轮回，还需要人工配合才能完成这些过程，因此需要许多辅助设备和人工干预。图3为广东省某烧结砖厂淤泥脱水车间内的板框式压滤机，数量之多令人惊讶。压滤脱水的优点是泥浆脱水后的含水率可达到20～30％，是目前所有方法中效果最好的，但是面对烧结砖项目淤泥处理量很大的情况，存在设备数量多、不能连续生产和占地面积大的缺点。
3.3.2 带式压滤机带式压滤机是一种可以实现连续作业的淤泥脱水设备，与板框压滤机一样在在城市污水处理、食品加工、石油化工、矿业开采等许多行业使用相当的广泛。贵阳市兴达建材有限公司在处理重晶石尾矿淤泥过程中就是采用这种脱水方式（见图4）。带式压滤机和板框压滤机在性能上有一定的区别。相比于板框压滤机来说，带式压滤机有一个明显的优点就是能够连续工作，且处理量比较大和产量高。但是带式压滤机也有其局限性，就是脱水后的淤泥含水量比较高，以兴达建材公司为例，经过挤压处理后的淤泥依然还有40％以上的含水率。所以这种方式处理的淤泥还需要进一步脱水，才能很好的利用，这是一个很大的遗憾。为了克服带式压滤机脱水后的淤泥含水率较高的问题，兴达建材有限公司采取扩大原料堆棚面积，延长储存时间，并且向淤泥里掺兑一定比例的页岩等办法，比较好地解决了这个问题。
3.3.3 沉淀法脱水“沉淀法脱水”法目前还存在着争议的一种脱水方法，多用于选矿业的尾矿脱水。其原理是洗选矿物产生的泥浆（淤泥），用泥浆泵打入一个（或数个）罐体中，而不是传统的输送到泥浆坝里，因为大大减少了占地面积。为了克服泥浆悬浮液不容易沉淀的问题，必须在泥浆悬浮液中添加化学剂，促进泥浆快速沉淀。根据某选矿厂取得的实际数据分析，该装置每天处理淤泥（选矿尾矿泥浆）300吨以上，初始泥浆含水率75％～80％，沉淀后泥浆含水率小于60％，在与带式压滤机配合使用，大大提高了泥浆的脱水效率，具有产量高、连续作业和自动化程度高的优点（见图5）。
罐装沉淀脱水的方法对于建筑淤泥处理有很好的借鉴意义，从各建筑工地收集来的建筑淤泥，通过槽罐车运输到厂以后，直接泵送到储浆罐中，而不必要修建面积很大的储浆池。不仅节省占地面积，而且还可以作为板框式压滤机或者带式压滤机的前端工序，从而提高淤泥的脱水效率，一举两得。
对原料进行陈化处理是现代砖厂重要的手段，尤其是对来源复杂的建筑垃圾更显得很有必要，一般来讲陈化的流程是：混合料由皮带输送机送到陈化库上的移动式可逆布料皮带机，按要求把混合料堆放在陈化库中进行困存处理。困存的时间一般为72小时，使原料中的水分充分迁移和润湿原料颗粒，从而改善泥料的物理性能，并提高原料的均匀性，从而保证成型、干燥和焙烧等工序的技术要求。
其实，陈化库也是要按照“平铺直取”的方式进料和出料才能发挥作用，事实上原料在陈化库再次得到很好的均化，原料的成分波动进一步降低，经陈化处理的混合料用液压多斗挖土机取出，送进箱式给料机中缓冲并均衡给料，再经过辊式细碎机进行碾练和细碎，通过第二道搅拌挤出机再次搅拌，送到双级真空挤出机挤出成型（见图5）。
综上所述，建筑垃圾只有经过认真的预均化处理，才能够为生产优质产品提供保证，除此之外，当然还有生产工艺的选择、干燥和焙烧工艺选择等等，我们将另外撰文与大家一起探讨，文中不妥之处，还希望业内同仁批评指正。

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