專利名稱：一種利用油田污泥制成的免燒磚及其生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種免燒磚及其生產(chǎn)方法，特別涉及一種利用油田污泥制成的免燒磚及其生產(chǎn)方法。
(二) 背景技術油井泥漿是石油鉆井工程的血液，隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油井泥漿的產(chǎn)量越來越多，而這些眾多的油井泥漿中一般都含有大量的重金屬、油類、堿和化學物(包括有機物)等對人、畜和環(huán)境極為有害的物質(zhì)。泥漿用后廢棄時若不經(jīng)過處理，這些物質(zhì)將會嚴重污染環(huán)境，危害人們的生命和身體健康，影響動植物的生長和發(fā)育。
含油污泥的處理與應用是含油污水處理過程中較難解決的問題。西歐及美國采用生物技術、物理化學方法等進行含油污泥處理及污泥的綜合利用工藝技術已有幾十年的歷史，主要工藝包括污泥濃縮、調(diào)理、脫水、無害化固化、熱處理、生物處理、高溫處理等技術，其中干化含油污泥的生物處理、處置技術、高溫技術及固化技術的研究較為受到重視，由于含油污泥是以石油烴類為主要有機成分的有機物，生物處理與處置技術就是利用微生物降解石油烴類從而減少含油污泥對環(huán)境的危害；高溫處理技術是利用熱能從含油污泥中回收烴類物質(zhì)，這種工藝是在密閉條件下進行的，從而可減少對周圍環(huán)境的污染；固化處理方法大多是在油田污泥中加入一定組成的固化劑，使其發(fā)生一定的物理化學反應，固化油田污泥中的水分和一部分有毒物質(zhì)，并使其具有一定的強度，以便于堆放或存儲。
在含油污泥的綜合利用方面，主要的利用方向是建筑材料的研究，即考慮以油田污泥為主要原料，采用一定的工藝生產(chǎn)生態(tài)建筑材料，一方面使油田污泥成為資源再利用，變廢為寶、為社會創(chuàng)造一定的價值。另一方面固化油田污泥中的有毒物質(zhì)，防止油田污泥的污染，保護生態(tài)環(huán)境，防止污染地下水和危害人身安全，符合國家國策和產(chǎn)業(yè)化政策，是一項可持續(xù)發(fā)展的技術。
目前，我國比較適合于利用固化技術來對油田污泥進行處理。但現(xiàn)有的技術，一方面固化強度達不到建筑磚的要求，另一方面是達不到生態(tài)建材的要求，其含堿度、毒性測試、放射性測試不符合建材標準。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服以上不足，提供了利用油田污泥制成的強度高，達到生態(tài)環(huán)保要求的免燒磚，以及生產(chǎn)方法。
本發(fā)明是通過以下措施來實現(xiàn)的一種利用油田污泥制成的免燒磚，主要是由如下重量配比的原料混合后，用壓機擠壓而成，油田污泥30-60％河沙15-40％水泥15-30％粉煤灰 0-35％固化劑1-8％上述固化劑由下述重量配比的原料制成硫鋁酸鹽15％-25％硬脂酸鈣 0-10％氯化鈣 0-25％醋酸鈣0-15％螢石 0-10％明膠5％-10％石膏10％-25％石灰 10％-30％丙烯酸樹脂0-5％本發(fā)明的免燒磚，所述原料的較佳重量配比為油田污泥 30-50％河沙 15-30％水泥 15-25％粉煤灰10-30％固化劑 2-6％上述固化劑是由下述重量配比的原料制成，硫鋁酸鹽15％-25％硬脂酸鈣 0-10％氯化鈣 10％-25％醋酸鈣 0-15％螢石 4％-10％明膠 5％-10％石膏10％-25％石灰10％-30％丙烯酸樹脂0-5％本發(fā)明的免燒磚，為了提高固化效果，在上述固化劑中還加入占固化劑重量百分比為8-10％的核心料，其中核心料的原料重量配比為

本發(fā)明的免燒磚的生產(chǎn)方法，包括以下步驟，1) 將油田污泥、河沙、水泥、粉煤灰、固化劑加適量的水，并混合均勻，2) 將泥漿裝入模具，在壓力機上施以500-700KN的壓力壓制成型，脫模，干燥，制成成品。
現(xiàn)對本發(fā)明的固化機理作進一步的說明本研究利用D/max-rA型X-射線衍射儀和S-2500型掃描電子顯微鏡等測試手段，對油田污泥建筑免燒磚的固化機理進行了研究。
1.X-射線衍射分析X-射線衍射如圖1所示，在固化后的免燒磚中已經(jīng)很少能見到污泥原料中的主晶相—方解石，除了填料河沙中的石英外，還見有較多的鈣礬石、水化硅酸鈣、碳鋁酸鈣和水化鋁酸鈣等礦物。
2.電子顯微分析掃描電子顯微照片如圖2和圖3所示，圖2為樂安油田污泥免燒磚固化7天的電子顯微照片，圖3為油田污泥免燒磚固化28天的電子顯微照片，對比圖2、圖3可以發(fā)現(xiàn)，圖2結構較松散，各個固體顆粒間膠結結礦物較少，一般僅為水泥的水化產(chǎn)物—水化硅酸鈣；圖3則結構較致密，各個固體顆粒間充滿了各種針狀、棒狀、片狀的膠結物質(zhì)，這些膠結物質(zhì)中除一部分為水泥的水化產(chǎn)物外，還有大部分的膠結物質(zhì)是固化劑、水泥及樂安油田污泥中的一些成分共同作用形成的鈣礬石、碳鋁酸鈣、水化鋁酸鈣等礦物。
3.固化機理研究從以上的X-射線衍射分析和電子顯微分析可知在整個油田污泥固化過程中，起固化作用的主要有兩部分，首先是水泥中的C3S、C2S等礦物發(fā)生水化作用形成水化硅酸鈣，其作用可以用式(5-1)表示(式5-1)其次是油田污泥中的碳酸鈣與水泥中的C3A反應生成針狀的碳鋁酸鈣(C3A·3CaCO3·32H2O和C3A·CaCO3·12H2O)其作用可以用式5-2和5-3表示(式5-2)(式5-3)最后是固化劑、水泥和油田污泥中的鋁離子、硫酸根離子、鈣離子等共同作用形成鈣礬石。
1)、水泥的作用水泥和廢泥漿加水拌和后發(fā)生水化反應在水泥水化物中，對強度貢獻最大的主要是具有膠結作用的水化硅酸鈣(CSH)。水泥化學的研究表明(1)在液相中生成的水化硅酸鈣(CSH)有大致一定的Ca/S比，約為Ca/Si＝1.2。CSH生成的熱力學平衡方程式可以寫作(2)液相原始Ca/Si，OH-/Si的比值影響水化產(chǎn)物的種類，當液相原始Ca/Si，OH-/Si比較小時，在水化產(chǎn)物中，無膠結作用的硅酸凝膠占有較大比例隨著溶液原始Ca/Si，OH-/Si比值的增加，水化產(chǎn)物中CSH的比例增力。從熱力學平衡方程式得知，液相Ca2+、OH-，的減少，在水泥土孔隙水中Ca(OH)2不飽和的情況下，為達到飽和吸附，泥漿必將大量吸收生成CSH所必需的Ca2+、OH-，致使CSH的生成量降低。在水泥土形成過程中，泥漿對OH-，Ca2+的吸收與水泥水化釋放Ca(OH)2的過程是同時進行的。早期泥漿對OH-，Ca2+的大量吸收可能導致水泥土孔隙水原始Ca/Si，OH-/Si比值過低，使水泥水化生成物中無膠結能力的硅酸凝膠量增加，這進一步消耗了OH-、Ca2+，更加降低了CSH的生成量。泥漿對OH-，Ca2+的吸收量越高，水泥土孔隙水中OH-，Ca2+濃度就越低，在水泥土中水泥水化產(chǎn)生的CSH就越少。由于固化劑的配方中含有石灰、石膏等鈣含量較高的礦物，使Ca(OH)2濃度達到過飽和，生成CSH凝膠的Ca2+和OH-濃度足夠高，所以固化劑的連接效果好。另外活性材料礦渣的大量摻入，替代了部分水泥，與Ca(OH)2入進行充分的硬凝反應，生成了更多的CSH凝膠等水化物，又使其強度繼續(xù)發(fā)展。
2)、固化劑的作用油田污泥試樣因顆粒間聯(lián)系微弱，存在大量孔隙水而導致試樣本身強度低下，欲使試體強度提高，理想固化劑應該具有膠結顆粒和填充孔隙的雙重作用，實驗研究表明，單純用水泥作固化劑，水泥的主要水化物為水化硅酸鈣，CSH具有較強的膠結能力，可將松散的試體顆粒膠結成整體，但是它填充孔隙的效率很低，試樣顆粒與顆粒之間生成了CSH凝膠，CSH凝膠附著在試體孔隙的孔壁上，將孔壁試體膠結成為一個整體，但它填充孔隙的作用較弱，孔隙依然大量存在。雖然CSH增強了顆粒間的的聯(lián)系，在一定程度上提高了固化強度；但它沒能彌補試體中空隙造成的強度損失，使固化強度不夠理想。固化劑中含有石膏，固化劑水化時除發(fā)生與水泥相同的反應外，石膏還與含鋁相反應，產(chǎn)生大量的鈣礬石。鈣礬石在一定條件下為針刺狀的晶體，在晶體形成過程中，其固相體積可增加120％左右。鈣礬石存在，一方面因其固相體積膨脹，填充了部分孔隙，使試體孔隙量減少；另一方面其較大的針刺狀晶體，在孔隙中生成，相互交叉與水化硅酸鈣一起形成空間結構，以較高的效率支撐填充于孔隙中，使固化體的孔徑分布細化，關于多孔材料的研究表明材料的強度與其孔隙量呈負相關關系，孔隙量越少則強度越高?？紫读肯嗤瑫r，平均孔徑越小，強度越高鈣礬石的存在減少了固化土中的孔隙量，降低了固化體中的平均孔徑，在顆粒與顆粒之間的孔隙是通過CSH凝膠連接起來，相比于無固化劑加入時，CSH凝膠的生成使試體強度大為增加，固化劑不僅生成了大量的的CSH凝膠，而且還生成了很多細針狀的石，鈣礬石相互交叉于水化硅酸鈣，兩者相互作用，使固化劑的固化效果較好。
由以上分析可知，在油田污泥建筑免燒磚中起固化作用的是固化劑、水泥和油田污泥共同作用的結果。
綜上所述，本發(fā)明的免燒磚具有強度高，無污染，達到生態(tài)環(huán)保要求；解決了油田污泥的污染和排放問題；其生產(chǎn)方法具有工藝簡單，制作方便的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的免燒磚的X-射線衍射2為本發(fā)明的免燒磚固化7天的電子顯微照片圖3為本發(fā)明的免燒磚固化28天的電子顯微照片具體實施方式
1.實施例1本實施例的原料配比為油田污泥30％、河沙40％、水泥26％、固化劑4％。
其中，固化劑是由以下重量配比的原料混合而成硫鋁酸鹽 22％硬脂酸鈣5％氯化鈣20％醋酸鈣 0螢石 0 明膠5％石膏 20％石灰18％丙烯酸樹脂0核心料10％其中核心料是由以下重量配比的原料混合而成

生產(chǎn)方法為將油田污泥、河沙、水泥、固化劑混合均勻后，將泥漿料裝入模具，在壓力機上施以550KN的壓力壓制成型，脫模，干燥，制成成品。
按照國家標準規(guī)定的建筑材料實驗方法，參照GB11945-89蒸壓灰砂磚的標準和JC239-77粉煤灰磚的標準，對本發(fā)明的免燒磚物理尺寸、容重、吸水率、力學性能(抗壓、抗折強度)、抗凍性、含堿度、毒性和放射性進行了測試。
1)物理性能測試物理尺寸為240*116*52立方毫米，容量為2.17g/cm3，吸水率為2.45％。
2)力學性能28天抗壓強度平均為48.07Mpa，28天抗折強度平均為12.26Mpa。
3)抗凍性測試每十塊免燒磚為一組，經(jīng)過15次凍融循環(huán)后，測試其抗壓強度平均為46.43Mpa，單塊磚的干質(zhì)量損失為1.13％。
4)含堿度測試加蒸餾水至漫過免燒磚體，加熱至沸2-3小時。冷卻后，蒸餾水的PH值為7-8，呈弱堿性，未見泛霜現(xiàn)象。
5)毒性測試將本發(fā)明的免燒磚按一定比例加蒸餾水振蕩浸泡8小時，放置過夜，用0.45um的濾紙過濾，濾渣為第一次浸出液，濾渣以相同的比例加蒸餾水按同樣的方法進行，進行多次浸泡，實驗結果如下表所示

6)放射性測試采用FD-3007K-A型袖珍輻射儀進行測試，輻射劑量率為0.14uSV/h，一個月輻射劑量為15.3uSV。其放射性均接近大氣的輻射率和輻射劑量。
通過以上測試結果可以看出，本發(fā)明的免燒磚各項性能均大大超過國家關于建筑用磚的有關標準。
2.實施例2
本實施例的原料配比為油田污泥35％、河沙20％、水泥20％、粉煤灰24％、固化劑1％。
其中，固化劑是由以下重量配比的原料混合而成硫鋁酸鹽 15％硬脂酸鈣2％氯化鈣10％醋酸鈣 15％螢石 10％明膠9％石膏 10％石灰25％丙烯酸樹脂4％將油田污泥、河沙、水泥、粉煤灰、固化劑混合均勻后，將泥漿料裝入模具，在壓力機上施以650KN的壓力壓制成型，脫模，干燥，制成成品。
性能測試結果為28天抗壓強度平均為16.66Mpa，28天抗折強度為5.65Mpa。其力學性能仍能滿足有關國家標準。其它性能與實施例1基本相同。
3.實施例3本實施例的原料配比為油田污泥55％、河沙20％、水泥18％、固化劑7％。
其中，固化劑的配比為硫鋁酸鹽 20％硬脂酸鈣5％氯化鈣15％醋酸鈣 10％螢石 0 明膠5％石膏 15％石灰10％丙烯酸樹脂0 單乙二醇 5％蔗糖5％核心料10％其中核心料是由下列重量百分比的原料組成CaO MgO Fe2O3SiO2Al2O3Al2(SO4)4Na2CO3FeSO4MgSO455615 12 20 20 7 10生產(chǎn)方法為將油田污泥、河沙、水泥、粉煤灰、固化劑混合均勻后，將泥漿料裝入模具，在壓力機上施以650KN的壓力壓制成型，脫模，干燥，制成成品。
性能測試結果為28天抗壓強度平均為35.26Mpa，28天抗折強度為8.65Mpa。其力學性能仍能滿足有關國家標準。其它性能與實施例1基本相同。
4.實施例4本實施例的原料配比為油田污泥30％、河沙26％、水泥25％、粉煤灰16％、固化劑3％。
生產(chǎn)方法為將油田污泥、河沙、水泥、粉煤灰、固化劑混合均勻后，將泥漿料裝入模具，在壓力機上施以700KN的壓力壓制成型，脫模，干燥，制成成品。
其中，固化劑的配比與實施例3相同。
性能測試結果為28天抗壓強度平均為25.28Mpa，28天抗折強度為7.25Mpa。其力學性能仍能滿足有關國家標準。其它性能與實施例1基本相同。
權利要求
1.一種利用油田污泥制成的免燒磚，其特征在于主要是由如下重量配比的原料混合后，用壓機擠壓而成，油田污泥 30-60％河沙 15-40％水泥 15-30％粉煤灰 0-35％固化劑 1-8％所述的固化劑含有下述重量配比的原料硫鋁酸鹽 15％-25％硬脂酸鈣0-10％氯化鈣0-25％ 醋酸鈣 0-15％螢石 0-10％ 明膠5％-10％石膏 10％-25％石灰10％-30％丙烯酸樹脂 0-5％
2.根據(jù)權利要求1所述的免燒磚，其特征在于所述原料的重量配比為油田污泥 30-50％河沙 15-30％水泥 15-25％粉煤灰 10-30％固化劑 2-6％所述的固化劑主要是由下述重量配比的原料制成，硫鋁酸鹽 15％-25％硬脂酸鈣 0-10％氯化鈣10％-25％醋酸鈣0-15％螢石 4％-10％ 明膠 5％-10％石膏 10％-25％石灰 10％-30％丙烯酸樹脂 0-5％
3.根據(jù)權利要求1或2所述的免燒磚，其特征在于所述的固化劑還加入占固化劑重量百分比為8-10％的核心料，其中核心料的原料重量配比為
4.一種權利要求1或2所述的免燒磚的生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟，a)將油田污泥、河沙、水泥、粉煤灰、固化劑混合均勻，制得泥漿料；b)將泥漿料裝入模具，在壓力機上施以500-700KN的壓力壓制成型，脫模，干燥，制成成品。
5.一種權利要求3所述的免燒磚的生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟，a)將油田污泥、河沙、水泥、粉煤灰、固化劑混合均勻，制得泥漿料；b)將泥漿料裝入模具，在壓力機上施以500-700KN的壓力壓制成型，脫模，干燥，制成成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種免燒磚及其生產(chǎn)方法，特別涉及一種利用油田污泥制成的免燒磚及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明的免燒磚，主要是由如下重量配比的原料混合后，用壓機擠壓而成，油田污泥30－60％，河沙15－40％，水泥15－30％，粉煤灰0－35％，固化劑1－8％。本發(fā)明的免燒磚具有強度高，無污染，達到生態(tài)環(huán)保要求；解決了油田污泥的污染和排放問題；其生產(chǎn)方法具有工藝簡單，制作方便的優(yōu)點。
文檔編號B28B3/20GK1526529SQ0313905
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月22日 優(yōu)先權日2003年9月22日
發(fā)明者岳云龍, 楊中喜, 吳波, 陶文宏, 宋廷壽, 隋肅 申請人:濟南大學