申请日2016.03.15
公开(公告)日2017.09.22
IPC分类号C04B38/02; C04B33/132
摘要
本发明提供一种利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法，包括有以下步骤：1)按照以下组分及含量取料，重量百分比计：城市污泥占70%～80%，煤矸石粉占15%～25%，碳化硅粉占1%～5%、磷酸钙粉占2%～10%;2)将各组分混合均匀，然后采用压制成型法成型，成型压力为5Mpa‑15Mpa，成型后在空气气氛中100‑120℃干燥40分钟，放入烧结炉中，120℃‑600℃缓慢升温80分钟，然后继续以5‑10℃/分钟速度升温至1060℃左右冷却即可得到轻质多孔陶粒。成品陶粒吸水率≤10%，堆积密度范围≤500kg/m3、筒压强度≥0.4MPa。技术指标能达到GBT 17431.1‑2010《轻集料及其试验方法》的标准。适合于建筑用的陶粒。本发明不仅可以变废为宝，而且有利于改善环境污染，从而为污泥的处置与资源化利用提供一条适宜的高值化的出路，具有显著的经济效益和社会效益。
权利要求书
1.一种利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法，包括有以下步骤：
1)按照以下组分及含量取料，重量百分比计：城市污水污泥70%～80%，煤矸石粉15%～25%，碳化硅1%～5%、磷酸钙2%～10%;
2)将各组分混合均匀，然后采用压制成型法成型，成型压力为8Mpa～12Mpa，成型后按一定条件干燥烧结再缓慢降温即可得到轻质多孔陶粒。
2.根据权利要求1所述的利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法，其特征在于所述的城市污水污泥为污水处理厂处理过的脱水污泥，含水率75%～80%。
3.根据权利要求1所述的利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法，其特征在于煤矸石粉粒度为400-600目。
4.根据权利要求1所述的利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法，其特征在于碳化硅粉粒度为400-600目，纯度≥95%。
5.根据权利要求1所述的利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法，其特征在于磷酸钙粉粒度为300-500目，纯度≥85%。
6.根据权利要求1所述的利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法，其特征在于所述的干燥烧结条件为：空气气氛中100～120℃干燥40分钟，放入烧结炉中，120℃～600℃缓慢升温80分钟，然后继续以5～10℃/分钟速度升温至1060℃左右缓慢降温即可。
说明书
一种利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法
技术领域
本发明属于建筑材料类，提供一种利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法。
背景技术
城市污水污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物。随着国内污水处理事业的发展，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高，产生的污泥量也日益增加。污水污泥中除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质，还存在重金属、致病菌和寄生虫等有毒有害成分。为防止污泥造成的二次污染及保证污水处理厂的正常运行和处理效果，污水污泥的处理处置问题在城市污水处理中占有的位置已日益突出。我国已于1998年将废水处理污泥列入《国家危险废物名录》。因此，如何更有效的处理处置城市污泥，使之不会造成二次污染，或是将城市污泥变废为宝、以废治废，是我们环境工作者迫切关心的问题。目前，我国对城市污泥的处置仅限于填埋、焚烧、堆肥等方法，但这些方法均存在一定的弊端：我国大部分地区采用填埋处置污泥，但随着污泥量的增加，同时市政建设也在迅速占用可利用的土地资源，使填埋场的大面积选址困难。此外，由于我国进入填埋场的污泥含水率往往达不到规定要求，这给填埋场的运行和管理带来了许多问题，很多填埋场开始拒绝含水率75%-80%的脱水污泥入场。而焚烧处理由于成本高昂，只在部分经济发达地区有少量应用。传统的堆肥工艺由于占地面积大，周期长，肥料品质差，易产生臭味而逐渐被淘汰，新的堆肥工艺由于机械通风、高温耗氧发酵等设备投资较高。利用生活污水污泥制造建材是近年来新型的污泥处置和资源化方法，是解决产生量日益增长的污泥的重要途径，但是现有的技术存在污泥掺加比例低、需要大量的粘土和页岩资源等问题难以实现大规模的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有城市污泥发展现状提出一种利用利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法，解决了利用高掺量城市污水污泥、大量的煤层劣质尾矿煤矸石，采用一定的化学助剂并利用简单的成型干燥烧结方法制备性能优良的轻质多孔陶粒的方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：利用利用城市污水污泥制备轻质多孔陶粒的方法，包括有以下步骤：
1)按照以下组分及含量取料，重量百分比计：城市污水污泥70%～80%，煤矸石粉15%～25%，碳化硅1%～5%、磷酸钙2%～10%;
2)将各组分混合均匀，然后采用压制成型法成型，成型压力为8Mpa～12Mpa，成型后按一定条件干燥烧结再缓慢降温即可得到轻质多孔陶粒。
按上述方案，所述的城市污水污泥为污水处理厂处理过的脱水污泥，含水率75%～80%。
按上述方案，所述的煤矸石粉粒度为400-600目;碳化硅粉粒度为400-600目，纯度≥95%;磷酸钙粉粒度为300-500目，纯度≥85%。
按上述方案，所述的干燥烧结条件为：空气气氛中100～120℃干燥40分钟，放入烧结炉中，120℃～600℃缓慢升温80分钟，然后继续以5～10℃/分钟速度升温至1060℃左右缓慢降温即可。
本方法得到的成品陶粒吸水率≤10%，堆积密度范围≤500kg/m3、筒压强度≥0.4MPa。
采用上述原材料和方法制备性能良好的轻质陶粒的技术原理主要如下：
1、关于城市污水污泥烧结轻质陶粒的原料要求：无论是陶粒生料球或是烧成试样，其性能较大程度上都决定于陶粒原材料配比。其中陶粒生料球的性能要求主要是指原料的塑性要求，塑性是指泥料在外力作用下的连续变形的能力。塑性原料主要是粘土类，高塑性粘土又称软质粘土，其分散度大，多呈疏松状、板状或页状，如粘性土、木节土、球土、膨润土等。污泥一般具有较好的塑性，而本发明中又引入了煤矸石粉，该粉料中主体成分为高岭土页岩类，主要是提高球坯的整体塑性，保证坯体有一定的强度。本发明中采用磷酸钙作为塑性原料，并作为软化剂与原料进行参杂，达到软化陶粒成品、提高粘结性、增强坯体强度的目的。多孔材料中使用的成孔原料成孔，主要作用是提高材料的孔隙率，调整孔径尺寸，增大比表面积，调节多孔陶瓷的容重，满足建筑材料的需要。主要有锯末类、农作物废料(如稻草、桔杆、稻壳)、煤粉、膨胀珍珠岩、膨胀蛙石、烧沸石、粉煤灰漂珠、石灰石粉末、浮石等，本发明中采用添加碳化硅作为发泡剂法制备工艺，一方面增加了陶粒成品中硅的含量，另一方面通过反应起泡实现了陶粒的多孔结构，反应机理为：SiC+2O2→SiO2+CO2↑。通过以上原料选择调整，摒弃了城市污泥其化学成分较复杂，易受外界各种影响因素的影响，从而易造成原料体系的化学成分不稳定，不能稳定提供烧结陶粒所需一定量的化学成分SiO2和Al2O3，而SiO2和Al2O3可在高温下形成熔融态矿物，这是提供烧结陶粒强度的物质基础。
2、关于干燥烧结条件的要求：不同污泥掺杂率的原料制备的陶粒成品具有不同的成孔最佳温度临界点;陶粒膨胀程度随烧结温度升高而变大，达到最高点停止;孔隙率随温度升高而变大，与膨胀程度成正比;延长温度时间有利于多孔陶粒成型成孔;陶粒成品在烧结过程中会出现气孔区域性分布，并且陶粒成品中孔径、致密均匀分布的气孔区域与陶粒在成型时受热均匀性，起泡反应进行程度有关，因此干燥烧结条件至关重要。
采用上述原材料和方法制备轻质多孔陶粒，具有良好的技术经济效果，具体表现为本次发明中原材料体系主体采用危废和大宗固体废弃物，综合固体废弃物利用率可以达90%以上，具有良好的社会经济效益;其次选择干燥烧结工艺制度简单，充分利用了城市污水污泥及煤矸石中的发热有机组分，节省烧结能耗，节能经济效果明显。