申请日2017.08.25
公开(公告)日2018.05.04
IPC分类号C04B38/06; C04B38/02; C04B33/132; C04B33/04
摘要
本实用新型涉及一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的设备，主要由污泥热解残渣储仓、粉碎装置、流变剂储仓、造孔剂储仓、混合装置、储水罐、湿法球磨机、筛分机、发泡剂储仓、发泡装置、成型模具、养护装置、烧结装置、冷却装置等组成，其工艺流程简单，自动化程度高，生产过程清洁，产品绿色环保。本实用新型所述的设备，一方面极大降低了泡沫陶瓷的制备成本，另一方面，也为污泥热解残渣的无害化处理与资源化安全利用提供了新的途径，具有良好的环境效益与经济效益。
权利要求书
1.一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的设备，其特征在于：所述设备包括：污泥热解残渣储仓(1)、1#定量给料装置(2)、粉碎装置(3)、1#输送装置(4)、流变剂储仓(5)、2#定量给料装置(6)、造孔剂储仓(7)、3#定量给料装置(8)、混合装置(9)、4#定量给料装置(10)、储水罐(11)、5#定量给料装置(12)、湿法球磨机(13)、筛分机(14)、2#输送装置(15)、发泡剂储仓(16)、6#定量给料装置(17)、发泡装置(18)、7#定量给料装置(19)、成型模具(20)、3#输送装置(21)、养护装置(22)、4#输送装置(23)、烧结装置(24)、冷却装置(25);
所述设备的连接方式为：
污泥热解残渣储仓(1)通过1#定量给料装置(2)与粉碎装置(3)入口相连接;粉碎装置(3)出口与1#输送装置(4)入口相连;1#输送装置(4)出口与混合装置(9)入口相连;
流变剂储仓(5)出口通过2#定量给料装置(6)与混合装置(9)入口相连;造孔剂储仓(7)出口通过3#定量给料装置(8)与混合装置(9)入口相连;
混合装置(9)出口通过4#定量给料装置(10)与湿法球磨机(13)入口相连;储水罐(11)出口通过5#定量给料装置(12)与湿法球磨机(13)入口相连;
湿法球磨机(13)出口与筛分机(14)入口相连;筛分机(14)筛上物出口与2#输送装置(15)相连;筛分机(14)筛下物出口与发泡装置(18)入口相连;
发泡剂储仓(16)通过6#定量给料装置(17)与发泡装置(18)入口相连;
发泡装置(18)出口通过7#定量给料装置(19)与成型模具(20)入口相连;
成型模具(20)经3#输送装置(21)与养护装置(22)入口相连;
养护装置(22)出口与4#输送装置(23)入口相连;
4#输送装置(23)出口与烧结装置(24)入口相连;烧结装置(24)出口与冷却装置(25)入口相连。
说明书
一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的设备
技术领域
本实用新型涉及固体废弃物资源化利用技术领域，尤其是涉及一种污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的设备。
背景技术
随着经济的快速发展，城市污水 处理厂产的生污泥量大幅增加，预计到2020年将达到 6000万吨。如何实现污泥的资源化利用是目前国内外研究都关注的焦点问题。无论采用何种工艺，减量化、无害化与最终产物的资源化是污泥处理的发展趋势。近年来，污泥热解技术作为一种比较先进的污泥处理技术而备受国内外关注。该工艺能够实现污泥无害化与减量化，但是对于热解残渣的资源化利用尚处于探索阶段。虽然有部分研究都将热解残渣作为生物炭用于改良土壤，但出于对污泥热解产物中含有的重金属对土壤造成二次累积污染的担忧，使其尚未得到大规模的应用。因此，寻求污泥热解产物的多途径资源化利用，是推动新技术应用的关键环节。
泡沫陶瓷是一种造型上像泡沫状的多孔陶瓷，具有均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小、比表面大，具有陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好、强度高、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性等特点，可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、保温材料、吸声减震、特种墙体材料和传感器材料等方面得到广泛的应用。
中国发明专利CN103979998B涉及一种空心泡沫陶瓷板及其制备方法，原料组成包括: 膨润土、高岭土、粘土、碳化硅、无烟煤、花岗岩石材废渣、石灰石、生石膏和铁矿，制备方法步骤如下：(1)粉碎各原料并混合形成混合原料;(2)将混合原料和水在搅拌机内进行混和，制得湿料;(3)将上述湿料送入练泥机进行混练，制得泥料;(4)将泥料送入真空挤出机经模口进行成型，然后切割制得湿坯体;(5)将湿坯体干燥制得干坯体;(6)将干坯体送入烧成窑中 1140℃～1180℃烧成后，制得空心泡沫陶瓷板。该方法以石材废渣为主要原料，需要进行复杂的配料，原料浆液未经发泡处理，孔隙结构差，且不涉及利用污泥热解残渣的资源化利用。
中国发明专利CN104098342B涉及一种装饰保温型泡沫陶瓷及生产工艺方法，以珍珠岩尾矿泡沫陶瓷粉料为基料形成冷颜色，以油页岩渣、页岩、凝灰岩泡沫陶瓷为造粒料形成暖颜色点状的装饰保温型泡沫陶瓷材料，该发明产品集装饰、保温于一体，花色丰富，冷暖分明;产品导热系数小，无机质防火性能好;原料来源广泛，配方简化，可大量利用工业废渣。中国发明专利申请CN106146027A公开了一种以钢渣为原料的泡沫陶瓷墙材及其制备方法，通过混合、球磨、成型，在1020℃～1250℃烧成制得，制备泡沫陶瓷墙材有闭气孔率高、吸水率低、抗压强度较高等特性，是一种性能优良的保温隔热墙材。上述专利申请主要以粘土、矿石和工业固体废弃物钢渣等为原料，烧结制备泡沫陶瓷，虽充分利用固体废弃物，变废为宝，但原料成份调控不易，制备成本较高，产品的使用范围较窄，主要适用于保温材料，性价比较低，也未提及使用污泥热解残渣作为原料。
研究发现城市生活污水处理厂污泥或工业污泥经热解后所得到的残渣中，主要由Si、Al、 Fe，Ca、Na、Mg等元素的金属氧化矿物组成，而且热解残渣中还残留有5-8%的碳，是制备泡沫陶瓷的良好原料。直接将污泥热解残渣烧制泡沫陶瓷，一方面充分发挥残渣中有效组分的作用，无需复杂的配料过程，降低了泡沫陶瓷的制备成本，另一方面，通过高温烧结实现其中重金属等有害元素的固化与稳定化，为污泥热解残渣的资源化安全利用提供新途径，这对于污泥热处置领域与泡沫陶瓷领域均具有良好意义。
中国专利申请CN101289332A公开了一种用固体废渣生产低温陶瓷泡沫材料的生产方法，组分按质量比配合为胶凝材料原料100份，骨料原料100-400份，活化剂13-50份，助剂0.2-3.0份，发泡剂0.04-1.0份，溶剂15-50份。其中，骨料主要由废渣组成，包括污泥焚烧产生的焚化渣等，用量不高且采用的是低温养护方法，因此，需要配合大量的水泥等胶凝材料，虽然实现了固体废渣的资源化利用，但生产成本较高;而且，该方法采用低温养护成型的工艺，没有高温烧结过程，一方面难以固定稳定化原料中可能存在的重金属离子，产品使用过程中存在重金属离子渗出的风险，因此，对某些重金属不超标的污泥高温焚烧渣适用，但不适用于经400～800℃热解后的污泥残渣;另一方面，低温养护制备的陶瓷泡沫材料强度低，仅适用于装饰材料与保温材料，应用范围小。
实用新型内容
为解决现有专利的不足，本实用新型提供一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的设备，适用于城市污水处理厂污泥或工业污泥经过无氧或缺氧条件下高温热解所得到的残渣，污泥热解温度为400～800℃，热解时间为10-60min。该设备系统充分利用污泥热解残渣中的有效元素，将其作为泡沫陶瓷的原料，来源简单，成本低廉，不但克服了泡沫陶瓷的原料成本高等问题，而且还为污泥热解残渣的资源化利用提供了新的途径。其工艺过程可以描述为：
(a)将污泥热解残渣粉碎至粒度小于1mm;
(b)将上步粉碎后的污泥热解残渣与流变剂、造孔剂进行预混合，然后将预混合后的物料输送至湿法球磨中加水进行湿法球磨，得到浆料;
(c)将上步湿法球磨后的浆料过200目筛，筛上物返回湿法球磨循环使用，筛下物为用于发泡的原料浆，然后在原料浆中加入发泡剂，进行发泡;
(d)将发泡后的浆料倒入成型模具中，养护成型，脱模后制成烧结胚料;
(e)将上步得到的烧结胚料进行高温烧结，冷却后得到泡沫陶瓷产品。
所述的流变剂为膨润土、高岭土或羟基纤维素，添加比例为粉碎后污泥热解残渣质量的 2%～15%;造孔剂为生物质粉末、碳粉或碳酸盐，添加比例为粉碎后污泥热解残渣质量的 3%～9%;发泡剂为聚醚酰亚胺、聚丙烯酰胺或十二烷基硫酸钠，添加比例为原料浆质量的0.5～ 2%。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的设备，主要由污泥热解残渣储仓、1#定量给料装置、粉碎装置、1#输送装置、流变剂储仓、2#定量给料装置、造孔剂储仓、3#定量给料装置、混合装置、4#定量给料装置、储水罐、5#定量给料装置、湿法球磨机、筛分机、2#输送装置、发泡剂储仓、6#定量给料装置、发泡装置、7#定量给料装置、成型模具、3#输送装置、养护装置、4#输送装置、烧结装置以及冷却装置组成，具体连接方式为：
污泥热解残渣储仓(1)通过1#定量给料装置(2)与粉碎装置(3)入口相连接;粉碎装置(3)出口与1#输送装置(4)入口相连;1#输送装置(4)出口与混合装置(9)入口相连;
流变剂储仓(5)出口通过2#定量给料装置(6)与混合装置(9)入口相连;造孔剂储仓(7)出口通过3#定量给料装置(8)与混合装置(9)入口相连;
混合装置(9)出口通过4#定量给料装置(10)与湿法球磨机(13)入口相连;储水罐(11)出口通过5#定量给料装置(12)与湿法球磨机(13)入口相连;
湿法球磨机(13)出口与筛分机(14)入口相连;筛分机(14)筛上物出口与2#输送装置(15)相连;筛分机(14)筛下物出口与发泡装置(18)入口相连;
发泡剂储仓(16)通过6#定量给料装置(17)与发泡装置(18)入口相连;
发泡装置(18)出口通过7#定量给料装置(19)与成型模具(20)入口相连;
成型模具(20)经3#输送装置(21)与养护装置(22)入口相连;
养护装置(22)出口与4#输送装置(23)入口相连;
4#输送装置(23)出口与烧结装置(24)入口相连;烧结装置(24)出口与冷却装置(25) 入口相连。
优选的，
污泥热解残渣储仓(1)、流变剂储仓(5)、造孔剂储仓(7)与发泡剂储仓(16)为普通钢质结构储仓;
1#定量给料装置(2)、2#定量给料装置(6)、3#定量给料装置(8)、4#定量给料装置(10) 与6#定量给料装置(17)为螺旋称或星形给料器;
粉碎装置(3)为干式球磨机、雷蒙磨、卧辊磨、立磨或气流粉碎机;
1#输送装置(4)与2#输送装置(15)为皮带机、刮板机、螺旋输送机或斗式提升机;
混合装置(9)为双轴混合机、犁刀式混合机或螺带混合机;
储水罐(11)为普通钢质结构储水罐;
5#定量给料装置(12)为水泵;
湿法球磨机(13)为普通行星式球磨机、滚筒式球磨机或振动式球磨机;
筛分机(14)为普通湿式筛分机;
发泡装置(18)为配有机械搅拌装置或磁力搅拌装置的不锈钢混合罐;
7#定量给料装置(19)为泥浆泵或斜溜槽;
成型模具(20)为普通木质或碳钢质模具;
3#输送装置(21)与4#输送装置(23)为皮带输送机或链式输送机;
养护装置(22)普通养护箱或养护室;
烧结装置(24)为带式焙烧炉或烧结台车;
冷却装置(25)为带式冷却机。
本实用新型得到的有益效果：本实用新型所述的设备，一方面为污泥热解残渣的资源化利用提供了一条新途径，另一方面充分利用污泥热解残渣中的C、Si、Al、Fe，Ca、Na、Mg 等有益组分，极大降低了泡沫陶瓷的制备成本;同时充分利用泡沫陶瓷制备工艺中高温烧结过程，实现污泥热解残渣中重金属的稳定固化，避免了污泥热解残渣资源化利用过程中的环境安全风险;该设备系统简捷，产量大，成本低，自动化程度高，不产生环境污染，产品绿色环保。