利用污泥低溫燒結(jié)制備陶粒的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料類，提供一種利用污泥低溫燒結(jié)制備陶粒的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和社會的大力發(fā)展，帶動了我國建筑行業(yè)的大力發(fā)展，但在這急速發(fā)展的過程中，逐漸暴露了較多問題:如我國建筑行業(yè)資源消耗量大，資源循環(huán)利用率低，建筑能耗在全社會總能耗中所占的比例逐漸升高，并且預(yù)計到2020年將達到全社會總能耗的三分之一以上。面對這一系列越來越嚴峻的問題，如何降低建筑能耗，實現(xiàn)建筑行業(yè)向綠色、節(jié)能方向發(fā)展，成為未來建筑行業(yè)所必須選擇要走的路。
[0003]作為建筑材料中重要的一種類型，輕骨料混凝土因其輕質(zhì)、高強和保溫性能良好在近幾年得到了極大的關(guān)注，并且也得到了前所未有的發(fā)展機遇。在輕骨料原料體系當中，陶粒作為輕骨料的主要原料種類，能否大面積的開發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用就成為了輕骨料混凝土能否大面積推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0004]另一方面，隨著我國這些年大面積的城鎮(zhèn)化建設(shè)，城市污水處理廠的數(shù)量也越來越多，并且隨著人民生活水平的提高和大眾對環(huán)境保護的意識加強，我國城鎮(zhèn)污水處理量逐年增加，但伴隨而來的問題就是污水處理所帶來的殘留物污泥也會越來越多。據(jù)估算，目前我國城市污水處理廠每年排放的污泥量(干重)大約為3000多萬噸，預(yù)測到2020年我國污泥排放量將突破6000萬噸。如何妥善處理處置如此大量的污泥、化害為利、變廢為寶、保護環(huán)境、實現(xiàn)污泥的資源化利用，已成為我們當前急需解決的問題。
[0005]如何合理有效的利用污泥已成為十分嚴峻的問題。在已有的文獻中，對利用污泥制備建筑材料已經(jīng)有了一定的研究報道，其中有一定量的關(guān)于污泥制備燒結(jié)陶粒，分析這些文獻，主要包括以下內(nèi)容:
[0006]1.關(guān)于陶粒燒脹的實現(xiàn)途徑。在現(xiàn)有的研究當中，常用途徑是通過提高燒結(jié)溫度和燒結(jié)保溫時間，或在一定的條件下?lián)饺胍欢康臒泟﹣韺崿F(xiàn)。但隨著燒結(jié)溫度和燒結(jié)保溫時間的延長，會破壞原有陶粒內(nèi)部良好的微孔，燒結(jié)溫度越高，陶粒越致密，吸水率越低，密度越大，從而影響到陶?；炷恋妮p質(zhì)、保溫性能。且隨著燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間的增長，其所消耗的能源也越多，不符合現(xiàn)階段國家節(jié)能減排的總體要求。
[0007]2.關(guān)于污泥制備陶粒的環(huán)境評估:在現(xiàn)有的關(guān)于污泥資源化利用的研究報道中，利用污泥制備建筑材料的研究方向主要集中在原材料的配比優(yōu)化、燒結(jié)溫度制度的選擇和燒結(jié)試樣的性能探討這幾個方面。而隨著國家和社會對環(huán)境保護的重視，利用污泥燒結(jié)陶粒對環(huán)境的影響卻還未被得到足夠的重視，而這卻已成為污泥利用的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，而大大限制了污泥制備陶粒等技術(shù)的應(yīng)用，如污泥陶粒燒制過程中產(chǎn)生的二噁英、硫氧化物等污染氣體的控制，理應(yīng)對其進行更加深入的探究并嚴格控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)一種利用污泥低溫燒結(jié)制備陶粒的方法，解決了如何大摻量利用污泥，能在低溫條件下燒結(jié)且環(huán)境污染小的陶粒制備方法。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，利用污泥低溫燒結(jié)制備陶粒的方法，包括有以下步驟:
[0010]I)按照以下組分及含量取料，重量百分比計:干化污泥40% _45%，高堿鈣質(zhì)頁巖40% -45%，鋇渣 12% -18%，磷酸二氫鋁 0.5% -0.8%，硼砂 0.5% -1% ；
[0011]2)將各組分混合均勻后采用靜壓力成型法在成球模具中壓制成型，成型壓力為8Mpa-12Mpa，成型后在80±20°C環(huán)境中烘干，經(jīng)預(yù)熱，升溫，燒結(jié)后緩慢降溫即可。
[0012]按上述方案，所述的干化污泥為由水廠污泥經(jīng)脫水、烘干獲得的含水率不高于10 %，經(jīng)球磨至粒徑為0.015-0.03mm的污泥；所述的高堿I丐質(zhì)頁巖的粒度要求為(0.05mm ;所述的鋇渣為粉磨處理至粒度< 0.05mm ;所述的磷酸二氫鋁的純度為多33% ;所述的硼砂為市售五水硼砂，純度為> 80%。
[0013]按上述方案，預(yù)熱是以2-3°C /min的速度升溫至預(yù)熱溫度200°C ±20°C，在該溫度范圍內(nèi)恒溫15min-20min后，升溫是再以3_5°C /min的速度升溫至500 °C -550 °C，在該溫度范圍內(nèi)恒溫保持15min-20min，燒結(jié)是以4-8°C /min的溫度升溫至1000°C _1050°C，在該溫度范圍內(nèi)燒結(jié)30-40min。
[0014]采用上述原材料和方法制備性能良好的陶粒的技術(shù)原理主要如下:
[0015]1.關(guān)于陶粒的原料要求:首先，陶粒的生料球?qū)μ樟５臒少|(zhì)量有較大的影響，要求其具有一定的強度和不變形的能力，這就要求原料有一定的塑性要求，原料的塑性取決于原料當中粘土礦物的含量，但污泥本身具有較多的有機質(zhì)雜質(zhì)，經(jīng)干化粉磨過后，有機質(zhì)雜質(zhì)作為瘠性料存在且破壞粘土類原料-水之間的相互作用，造成原料塑性急劇降低，因而在原料當中加入頁巖即是為提供粘土類礦物，有利于胚料早期成型和燒結(jié)所需塑性需求，在這過程中需嚴格控制好倆者的摻入比例。其次污泥由于其成分比較不穩(wěn)定，且里面有機雜質(zhì)含量較多。不能穩(wěn)定提供燒結(jié)陶粒所需一定量的化學(xué)成分S1jP Al 203，而S1jPAl2O3可在950°C -1050°C可形成熔融礦物，這是陶粒形成強度和結(jié)構(gòu)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，這兩種化學(xué)成分的缺失會造成燒結(jié)出的陶粒達不到標準要求。因而在本發(fā)明中，引入了比例較高的高堿鈣質(zhì)頁巖，其中含有較高的Si02、Al2O3和鈣氧化物含量。經(jīng)研究表明，增加S12的含量會讓陶粒表面形成具有瓷釉光澤的玻璃質(zhì)，且不易發(fā)生過火現(xiàn)象，還能避免陶粒燒制中出現(xiàn)團結(jié)，增加適量的Al2O3還能提高陶粒強度。鈣氧化物主要是指碳酸鈣和氧化鈣的含量，碳酸鈣在高溫下可以分解產(chǎn)生氣體起到燒脹作用，氧化鈣作為堿土金屬氧化物可以作為助熔劑，起到降低燒結(jié)溫度的效果。但堿性物質(zhì)的引入也會有一定的負面效果，燒結(jié)后試樣較易出現(xiàn)泛堿和石灰爆裂現(xiàn)象。因而本發(fā)明中通過降低原料粒度的方法來調(diào)控石灰爆裂的可能性，且通過增加一定量的助熔劑來實現(xiàn)較多液相的生成，從而可以一定程度上抑制泛堿的發(fā)生。再次，本發(fā)明原料體系中引入了一定摻量的鋇渣，由于污泥燒結(jié)陶粒會生成一定量的二噁英和硫氧化物氣體，鋇渣的加入一方面是作為固化劑起到固化硫氧化物氣體的作用，另一方面還能實現(xiàn)鋇渣固體廢棄物的無害化處理。除此之外，在本發(fā)明的原料體系中，加入一定量的磷酸二氫鋁主要是作為高溫粘結(jié)劑，在原料胚料加工成型過程中，主要是靠粘土類礦物-水相互作用提供粘結(jié)性，但隨著溫度的升高，原料體系中的自由水隨之蒸發(fā)，從而造成成型后的原料粘結(jié)性能降低，磷酸二氫鋁其在200°C -600°C溫度范圍內(nèi)會內(nèi)部發(fā)生縮水聚合反應(yīng)，生成大分子聚合物，從而提高了燒結(jié)過程中的物料粘結(jié)性能，并且還能在一定程度上能夠保存住胚料內(nèi)部產(chǎn)生的水蒸氣和其他氣體，為后期陶粒燒脹提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，同時防止原料胚料開裂而造成陶粒質(zhì)量的損傷。最后，原料當中還加入了一定量的硼砂，硼砂作為助熔劑加入可以擴大陶粒的燒結(jié)溫度范圍，同時增加燒結(jié)產(chǎn)生的液相量，在一定程度上起到降低燒結(jié)溫度和防止泛霜的作用。
[0016]2.關(guān)于二噁英等污染氣體的排放，是利用污泥制備陶粒的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。本發(fā)明中給出以下措施對其進行處理:二噁英作為污泥處理主要研究的污染氣體，其主要來源為污泥中的含氯物質(zhì)在燒結(jié)溫度低于800°C的情況下不完全燃燒生成，因而在原料體系引入的頁巖種類為高堿鈣質(zhì)頁巖，其引入的堿性物質(zhì)能夠減少Cl的溢出，從而消除了二噁英的生成的一部分物質(zhì)來源；其次是本發(fā)明中燒結(jié)方式雖為低溫燒結(jié)，但燒結(jié)溫度仍達到1000°c -1050°c，遠高于二噁英生成的溫度條件；除此之外所選用的干化污泥和高堿鈣質(zhì)頁巖經(jīng)粉磨后細度較低，從而比表面積越大，越容易使內(nèi)部物料燒結(jié)充分，降低了不完全燒結(jié)情況的產(chǎn)生；最后污泥經(jīng)過干化處理且其中燒失量較高，可以被認定是內(nèi)燃料加入到燒結(jié)陶粒中，而坯體物料在一定溫度下能夠生成一定量的液相對生成氣體進行包裹，從而減少了一定量的污染氣體排放量。
[0017]3.關(guān)于陶粒燒脹要求:陶粒燒脹主要具有兩點要求，其一是原料加熱到高溫后必須生成一定黏性的玻璃相，能夠?qū)?nèi)部氣體密封，其二是高溫下物料體系當中必須有氣體生成，坯體內(nèi)部原料發(fā)生反應(yīng)生成氣體產(chǎn)生壓力，而生料球表面生成黏性液相包裹住內(nèi)部氣體，兩者共同作用從而生成燒脹陶粒。在本發(fā)明的原料體系當中，黏性玻璃相主要取決于S1jP Al 203，而引入的高堿鈣質(zhì)頁巖其主要成分則是Al2O3和S12,能夠滿足玻璃液相所需的S1jP Al 203要求，另外還含有較高量的碳酸鈣和氧化鈣和一些堿性物質(zhì)，其中的堿性氧化物還能起到助熔的作用。其次在本發(fā)明中，加入了一定硼砂，硼砂的作用在于可以在一定程度上擴大燒結(jié)范圍而降低熔點，由于陶粒燒結(jié)要求表面有一層一定厚度的黏性玻璃相，但溫度越高，熔融液相的黏度越低，因而，降低了熔點后即可在較低的燒結(jié)溫度下，形成黏度更高的熔融