專利名稱：一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輕質(zhì)陶粒的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著城鎮(zhèn)污水產(chǎn)生量和處理量迅速增加，污水污泥作為污水處理過程中的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量也在迅速增長。截止到2010年年底，全國城鎮(zhèn)污水處理量達(dá)到343億立方米，脫水污泥產(chǎn)生量接近2200萬噸。由于污泥中含有大量的有機(jī)物，重金屬等有毒有害物質(zhì)，如果處理不當(dāng)會(huì)對公眾和環(huán)境造成二次污染。傳統(tǒng)的污泥處理方法包括填埋，焚燒，土地利用等，但是，由于各種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中都難以達(dá)到“無害化”、“減量化”、“資源化”的效果，都有可能產(chǎn)生二次污染等問題，因此在實(shí)際應(yīng)用中都受到了一定程度的限制。
隨著工業(yè)生產(chǎn)和城市的迅速發(fā)展，大量的工業(yè)廢水和市政污的水排入到河道中，導(dǎo)致河流水質(zhì)出現(xiàn)惡化。目前我國大多數(shù)河流均已受到不同程度的污染，河道的治理受到越來越多的關(guān)注。而隨著截污工程的引入，疏浚底泥的二次污染問題就成為影響河水水質(zhì)的一個(gè)重要原因，因而對疏浚底泥的處理和處置也就成了人們普遍關(guān)注的問題。由于污泥中富含豐富的有機(jī)質(zhì)以及氮磷鉀等營養(yǎng)元素和無機(jī)鹽類物質(zhì)，所以目前把污泥作為再生資源再利用引起了廣泛重視。用污泥制取輕質(zhì)陶粒是是近年來環(huán)保領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，受到國內(nèi)外越來越多的學(xué)者的關(guān)注。然而，目前污泥制取陶粒的過程中，大部分是把污泥作為粘土的一種添加劑，使用比例不是很高。在制取陶粒的過程中，仍然需要大量的粘土作為原料。粘土資源的大量開采直接影響到農(nóng)村耕田的數(shù)量和質(zhì)量，破壞生態(tài)環(huán)境，目前使用粘土制取實(shí)心磚已被國家明令禁止。因此找尋其它可以替代粘土的原料來生產(chǎn)陶粒具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了利用市政污水處理過程中所產(chǎn)生的污泥與河道疏浚后疏浚底泥為原料制作輕質(zhì)陶粒。通過試驗(yàn)研究，表明制備的陶?？捎米魉幚頌V料或者建筑材料，并確定了燒制輕質(zhì)陶粒的無極氧化物的最佳含量范圍，可以作為利用市政污泥燒制陶粒的大規(guī)模生產(chǎn)的指導(dǎo)參數(shù)。并可根據(jù)這一參數(shù)含量范圍選用其它材料，拓廣了污泥燒制陶粒的原料選材，有利于推廣污泥陶粒的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法是按下述步驟進(jìn)行的將市政污泥和疏浚底泥分別經(jīng)過自然干燥至含水率降到259Γ35%后研磨成粉末狀，將粉末狀的市政污泥和疏浚底泥按(3ΑΓ7/4) :1質(zhì)量比混合得到混合料，再加入硅酸鈉，所述硅酸鈉用量是混合料質(zhì)量的49Γ12%，混勻，然后置于顆粒機(jī)擠壓成型得到粒徑為6 10mm的陶粒胚體，自然晾干，以8 10 0C /min速率升溫，升至15(T250°C保溫8 15 min，然后升溫至55(T650°C保溫8 15 min，再升溫至75(T850°C保溫8 15 min，最后升溫至溫度105(Tl 150°C，保溫2(T30min，冷卻后可以得到輕質(zhì)陶粒。本發(fā)明方法制備的輕質(zhì)陶粒松散容重為63(T750 kg/m3，表觀密度為145(Tl700kg/m3,含泥率為O. 219ΓΟ. 43%，吸水率為4°/Γ9%，鹽酸可溶率小于I. 4%，破碎率與磨損率之和為O. 65% 1· 35%，筒壓強(qiáng)度為9 20 Mpa0制作輕質(zhì)陶粒使用的原料-疏浚底泥和污水污泥中成分比較復(fù)雜，但含量最高
的無機(jī)物是Si02、A1203、Fe2O3> CaO和MgO含量都在1%以上。在陶粒的燒結(jié)過程中主要以這五種無機(jī)物為基礎(chǔ)，發(fā)生一系列的復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)，包括無機(jī)氧化物及金屬氧化物在高溫條件下的熔融，生成液相，晶體構(gòu)成，鹽類或蒸汽沉積在陶粒材料氣孔結(jié)構(gòu)內(nèi)以及由于燒制過程中的熱力學(xué)作用使陶粒結(jié)構(gòu)中發(fā)生一系列的化學(xué)物理變化等。SiO2是疏竣底泥和污水污泥中含量最聞的化學(xué)組分,在混合原料中SiO2的比例達(dá)到33%，在陶粒燒制的過程中SiO2主要是以硅酸鹽晶體的形式存在，對陶粒內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著決定性的影響。Al2O3是疏浚底泥和污水污泥中僅次于SiO2含量的化學(xué)組分，在混合原料中Al2O3的比例達(dá)到13. 23%，A1203有助于提高材料剛度和強(qiáng)度。在陶粒的燒結(jié)過程中，Al3+可以通過同晶取代作用取代硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中硅氧四面體[SiO4]中的Si4+而形 成固溶體，對陶粒的結(jié)晶速率和晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要的影響。Fe2O3在高溫下可轉(zhuǎn)化為FeO，并釋放出O2，有利于燒制陶粒時(shí)產(chǎn)生氣孔膨脹。CaO作為一種堿性氧化物，具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性，其熱力學(xué)穩(wěn)定性超過SiO2和Fe203。在高溫時(shí)候能與氧化鐵、硅酸鹽發(fā)生熔融反應(yīng)形成晶體。MgO作為一種堿性氧化物，在燒制陶粒的過程中，一方面能起到降低原料共熔點(diǎn)，有利于制備多孔陶粒的作用；另一方面MgO能和硅酸鹽反應(yīng)生成含Mg硅酸鹽晶體，能影響到陶粒內(nèi)部晶體構(gòu)成，進(jìn)而對陶粒的性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。本發(fā)明以市政污水污泥、疏竣后的疏竣底泥為原料制備陶粒，并確定了最佳的制備工藝條件與原料的主要組分SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO和MgO的最佳含量范圍，通過圖1_10的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分表明，SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO和MgO這五種無極氧化物是影響陶粒物理特性的主要因素，所以在利用污泥燒制陶粒時(shí)，可根據(jù)本發(fā)明所建立的氧化物的最佳含量范圍，可拓寬選材的范圍，可選用市政垃圾、工業(yè)廢渣等為原料來燒制輕質(zhì)陶粒，對提高固體廢棄物資源化的利用程度是有十分重要的意義。本發(fā)明制備所得污水污泥與疏浚底泥燒輕質(zhì)陶粒，可用于水處理的濾料，建筑材料等。


圖I是原料中SiO2含量對陶粒物理性質(zhì)的影響圖；圖2是原料的SiO2含量(22. 5%、35%和50%)時(shí)的陶粒耐壓強(qiáng)度分析圖；圖3是Al2O3含量對陶粒物理性能的影響圖；圖4是原料的Al2O3含量(11%、14%和19%)時(shí)的陶粒耐壓強(qiáng)度分析圖；圖5是原料中Fe2O3含量對陶粒物理性質(zhì)的影響圖；圖6是原料的Fe2O3含量為3. 5%、5%和7%時(shí)的陶粒耐壓強(qiáng)度分析圖；圖7是原料中CaO含量對陶粒物理性質(zhì)的影響圖；圖8是原料的CaO含量為2%、3%和5%的陶粒耐壓強(qiáng)度分析圖；圖9是原料中MgO含量對陶粒物理性質(zhì)的影響圖；圖10是原料的MgO含量為I. 1%、I. 5%和4%的陶?？箟簭?qiáng)度分析圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法是按下述步驟進(jìn)行的將市政污泥和疏浚底泥分別經(jīng)過自然干燥至含水率降到259Γ35%后研磨成粉末狀，將粉末狀的市政污泥和疏浚底泥按I :(3ΑΓ7/4)質(zhì)量比混合得到混合料，再加入硅酸鈉，所述硅酸鈉用量是混合料質(zhì)量的49Γ12%，混勻，然后置于顆粒機(jī)擠壓成型得到粒徑為6 IOmm的陶粒胚體，自然晾干，以8 10°C /min速率升溫，升溫至15(T250°C保溫5 15 min,然后升溫至55(T650°C保溫5 15 min,再升溫至75(T850°C保溫5 15 min,最后升溫至溫度105(Tl 150°C，保溫2(T30min，冷卻后可以得到輕質(zhì)陶粒。輕質(zhì)陶粒松散容重為630 750 kg/m3,表觀密度為1450 1700 kg/m3,含泥率為O. 219Γ0. 43%，吸水率為4°/Γ9%，鹽酸可溶率小于I. 4%，破碎率與磨損率之和為 O.65% 1· 35%，筒壓強(qiáng)度為9 20 Mpa0具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是粉末狀的市政污泥和疏浚底泥按I :(1. (Tl. 8)質(zhì)量比混合。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是粉末狀的市政污泥和疏浚底泥按1:1.5質(zhì)量比混合。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是娃酸鈉用量是混合料質(zhì)量的59TlO%。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一三之一不同的是娃酸鈉用量是混合料質(zhì)量的8%。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一三之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是市政污泥與疏浚底泥中SiO2含量在25% 45%時(shí)，Al2O3含量在11°/Tl9%，F(xiàn)e2O3含量在3. 5°/Γ7%時(shí)，CaO含量在2. 259Γ4. 5%，Mg0含量在I. 2°/Γ3%。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是市政污泥與疏浚底泥中SiO2含量在30% 45%時(shí)，Al2O3含量在15% 19%，F(xiàn)e2O3含量在5% 7%時(shí)，CaO含量在39Γ4. 5%，MgO含量在2°/Γ3%。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。在燒制后得到輕質(zhì)陶粒樣品的松散容重為63(T750 kg/m3，表觀密度為145(Tl700kg/m3，含泥率為O. 219ΓΟ. 43%，吸水率為4% 9%，破碎率與磨損率之和為O. 65% 1. 35%，筒壓強(qiáng)度為9 20 Mpa0
權(quán)利要求
1.一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法，其特征在于一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法是按下述步驟進(jìn)行的將市政污泥和疏浚底泥分別經(jīng)過自然干燥至含水率降到259Γ35%后研磨成粉末狀，將粉末狀的市政污泥和疏浚底泥按(3ΑΓ7/4) : I質(zhì)量比混合得到混合料，再加入水玻璃，所述水玻璃用量是混合料質(zhì)量的49Γ12%，混勻，然后置于顆粒機(jī)擠壓成型得到粒徑為6 10mm的陶粒胚體，自然晾干，以8 10V /min速率升溫，升溫至20(T250°C保溫5 15 min，然后升溫至55(T650°C保溫5 15 min,再升溫至75(T850°C保溫5 15 min，最后升溫至溫度105(Tll50°C，保溫20 30 min，冷卻后可以得到輕質(zhì)陶粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法，其特征在于粉末狀的市政污泥和疏浚底泥按(I. (Tl. 8) : I質(zhì)量比混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法，其特征在于粉末狀的市政污泥和疏浚底泥按I. 5:1質(zhì)量比混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法，其特征在于水玻璃用量是混合料質(zhì)量的59TlO%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法，其特征在于水玻璃用量是混合料質(zhì)量的8%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法，其特征在于市政污泥與疏浚底泥中SiO2含量在25% 45%時(shí)，Al2O3含量在Il°/Tl9%，F(xiàn)e2O3含量在3.5% 7%時(shí)，CaO含量在2. 25% 4. 5%, MgO含量在I. 2% 3%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法，其特征在于市政污泥與疏浚底泥中SiO2含量在30°/Γ45%時(shí)，Al2O3含量在159Tl9%，F(xiàn)e2O3含量在5°/Γ7%時(shí)，CaO 含量在 39Γ4. 5%, MgO 含量在 2°/Γ3%。
全文摘要
一種利用市政污泥與疏浚底泥制作輕質(zhì)陶粒的方法，它涉及輕質(zhì)陶粒的制備方法。方法將市政污泥和疏浚底泥分別經(jīng)過自然干燥后研磨成粉末狀，將粉末狀的市政污泥和疏浚底泥按(3/6~7/4):1質(zhì)量比混合，再加入水玻璃，然后置于顆粒機(jī)擠壓成型得到粒徑為6~10mm的陶粒胚體，自然晾干，以10℃/min速率升溫，然后以升溫速率為6~10℃/min升溫至150~250℃保溫5~15min，然后升溫至550~650℃保溫5~15min，再升溫至750~850℃保溫5~15min，最后升溫至溫度1050~1150℃，保溫20~30min，冷卻后可以得到輕質(zhì)陶粒。本發(fā)明制備輕質(zhì)陶粒用于水處理工藝中的生物濾料，或建筑材料等。
文檔編號C04B33/32GK102718468SQ20121024343
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者劉明偉, 李圭白, 許國仁 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)