本發(fā)明屬于建筑材料類，提供一種利用城市污水污泥制備輕質(zhì)多孔陶粒的方法。
背景技術(shù)：
城市污水污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。隨著國內(nèi)污水處理事業(yè)的發(fā)展，污水廠總處理水量和處理程度將不斷擴(kuò)大和提高，產(chǎn)生的污泥量也日益增加。污水污泥中除了含有大量的有機(jī)物和豐富的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，還存在重金屬、致病菌和寄生蟲等有毒有害成分。為防止污泥造成的二次污染及保證污水處理廠的正常運(yùn)行和處理效果，污水污泥的處理處置問題在城市污水處理中占有的位置已日益突出。我國已于1998年將廢水處理污泥列入《國家危險(xiǎn)廢物名錄》。因此，如何更有效的處理處置城市污泥，使之不會造成二次污染，或是將城市污泥變廢為寶、以廢治廢，是我們環(huán)境工作者迫切關(guān)心的問題。目前，我國對城市污泥的處置僅限于填埋、焚燒、堆肥等方法，但這些方法均存在一定的弊端：我國大部分地區(qū)采用填埋處置污泥，但隨著污泥量的增加，同時(shí)市政建設(shè)也在迅速占用可利用的土地資源，使填埋場的大面積選址困難。此外，由于我國進(jìn)入填埋場的污泥含水率往往達(dá)不到規(guī)定要求，這給填埋場的運(yùn)行和管理帶來了許多問題，很多填埋場開始拒絕含水率75％-80％的脫水污泥入場。而焚燒處理由于成本高昂，只在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)有少量應(yīng)用。傳統(tǒng)的堆肥工藝由于占地面積大，周期長，肥料品質(zhì)差，易產(chǎn)生臭味而逐漸被淘汰，新的堆肥工藝由于機(jī)械通風(fēng)、高溫耗氧發(fā)酵等設(shè)備投資較高。利用生活污水污泥制造建材是近年來新型的污泥處置和資源化方法，是解決產(chǎn)生量日益增長的污泥的重要途徑，但是現(xiàn)有的技術(shù)存在污泥摻加比例低、需要大量的粘土和頁巖資源等問題難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有城市污泥發(fā)展現(xiàn)狀提出一種利用利用城市污水污泥制備輕質(zhì)多孔陶粒的方法，解決了利用高摻量城市污水污泥、大量的煤層劣質(zhì)尾礦煤矸石，采用一定的化學(xué)助劑并利用簡單的成型干燥燒結(jié)方法制備性能優(yōu)良的輕質(zhì)多孔陶粒的方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：利用利用城市污水污泥制備輕質(zhì)多孔陶粒的方法，包括有以下步驟：
1)按照以下組分及含量取料，重量百分比計(jì)：城市污水污泥70％～80％，煤矸石粉15％～25％，碳化硅1％～5％、磷酸鈣2％～10％；
2)將各組分混合均勻，然后采用壓制成型法成型，成型壓力為8mpa～12mpa，成型后按 一定條件干燥燒結(jié)再緩慢降溫即可得到輕質(zhì)多孔陶粒。
按上述方案，所述的城市污水污泥為污水處理廠處理過的脫水污泥，含水率75％～80％。
按上述方案，所述的煤矸石粉粒度為400-600目；碳化硅粉粒度為400-600目，純度≥95％；磷酸鈣粉粒度為300-500目，純度≥85％。
按上述方案，所述的干燥燒結(jié)條件為：空氣氣氛中100～120℃干燥40分鐘，放入燒結(jié)爐中，120℃～600℃緩慢升溫80分鐘，然后繼續(xù)以5～10℃/分鐘速度升溫至1060℃左右緩慢降溫即可。
本方法得到的成品陶粒吸水率≤10％，堆積密度范圍≤500kg/m3、筒壓強(qiáng)度≥0.4mpa。
采用上述原材料和方法制備性能良好的輕質(zhì)陶粒的技術(shù)原理主要如下：
1、關(guān)于城市污水污泥燒結(jié)輕質(zhì)陶粒的原料要求：無論是陶粒生料球或是燒成試樣，其性能較大程度上都決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連續(xù)變形的能力。塑性原料主要是粘土類，高塑性粘土又稱軟質(zhì)粘土，其分散度大，多呈疏松狀、板狀或頁狀，如粘性土、木節(jié)土、球土、膨潤土等。污泥一般具有較好的塑性，而本發(fā)明中又引入了煤矸石粉，該粉料中主體成分為高嶺土頁巖類，主要是提高球坯的整體塑性，保證坯體有一定的強(qiáng)度。本發(fā)明中采用磷酸鈣作為塑性原料，并作為軟化劑與原料進(jìn)行參雜，達(dá)到軟化陶粒成品、提高粘結(jié)性、增強(qiáng)坯體強(qiáng)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，調(diào)整孔徑尺寸，增大比表面積，調(diào)節(jié)多孔陶瓷的容重，滿足建筑材料的需要。主要有鋸末類、農(nóng)作物廢料(如稻草、桔桿、稻殼)、煤粉、膨脹珍珠巖、膨脹蛙石、燒沸石、粉煤灰漂珠、石灰石粉末、浮石等，本發(fā)明中采用添加碳化硅作為發(fā)泡劑法制備工藝，一方面增加了陶粒成品中硅的含量，另一方面通過反應(yīng)起泡實(shí)現(xiàn)了陶粒的多孔結(jié)構(gòu)，反應(yīng)機(jī)理為：sic+2o2→sio2+co2↑。通過以上原料選擇調(diào)整，摒棄了城市污泥其化學(xué)成分較復(fù)雜，易受外界各種影響因素的影響，從而易造成原料體系的化學(xué)成分不穩(wěn)定，不能穩(wěn)定提供燒結(jié)陶粒所需一定量的化學(xué)成分sio2和al2o3，而sio2和al2o3可在高溫下形成熔融態(tài)礦物，這是提供燒結(jié)陶粒強(qiáng)度的物質(zhì)基礎(chǔ)。
2、關(guān)于干燥燒結(jié)條件的要求：不同污泥摻雜率的原料制備的陶粒成品具有不同的成孔最佳溫度臨界點(diǎn)；陶粒膨脹程度隨燒結(jié)溫度升高而變大，達(dá)到最高點(diǎn)停止；孔隙率隨溫度升高而變大，與膨脹程度成正比；延長溫度時(shí)間有利于多孔陶粒成型成孔；陶粒成品在燒結(jié)過程中會出現(xiàn)氣孔區(qū)域性分布，并且陶粒成品中孔徑、致密均勻分布的氣孔區(qū)域與陶粒在成型時(shí)受熱均勻性，起泡反應(yīng)進(jìn)行程度有關(guān)，因此干燥燒結(jié)條件至關(guān)重要。
采用上述原材料和方法制備輕質(zhì)多孔陶粒，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，具體表現(xiàn)為本次發(fā)明中原材料體系主體采用危廢和大宗固體廢棄物，綜合固體廢棄物利用率可以 達(dá)90％以上，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益；其次選擇干燥燒結(jié)工藝制度簡單，充分利用了城市污水污泥及煤矸石中的發(fā)熱有機(jī)組分，節(jié)省燒結(jié)能耗，節(jié)能經(jīng)濟(jì)效果明顯。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本發(fā)明提供一種利用城市污水污泥制備輕質(zhì)多孔陶粒的方法，首先按重量百分比稱量原料：城市脫水污泥70％，煤矸石粉20％，碳化硅3％、磷酸鈣7％，其中煤矸石粉粒度為500目；碳化硅粉粒度為500目，純度為96％；磷酸鈣粉粒度為300目，純度為85％；然后將各組分混合均勻，然后采用壓制成型法在造粒機(jī)上制成粒徑10～20mm的生料球，成型壓力為10mpa，成型后在100℃空氣氣氛中干燥40分鐘，放入燒結(jié)爐中，120℃～600℃緩慢升溫80分鐘，然后繼續(xù)以5℃/分鐘速度升溫至1060℃左右緩慢降溫即可。所得陶粒吸水率8％，堆積密度范圍500kg/m3、筒壓強(qiáng)度0.4mpa，技術(shù)指標(biāo)能達(dá)到gbtl7431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)，適合于建筑用的陶粒。
實(shí)施例2
本發(fā)明提供一種利用城市污水污泥制備輕質(zhì)多孔陶粒的方法，首先按重量百分比稱量原料：城市脫水污泥80％，煤矸石粉15％，碳化硅1％、磷酸鈣4％，其中煤矸石粉粒度為600目；碳化硅粉粒度為400目，純度為98％；磷酸鈣粉粒度為500目，純度為90％；然后將各組分混合均勻，然后采用壓制成型法在造粒機(jī)上制成粒徑10～20mm的生料球，成型壓力為12mpa，成型后在120℃空氣氣氛中干燥40分鐘，放入燒結(jié)爐中，120℃～600℃緩慢升溫80分鐘，然后繼續(xù)以5℃/分鐘速度升溫至1060℃左右緩慢降溫即可。所得陶粒吸水率10％，堆積密度400kg/m3、筒壓強(qiáng)度0.5mpa。技術(shù)指標(biāo)能達(dá)到gbtl7431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)，適合于建筑用的陶粒。
實(shí)施例3
本發(fā)明提供一種利用城市污水污泥制備輕質(zhì)多孔陶粒的方法，首先按重量百分比稱量原料：城市脫水污泥75％，煤矸石粉18％，碳化硅2％、磷酸鈣5％，其中煤矸石粉粒度為400目；碳化硅粉粒度為600目，純度為98％；磷酸鈣粉粒度為600目，純度為90％；然后將各組分混合均勻，然后采用壓制成型法在造粒機(jī)上制成粒徑10～20mm的生料球，成型壓力為8mpa，成型后在110℃空氣氣氛中干燥40分鐘，放入燒結(jié)爐中，120℃～600℃緩慢升溫80分鐘，然后繼續(xù)以8℃/分鐘速度升溫至1060℃左右緩慢降溫即可。所得陶粒吸水率8％，堆積密度范圍450kg/m3、筒壓強(qiáng)度0.6mpa。技術(shù)指標(biāo)能達(dá)到gbtl7431.1-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)，適合于建筑用的陶粒。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說， 本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。