一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機材料的制備及污泥的資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市生活污水的排放量越來越大。據(jù)統(tǒng)計2011年，全國重點城市共建成污水處理廠2288座，污泥的產(chǎn)量在1741.3萬噸。由于污泥產(chǎn)量大，含水率高，且含有大量有機質(zhì)、病菌、寄生蟲和重金屬等，若處理不當，會給環(huán)境帶來嚴重的二次污染，因此在對污泥的處理過程中實現(xiàn)污泥的資源化成為了探索污泥徹底根治的最有效途徑之一。目前制備地質(zhì)聚合物應(yīng)用最廣泛的原料為高嶺土，其缺點在于高嶺土一種非金屬礦產(chǎn)資源，是一種以高嶺石族粘土礦物為主的粘土或粘土巖，高嶺土基地質(zhì)聚合物若大量投入使用，將會消耗大量礦產(chǎn)資源，并且高嶺土的價格在800-1500元/噸不等，導致制備高嶺土基地質(zhì)聚合物的成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，以污泥底灰與偏高嶺土或污泥飛灰與偏高嶺土為原料，以NaOH—水玻璃作為堿激發(fā)劑，在堿激發(fā)劑的催化作用下，使原料發(fā)生地質(zhì)聚合反應(yīng)，形成地質(zhì)聚合物。
[0004]為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下解決方案:
一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，是利用污泥灰和偏高嶺土為主要原料，加入NaOH和水玻璃的水溶液制備出一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新型無機硅酸鹽材料一污泥灰基地質(zhì)聚合物，并通過實驗研究其可行性。以硅鋁比、NaOH加入量以及不同原料為主要影響因素，通過設(shè)計對照實驗，研究這三種因素對污泥灰基地質(zhì)聚合物抗壓強度等性能的影響，確定優(yōu)化條件，以制得具有優(yōu)異性能的地質(zhì)聚合物。
[0005]—種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，包括下列步驟:
步驟1:稱取污泥飛灰及偏高嶺土或污泥底灰及偏高嶺土為原料，并置于水泥膠砂攪拌機中；
步驟2:將與原料質(zhì)量的百分比為12.8%—35%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑的水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中，與原料一起攪拌成混合均勻的漿體；
步驟3:將漿體裝入d=20.20mm的圓柱形模具中，采用制片機加12MPa壓力壓實，成型脫模，室溫下養(yǎng)護7d，制成污泥灰基地質(zhì)聚合物；
步驟4:利用萬能機對不同條件下的地質(zhì)聚合物試樣進行抗壓強度測試；
所述的污泥飛灰取自杭州青山麗水污水處理廠，其成分質(zhì)量百分數(shù)組成為=S12:40.9022%，Al2O3: 21.7987%, Fe2O3: 10.3797%, K2O: 3.0470%, Na2O: 0.88165%, MgO:
1.5248%，雜質(zhì)21.466% ;所述的污泥底灰是利用沈陽北部污水處理廠的污泥經(jīng)旋轉(zhuǎn)管式氣氛爐在800°C燒制成污泥灰，其成分質(zhì)量百分數(shù)組成為=S12: 54.9708%，Al2O3: 41.8081%，F(xiàn)e2O3: 0.8923%, K2O: 0.2846%, MgO: 0.0756%，雜質(zhì) 1.97% ;所述的偏高嶺土是將湖南超牌偏高嶺土在800°C下煅燒而成，成分質(zhì)量百分數(shù)組成為S12: 52.5%, Al2O3: 42.5%, CaO:0.1%, Fe2O3: 0.3%, MgO: 0.1%，雜質(zhì) 4.5%。
[0006]為了更進一步的對所制得的污泥灰基進行分析，將地質(zhì)聚合物試樣研磨成粉末，對試樣粉末進行SEM掃描以及XRD測試，并且通過XRD以及掃描電子顯微鏡(SEM)的分析對污泥灰基地質(zhì)聚合物的成分及表面形態(tài)進行表征。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(1)提出了采用污泥灰為原料制備地質(zhì)聚合物的方法，既可以節(jié)省高嶺石等資源，同時又實現(xiàn)了污泥的資源化利用，避免了污泥的二次污染，變廢為寶，對環(huán)境問題中的污水處理問題有極其重要的意義；
(2)所制備的地質(zhì)聚合物性能優(yōu)異，應(yīng)用前景十分廣泛，其可做核廢料的密封材料，灌漿材料，耐火材料，高性能板材等。
【具體實施方式】
[0007]實施例1:
準確稱量偏高嶺土 15g及污泥飛灰5g，并倒入水泥膠砂攪拌機中。將與原料質(zhì)量的百分比為12.8%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體；將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實，得到成型試樣，脫模。將試樣在室溫下養(yǎng)護7d ;達到齡期后，利用萬能機對試樣進行抗壓強度測試，抗壓強度為49.39MPa。
[0008]實施例2:
準確稱量偏高嶺土 15g及污泥飛灰5g，并倒入水泥膠砂攪拌機中。將與原料質(zhì)量的百分比為25%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體；將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實，得到成型試樣，脫模；將試樣在室溫下養(yǎng)護7d ;達到齡期后，利用萬能機對試樣進行抗壓強度測試，抗壓強度為51.22MPa。
[0009]實施例3:
準確稱量偏高嶺土 15g及污泥飛灰5g，并倒入水泥膠砂攪拌機中。將與原料質(zhì)量的百分比為35%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體；將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實，得到成型試樣，脫模；將試樣在室溫下養(yǎng)護7d ;達到齡期后，利用萬能機對試樣進行抗壓強度測試，抗壓強度為60.13MPa。
[0010]實施例4:
準確稱量偏高嶺土 1g及污泥飛灰10g，并倒入水泥膠砂攪拌機中。將與原料質(zhì)量的百分比為25%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體；將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實，得到成型試樣，脫模；將試樣在室溫下養(yǎng)護7d ;達到齡期后，利用萬能機對試樣進行抗壓強度測試，抗壓強度為56.32MPa。
[0011]實施例5:
準確稱量偏高嶺土 5g及污泥飛灰15g，并倒入水泥膠砂攪拌機中。將與原料質(zhì)量的百分比為25%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體；將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實，得到成型試樣，脫模；將試樣在室溫下養(yǎng)護7d ;達到齡期后，利用萬能機對試樣進行抗壓強度測試，抗壓強度為60.23MPa。
[0012]實施例6:
準確稱量偏高嶺土 1g和污泥底灰10g，并倒入水泥膠砂攪拌機中。將與原料質(zhì)量的百分比為12.8%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體；將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實，得到成型試樣，脫模；將試樣在室溫下養(yǎng)護7d ;達到齡期后，利用萬能機對試樣進行抗壓強度測試，抗壓強度為22.09MPa。
[0013]實施例7:
準確稱量偏高嶺土 1g和污泥底灰10g，并倒入水泥膠砂攪拌機中。將與原料質(zhì)量的百分比為25%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體；將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實，得到成型試樣，脫模。將試樣在室溫下養(yǎng)護7d ;達到齡期后，利用萬能機對試樣進行抗壓強度測試，抗壓強度為38.96MPa。
[0014]實施例8:
準確稱量偏高嶺土 1g和污泥底灰10g，并倒入水泥膠砂攪拌機中。將與原料質(zhì)量的百分比為35%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體；將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實，得到成型試樣，脫模。將試樣在室溫下養(yǎng)護7d ;達到齡期后，利用萬能機對試樣進行抗壓強度測試，抗壓強度為27.3 IMPa。
【主權(quán)項】
1.一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，其特征在于，包括下列步驟: 步驟1:稱取污泥飛灰及偏高嶺土或污泥底灰及偏高嶺土為原料，并置于水泥膠砂攪拌機中； 步驟2:將與原料質(zhì)量的百分比為12.8%—35%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為.12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑的水溶液加入到水泥膠砂攪拌機中，與原料一起攪拌成混合均勻的漿體； 步驟3:將漿體裝入d=20.20mm的圓柱形模具中，采用制片機加12MPa壓力壓實，成型脫模，室溫下養(yǎng)護7d，制成污泥灰基地質(zhì)聚合物； 步驟4:利用萬能機對不同條件下的污泥灰地質(zhì)聚合物試樣進行抗壓強度測試。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，其特征在于，所述的污泥飛灰的成分質(zhì)量百分數(shù)組成為=S12: 40.9022%，Al2O3: 21.7987%，F(xiàn)e2O3:.10.3797%, K2O: 3.0470%, Na2O: 0.88165%, MgO: 1.5248%，雜質(zhì) 21.466% ;所述的污泥底灰的成分質(zhì)量百分數(shù)組成為:Si02: 54.9 7 08%, Al2O3: 41.8081%, Fe2O3: 0.8923%, K2O:.0.2846%, MgO: 0.0756%，雜質(zhì)1.97% ;所述的偏高嶺土的成分質(zhì)量百分數(shù)組成為S12:.52.5%, Al2O3: 42.5%, CaO: 0.1%, Fe2O3: 0.3%, MgO: 0.1%，雜質(zhì) 4.5%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法。該制備方法是利用污泥灰及偏高嶺土為原料，在NaOH-水玻璃堿激發(fā)劑溶液的激發(fā)下，生成污泥灰基地質(zhì)聚合物。該制備方法工藝簡單易行，既能節(jié)約資源，又能實現(xiàn)污泥的資源化利用，變廢為寶，一舉兩得。
【IPC分類】C04B7/24
【公開號】CN105110663
【申請?zhí)枴緾N201510467757
【發(fā)明人】魏礫宏, 劉美佳, 楊天華, 周雯慧
【申請人】沈陽航空航天大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月31日