CN102173747A - 利用城镇污泥、黄土和膨润土烧制陶粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用城镇污泥、黄土和膨润土烧制陶粒的方法，按重量配比取原始污泥30～35％，黄土45～50％，膨润土16～22％进行轮碾混合搅拌，使物料混合均化；然后经陈化、造粒、筛选、烧结膨胀和空气冷却。所得陶粒的堆积密度：400～500Kg/m3；抗压强度为1～3.5Mpa；1h吸水率为8～10％，它利用原始污泥、黄土和膨润土，谷糠为燃料直接烧制陶粒，污泥的处理量大，生产成本低，生产过程不会产生二次污染，产品的粒径为1mm～26mm，产品符合国家轻集料(陶粒)标准GB/T17431.1-1998要求。
Description
技术领域：
本发明涉及一种生产陶粒烧制方法，尤其涉及用城镇污水厂、毛纺织厂、印染厂、造纸厂等污水处理厂产生的污泥、黄土和膨润土烧制陶粒的方法。
背景技术：
背景技术：
据不完全统计，全国污水的日处理量约为3亿m3，城镇污水处理厂处理污水到最后留下的将是污泥，它是一种有机残片、细菌菌体、含有重金属的无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。主要特性是含水分高，有机物含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，呈胶状液态，它是介于液体与固体之间的浓稠物，无法通过沉淀进行固液分离。因为城市污、废水处理产出的污泥富集许多污染物，处理费用很高，随便扔弃将会造成二次污染，还会造成后遗症，它已成为制约城镇污水处理行业发展的技术瓶颈，也是全社会十分关注、重视的社会环保问题。目前，绝大多数城镇污水处理厂处理污水产出的污泥通常采用简单的随产随运方式，将污泥运到郊外倾倒或填埋，这样，不仅污泥没有得到根本的解决，且占用大量的土地，还会对地表环境和地下水质造成污染，严重危及污染环境和人体健康。
如何使城镇污泥变废为宝，国内外已有利用城镇污泥制备陶粒的技术和实现应用。山东大学2007年9月4日在CN101148346A中公开了一种用城市污水处理污泥制备陶粒的方法，它以城市污水厂的污泥、电厂的粉煤灰、粘土为原料，且脱水污泥、粉煤灰、粘土之间的重量份数比为15～25∶25～35∶10～15。
第一步加水搅拌均匀直到呈粘稠状，然后制成生料球；
第二步将生料球放入电热恒温鼓风干燥箱内于105℃干燥1小时；
第三步再将生料球放入箱式电炉中升温到200℃，预热时间10分钟点钟，继续在逄式炉中升温至1100℃，焙烧5分钟，自然冷却至室温，制得陶粒。制得陶粒为黄色或褐色的球状固体，松散容重(堆积密度)为650～750kg/m3，颗粒容重(表观密度)为1050～1150kg/m3，1h吸水率为5.8％～10.8％，表比面积为2.29～5.56m2/g。在该发明中，指明了各原料的化学成分及其含量。
华南理工大学2002年3月7日在CN1367156A中公开了一种利用污水处理厂生物污泥烧制粘土陶粒的方法，其主要原料及重量百分比为：粘土71％～89％，污水处理厂干污泥6～21％，石灰石3～8％，铁粉2～6％。对每一种原料都有严格的成份要求，具体如下：干污泥的烧失量28～62，含sio27～45，Al2o33～13，Fe2o32～15，Cao1～3，Mgo1～2，K2o1～3，Na2o1～2，P2o54～8；
粘土的烧失量5～12，含sio256～63，Al2o313～21，Fe2o33～11，Cao1～3，Mgo1～3；
石灰石的烧失量35～40，含sio24～8，Al2o31～3，Fe2o30.5～2，Cao41～51，Mgo1～3；
粉煤灰的烧失量5～15，含sio27～18，Al2o35～15，Fe2o330～62，Cao1～4，Mgo1～3；
虽然现有技术中已有利用污泥或河道淤泥烧制陶粒的方法，但现有的方法只能单一利用干污泥或河道淤泥，而且原生污泥必须先进行脱水烘干，然后添加粉煤灰、石灰石、粘土等其它原料进行烧制，有的还要增添陶粒支撑剂才能烧制。污泥的脱水烘干处理不仅成本很高，而且在污泥脱水干化过程中，污泥中的污水气味挥发会导致处理地空气的二次污染，产生SO2，直接影响人们的正常生活和身体健康，在搅拌混合过程中还要增添清洁水，既要消耗大量的热能耗，又要消耗大量的水，陶粒烧制的成本太高，很不经济，处理污泥的能力也有限，因此很难推广应用。
发明内容：
本发明提供了一种利用城镇污泥、黄土和膨润土烧制陶粒的方法，采用这种方法能够直接环保地处置原始污泥，不需要对污泥进行烘干处理，更不会对环境造成二次污染，利用谷糠作为燃料更经济更节能，利用城镇污泥、黄土和膨润土烧制出轻质陶粒。
所述利用污泥、黄土和膨润土烧制陶粒的方法，包括如下步骤：
第一步，原料配备
①城镇污泥，它是城镇污水处理厂处理污水产出的原始污泥或毛纺织厂、印染厂、造纸厂产生的原始污泥，含水率为70％～85％。
②黄土，取荒山上的黄土经干化、除杂质、粉碎细化后，确保颗粒≤1.5mm，含水量控制在4％～6％；
③膨润土，膨润土又叫陶土。将膨润土脱水干化，含水率控制在2％～3％，然后粉碎细化，细度≤80目，膨润土的干化采用晒干或凉干或利用生产陶粒产生的余热进行烘干；
第二步，轮碾混合均化
物料按重量配比，取污泥31％～36％，黄土45％～50％，膨润土16％～22％，进入轮碾混合设备进行轮碾搅拌混合，使物料均化；
第三步，棚内堆放陈化
将第二步获得物料在室内堆放陈化24h～48h，使物料自身有机物质成分产生发酵作用，再将物料进入双轴搅拌机进行搅拌混合，使大块状的物料松散，水分干湿度均匀；
第四步，机械造粒
使用对辊挤粒机对第三步获得的物料进行对辊造粒，粒径控制在8mm～14mm之间；
第五步，粒坯筛选
对第四步获得的粒状物料进行滚动筛选，筛下的细碎粉状物和超大颗粒不合格的回收再生产用，筛选得合格的粒坯进入陶粒回转窑预热窑内；
第六步，预热烘干
对第五步获得合格的粒胚送入陶粒回转窑内到预热窑内进行预热烘干，预热烘干带的温度梯度为150℃～650℃，渐进升温进行预热烘干，使陶粒粒胚的水分彻底烘干，粒胚进入回转窑内预热烘干渐进时间约需20～25分钟；
第七步，高温焙烧、烧结膨胀
粒胚经第六步预热烘干后，粒胚渐进到回转窑高温带，高温带的温度梯度为650℃～1200℃，其中高温焙烧烧结膨胀区温度梯度为1130℃～1200℃，是最高温度带，最高温带约为3.5米长，焙烧时间为4～6分钟，粒胚在高温焙烧带烧结膨胀而成轻质陶粒，原粒胚经过高温焙烧后膨胀形成陶粒，膨胀系数为2～3倍，有部分粒胚在焙烧过程爆碎，成小颗粒，产出的陶粒产品成连续级配，粒径为1mm～26mm；高温渐进的时间过程为20～25分钟；
第八步，冷却分级
陶粒出窑经过回转窑出料口管道进入回转冷却窑内，进入回转冷却窑内的陶粒体上温度约在800～900℃，回转冷却窑以自然风滚动回转冷却，使陶粒温度逐渐下降，冷却后的陶粒产品经冷却窑上的陶粒分级装置设备进行筛选分级，得到相应规格的成品陶粒，成品粒径为1mm～26mm；分级为1mm～5mm的为细集料-陶砂，6mm～26mm的为粗集料-陶粒。
进一步
在第六步和第七步中，所述回转窑以谷糠为燃料，谷糠的细度为0.5mm～1.2mm，一次风采用冷却窑冷却800～900℃陶粒产生的热风部分引入到鼓风机直接将谷糠和热风混喷方式喷入回转窑内燃烧，谷糠的喷入量为2.2m3/h～2.8m3/h(约1T/h～1.13T/h)，二次风利用陶粒冷却窑内剩余的热风通过出料口管道进入回转窑内，满足回转窑二次风增氧的需要。
所得陶粒产品的技术参数如下：
①、堆积密度：400～500kg/m3；②、表观密度：650～800kg/m3；
③、筒压强度：1Mpa～3MPa； ④、产品粒径：1mm～26mm；
⑤、1h吸水率％：≤10％； ⑥、导热系数：≤0.12w/m·k。
产品符合轻集料(陶粒)国家标准GB/T17431.1-1998要求，产品经质检部门检测，其产品质量达到优等品。
由于本发明直接利用城镇污水处理的原始污泥、黄土和膨润土为原料，利用十分低廉的谷糠为燃料，黄土和膨润土经过粉碎细化后按配合比加原始污泥直接进入轮碾混合搅拌设备进行轮碾、混合、搅拌，使物料均化，再经过陈化、造粒，最后进入回转窑预热窑进行预热烘干，再进行高温焙烧烧结膨胀。在生产过程中既不需要对污泥进行干燥，也不需要增添其它支撑剂、发泡剂，污泥及污泥本身所含的水分都能充分利用，在搅拌混合过程中无需增添水，原始污泥能直接作为生产陶粒的原料，生产过程中不会对处理地(生产地)空气造成二次污染，污泥在各种物料中所占配比量较高，处理量大，采用本发明能使污泥原本处理难度大，费用成本高的问题得到解决，并实现了废弃物综合资源化利用，真正达到了变废为宝。在生产烧制过程中以谷糠为燃烧燃料，取代了传统的以煤、气、电燃烧加热方式，不仅更加经济，而且解决了陶粒烧制过程中因高温焙烧陶粒，烧结膨胀软化粘窑、结圈的难题，稳定了生产，提高了陶粒的产量。谷糠与冷却窑中的热空气混喷燃烧方式，二次风利用冷却窑内的剩余热风，通过出料口管道进入回转窑内，不仅热能得到充分利用，提高了热量的利用效率，大幅度降低了陶粒烧制热能量消耗，降低了生产成本，同时使所得陶粒性能更稳定，制成的陶粒产品符合轻集料(陶粒)国家标准GB/T17431.1-1998要求。从陶粒粒胚进入预热烘干回转窑内到陶粒烧成出窑到冷却窑，整个过程大约40～50分钟。以本发明处置城镇污泥生产陶粒效率更高，经济效益更好。
具体实施方式：
下面举例说明本发明的具体实施方式：
第一步，原料配备
①城镇污泥，它是城镇污水处理厂处理污水产出的原始污泥或毛纺织厂、印染厂、造纸厂产生的原始污泥，含水率为70％～85％。
②黄土，取荒山上的黄土经干化、除杂质、粉碎细化后，确保颗粒≤1.5mm，含水量控制在4％～6％；
③膨润土，膨润土又叫陶土。将膨润土脱水干化，含水率控制在2％～3％，然后粉碎细化，细度≤80目，膨润土的干化采用晒干或凉干或利用生产陶粒产生的余热进行烘干；
第二步，轮碾混合均化
物料按重量配比，取污泥31％～36％，黄土45％～50％，膨润土16％～22％，进入轮碾混合设备进行轮碾搅拌混合，使物料均化；
第三步，棚内堆放陈化
将第二步获得物料在室内堆放陈化24h～48h，使物料自身有机物质成分产生发酵作用，再将物料进入双轴搅拌机进行搅拌混合，使大块状的物料松散，水分干湿度均匀；
第四步，机械造粒
使用对辊挤粒机对第三步获得的物料进行对辊造粒，粒径控制在8mm～14mm之间；
第五步，粒坯筛选
对第四步获得的粒状物料进行滚动筛选，筛下的细碎粉状物和超大颗粒不合格的回收再生产用，筛选得合格的粒坯进入陶粒回转窑预热窑内；
第六步，预热烘干
对第五步获得合格的粒胚送入陶粒回转窑内到预热窑内进行预热烘干，预热烘干带的温度梯度为150℃～650℃，渐进升温进行预热烘干，使陶粒粒胚的水分彻底烘干，粒胚进入回转窑内预热烘干渐进时间约需20～25分钟；
第七步，高温焙烧、烧结膨胀
粒胚经第六步预热烘干后，粒胚渐进到回转窑高温带，高温带的温度梯度为650℃～1200℃，其中高温焙烧烧结膨胀区温度梯度为1130℃～1200℃，是最高温度带，最高温带约为3.5米长，焙烧时间为4～6分钟，粒胚在高温焙烧带烧结膨胀而成轻质陶粒，原粒胚经过高温焙烧后膨胀形成陶粒，膨胀系数为2～3倍，有部分粒胚在焙烧过程爆碎，成小颗粒，产出的陶粒产品成连续级配，粒径为1mm～26mm；高温渐进的时间过程为20～25分钟；
第八步，冷却分级
陶粒出窑经过回转窑出料口管道进入回转冷却窑内，进入回转冷却窑内的陶粒体上温度约在800～900℃，回转冷却窑以自然风滚动回转冷却，使陶粒温度逐渐下降，冷却后的陶粒产品经冷却窑上的陶粒分级装置设备进行筛选分级，得到相应规格的成品陶粒，成品粒径为1mm～26mm；分级为1mm～5mm的为细集料-陶砂，6mm～26mm的为粗集料-陶粒。
在第六步和第七步中，所述回转窑以谷糠为燃料，谷糠的细度为0.5mm～1.2mm，一次风采用冷却窑冷却800～900℃陶粒产生的热风部分引入到鼓风机直接将谷糠和热风混喷方式喷入回转窑内燃烧，谷糠的喷入量为2.2m3/h～2.8m3/h(约1T/h～1.13T/h)，二次风利用陶粒冷却窑内剩余的热风通过出料口管道进入回转窑内，满足回转窑二次风增氧的需要。
所得陶粒产品的技术参数如下：
①、堆积密度：400～500kg/m3；②、表观密度：650～800kg/m3；
③、筒压强度：1Mpa～3MPa； ④、产品粒径：1mm～26mm；
⑤、1h吸水率％：≤10％；⑥、导热系数：≤0.12w/m·k。
产品符合轻集料(陶粒)国家标准GB/T17431.1-1998要求，产品经质检部门检测，其产品质量达到优等品。
Claims (2)
1.一种利用城镇污泥、黄土和膨润土烧制陶粒的方法，包括如下步骤：第一步，原料配备
①城镇污泥，它是城镇污水处理厂处理污水产出的原始污泥或毛纺织厂、印染厂、造纸厂产生的原始污泥，含水率为70％～85％。
②黄土，取荒山上的黄土经干化、除杂质、粉碎细化后，确保颗粒≤1.5mm，含水量控制在4％～6％；
③膨润土，膨润土又叫陶土。将膨润土脱水干化，含水率控制在2％～3％，然后粉碎细化，细度≤80目，膨润土的干化采用晒干或凉干或利用生产陶粒产生的余热进行烘干；
第二步，轮碾混合均化
物料按重量配比，取污泥31％～36％，黄土45％～50％，膨润土16％～22％，进入轮碾混合设备进行轮碾搅拌混合，使物料均化；
第三步，棚内堆放陈化
将第二步获得物料在室内堆放陈化24h～48h，使物料自身有机物质成分产生发酵作用，再将物料进入双轴搅拌机进行搅拌混合，使大块状的物料松散，水分干湿度均匀；
第四步，机械造粒
使用对辊挤粒机对第三步获得的物料进行对辊造粒，粒径控制在8mm～14mm之间；
第五步，粒坯筛选
对第四步获得的粒状物料进行滚动筛选，筛下的细碎粉状物和超大颗粒不合格的回收再生产用，筛选得合格的粒坯进入陶粒回转窑预热窑内；第六步，预热烘干
对第五步获得合格的粒胚送入陶粒回转窑内到预热窑内进行预热烘干，预热烘干带的温度梯度为150℃～650℃，渐进升温进行预热烘干，使陶粒粒胚的水分彻底烘干，粒胚进入回转窑内预热烘干渐进时间约需20～25分钟；第七步，高温焙烧、烧结膨胀
粒胚经第六步预热烘干后，粒胚渐进到回转窑高温带，高温带的温度梯度为650℃～1200℃，其中高温焙烧烧结膨胀区温度梯度为1130℃～1200℃，是最高温度带，最高温带约为3.5米长，焙烧时间为4～6分钟，粒胚在高温焙烧带烧结膨胀而成轻质陶粒，原粒胚经过高温焙烧后膨胀形成陶粒，膨胀系数为2～3倍，有部分粒胚在焙烧过程爆碎，成小颗粒，产出的陶粒产品成连续级配，粒径为1mm～26mm；高温渐进的时间过程为20分钟～25分钟；
第八步，冷却分级
陶粒出窑经过回转窑出料口管道进入回转冷却窑内，进入回转冷却窑内的陶粒体上温度约在800～900℃，回转冷却窑以自然风滚动回转冷却，使陶粒温度逐渐下降，冷却后的陶粒产品经冷却窑上的陶粒分级装置设备进行筛选分级，得到相应规格的成品陶粒，成品粒径为1mm～26mm；分级为1mm～5mm的为细集料-陶砂，6mm～26mm的为粗集料-陶粒。
2.根据权利要求1所述利用城镇污泥、黄土和膨润土烧制陶粒的方法，其特征是：在第六步和第七步中，所述回转窑以谷糠为燃料，谷糠的细度为0.5mm～1.2mm，一次风采用冷却窑冷却800℃～900℃陶粒产生的热风部分引入到鼓风机直接将谷糠和热风混喷方式喷入回转窑内燃烧，谷糠的喷入量为2.2m3/h～2.8m3/h，二次风利用陶粒冷却窑内剩余的热风通过出料口管道进入回转窑内，满足回转窑二次风增氧的需要。
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