CN102718468A

CN102718468A - 一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法

Info

Publication number: CN102718468A
Application number: CN2012102434326A
Authority: CN
Inventors: 许国仁; 刘明伟; 李圭白
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2012-10-10

Abstract

一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法，它涉及轻质陶粒的制备方法。方法：将市政污泥和疏浚底泥分别经过自然干燥后研磨成粉末状，将粉末状的市政污泥和疏浚底泥按（3/6~7/4）:1质量比混合，再加入水玻璃，然后置于颗粒机挤压成型得到粒径为6~10mm的陶粒胚体，自然晾干，以10℃/min速率升温，然后以升温速率为6~10℃/min升温至150~250℃保温5~15min，然后升温至550~650℃保温5~15min，再升温至750~850℃保温5~15min，最后升温至温度1050~1150℃，保温20~30min，冷却后可以得到轻质陶粒。本发明制备轻质陶粒用于水处理工艺中的生物滤料，或建筑材料等。

Description

一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法

技术领域

本发明涉及轻质陶粒的制备方法。

背景技术

随着城镇污水产生量和处理量迅速增加，污水污泥作为污水处理过程中的副产物，其产量也在迅速增长。截止到2010年年底，全国城镇污水处理量达到343亿立方米，脱水污泥产生量接近2200万吨。由于污泥中含有大量的有机物，重金属等有毒有害物质，如果处理不当会对公众和环境造成二次污染。传统的污泥处理方法包括填埋，焚烧，土地利用等，但是，由于各种技术在实际应用中都难以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的效果，都有可能产生二次污染等问题，因此在实际应用中都受到了一定程度的限制。

随着工业生产和城市的迅速发展，大量的工业废水和市政污的水排入到河道中，导致河流水质出现恶化。目前我国大多数河流均已受到不同程度的污染，河道的治理受到越来越多的关注。而随着截污工程的引入，疏浚底泥的二次污染问题就成为影响河水水质的一个重要原因，因而对疏浚底泥的处理和处置也就成了人们普遍关注的问题。

由于污泥中富含丰富的有机质以及氮磷钾等营养元素和无机盐类物质，所以目前把污泥作为再生资源再利用引起了广泛重视。用污泥制取轻质陶粒是是近年来环保领域内的一个研究热点，受到国内外越来越多的学者的关注。然而，目前污泥制取陶粒的过程中，大部分是把污泥作为粘土的一种添加剂，使用比例不是很高。在制取陶粒的过程中，仍然需要大量的粘土作为原料。粘土资源的大量开采直接影响到农村耕田的数量和质量，破坏生态环境，目前使用粘土制取实心砖已被国家明令禁止。因此找寻其它可以替代粘土的原料来生产陶粒具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了利用市政污水处理过程中所产生的污泥与河道疏浚后疏浚底泥为原料制作轻质陶粒。通过试验研究，表明制备的陶粒可用作水处理滤料或者建筑材料，并确定了烧制轻质陶粒的无极氧化物的最佳含量范围，可以作为利用市政污泥烧制陶粒的大规模生产的指导参数。并可根据这一参数含量范围选用其它材料，拓广了污泥烧制陶粒的原料选材，有利于推广污泥陶粒的大规模工业化生产。

一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法是按下述步骤进行的：将市政污泥和疏浚底泥分别经过自然干燥至含水率降到25%~35%后研磨成粉末状，将粉末状的市政污泥和疏浚底泥按（3/6~7/4）:1质量比混合得到混合料，再加入硅酸钠，所述硅酸钠用量是混合料质量的4%~12%，混匀，然后置于颗粒机挤压成型得到粒径为6~10mm的陶粒胚体，自然晾干，以8~10 ℃/min速率升温，升至150~250℃保温8~15 min，然后升温至550~650℃保温8~15 min，再升温至750~850℃保温8~15 min，最后升温至温度1050~1150℃，保温20~30min，冷却后可以得到轻质陶粒。

本发明方法制备的轻质陶粒松散容重为630~750 kg/m³，表观密度为1450~1700 kg/m³，含泥率为0.21%~0.43%，吸水率为4%~9%，盐酸可溶率小于1.4%，破碎率与磨损率之和为0.65%~1.35%，筒压强度为9~20 Mpa。

制作轻质陶粒使用的原料——疏浚底泥和污水污泥中成分比较复杂，但含量最高的无机物是SiO₂、A1₂O₃、Fe₂O₃、CaO和MgO含量都在1%以上。在陶粒的烧结过程中主要以这五种无机物为基础，发生一系列的复杂物理化学反应，包括无机氧化物及金属氧化物在高温条件下的熔融，生成液相，晶体构成，盐类或蒸汽沉积在陶粒材料气孔结构内以及由于烧制过程中的热力学作用使陶粒结构中发生一系列的化学物理变化等。

SiO₂是疏浚底泥和污水污泥中含量最高的化学组分，在混合原料中 SiO₂的比例达到33%，在陶粒烧制的过程中SiO₂主要是以硅酸盐晶体的形式存在，对陶粒内部晶体结构的稳定性起着决定性的影响。Al₂O₃是疏浚底泥和污水污泥中仅次于SiO₂含量的化学组分，在混合原料中 Al₂O₃的比例达到13.23%，Al₂O₃有助于提高材料刚度和强度。在陶粒的烧结过程中，Al³⁺可以通过同晶取代作用取代硅酸盐晶体结构中硅氧四面体[SiO₄]中的Si⁴⁺而形成固溶体，对陶粒的结晶速率和晶体结构的稳定性有重要的影响。Fe₂O₃在高温下可转化为FeO，并释放出O₂，有利于烧制陶粒时产生气孔膨胀。CaO作为一种碱性氧化物，具有良好的热力学稳定性，其热力学稳定性超过SiO₂和Fe₂O₃。在高温时候能与氧化铁、硅酸盐发生熔融反应形成晶体。MgO作为一种碱性氧化物，在烧制陶粒的过程中，一方面能起到降低原料共熔点，有利于制备多孔陶粒的作用；另一方面MgO能和硅酸盐反应生成含Mg硅酸盐晶体，能影响到陶粒内部晶体构成，进而对陶粒的性质产生一定的影响。

本发明以市政污水污泥、疏浚后的疏浚底泥为原料制备陶粒，并确定了最佳的制备工艺条件与原料的主要组分 SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，CaO和MgO的最佳含量范围，通过图1-10的试验数据分表明，SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，CaO和MgO这五种无极氧化物是影响陶粒物理特性的主要因素，所以在利用污泥烧制陶粒时，可根据本发明所建立的氧化物的最佳含量范围，可拓宽选材的范围，可选用市政垃圾、工业废渣等为原料来烧制轻质陶粒，对提高固体废弃物资源化的利用程度是有十分重要的意义。

本发明制备所得污水污泥与疏浚底泥烧轻质陶粒，可用于水处理的滤料，建筑材料等。

附图说明

图1是原料中SiO₂含量对陶粒物理性质的影响图；图2是原料的SiO₂含量（22.5%、35%和50%）时的陶粒耐压强度分析图；图3是Al₂O₃含量对陶粒物理性能的影响图；图4是原料的Al₂O₃含量（11%、14%和19%）时的陶粒耐压强度分析图；图5是原料中Fe₂O₃含量对陶粒物理性质的影响图；图6是原料的Fe₂O₃含量为3.5%、5%和7%时的陶粒耐压强度分析图；图7是原料中CaO含量对陶粒物理性质的影响图；图8是原料的CaO含量为2%、3%和5%的陶粒耐压强度分析图；图9是原料中MgO含量对陶粒物理性质的影响图；图10是原料的MgO含量为1.1%、1.5%和4%的陶粒抗压强度分析图。

具体实施方式

具体实施方式一：一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法是按下述步骤进行的：将市政污泥和疏浚底泥分别经过自然干燥至含水率降到25%~35%后研磨成粉末状，将粉末状的市政污泥和疏浚底泥按1：（3/6~7/4）质量比混合得到混合料，再加入硅酸钠，所述硅酸钠用量是混合料质量的4%~12%，混匀，然后置于颗粒机挤压成型得到粒径为6~10mm的陶粒胚体，自然晾干，以8~10℃/min速率升温，升温至150~250℃保温5~15 min，然后升温至550~650℃保温5~15 min，再升温至750~850℃保温5~15 min，最后升温至温度1050~1150℃，保温20~30min，冷却后可以得到轻质陶粒。

轻质陶粒松散容重为630~750 kg/m³，表观密度为1450~1700 kg/m³，含泥率为0.21%~0.43%，吸水率为4%~9%，盐酸可溶率小于1.4%，破碎率与磨损率之和为0.65%~1.35%，筒压强度为9~20 Mpa。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：粉末状的市政污泥和疏浚底泥按1：（1.0~1.8）质量比混合。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：粉末状的市政污泥和疏浚底泥按1:1.5质量比混合。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：硅酸钠用量是混合料质量的5%~10%。其它步骤和参数与具体实施方式一三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一三之一不同的是：硅酸钠用量是混合料质量的8%。其它步骤和参数与具体实施方式一三之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：市政污泥与疏浚底泥中SiO₂含量在25%~45%时，Al₂O₃含量在11%~19%，Fe₂O₃含量在3.5%~7%时，CaO含量在2.25%~4.5%，MgO含量在1.2%~3%。其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：市政污泥与疏浚底泥中SiO₂含量在30%~45%时，Al₂O₃含量在15%~19%，Fe₂O₃含量在5%~7%时，CaO含量在3%~4.5%，MgO含量在2%~3%。其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。

在烧制后得到轻质陶粒样品的松散容重为630~750 kg/m³，表观密度为1450~1700 kg/m³，含泥率为0.21%~0.43%，吸水率为4%~9%，破碎率与磨损率之和为0.65%~1.35%，筒压强度为9~20 Mpa。

Claims

1.一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法，其特征在于一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法是按下述步骤进行的：将市政污泥和疏浚底泥分别经过自然干燥至含水率降到25%~35%后研磨成粉末状，将粉末状的市政污泥和疏浚底泥按（3/6~7/4）:1质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质量的4%~12%，混匀，然后置于颗粒机挤压成型得到粒径为6~10mm的陶粒胚体，自然晾干，以8~10 ℃/min速率升温，升温至200~250℃保温5~15 min，然后升温至550~650℃保温5~15 min，再升温至750~850℃保温5~15 min，最后升温至温度1050~1150℃，保温20~30 min，冷却后可以得到轻质陶粒。

2.根据权利要求1所述一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法，其特征在于粉末状的市政污泥和疏浚底泥按（1.0~1.8）:1质量比混合。

3.根据权利要求1所述一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法，其特征在于粉末状的市政污泥和疏浚底泥按1.5:1质量比混合。

4.根据权利要求1所述一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法，其特征在于水玻璃用量是混合料质量的5%~10%。

5.根据权利要求1所述一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法，其特征在于水玻璃用量是混合料质量的8%。

6.根据权利要求1所述一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法，其特征在于市政污泥与疏浚底泥中SiO₂含量在25%~45%时，Al₂O₃含量在11%~19%，Fe₂O₃含量在3.5%~7%时，CaO含量在2.25%~4.5%，MgO含量在1.2%~3%。

7.根据权利要求1所述一种利用市政污泥与疏浚底泥制作轻质陶粒的方法，其特征在于市政污泥与疏浚底泥中SiO₂含量在30%~45%时，Al₂O₃含量在15%~19%，Fe₂O₃含量在5%~7%时，CaO含量在3%~4.5%，MgO含量在2%~3%。