CN105110664A - 高岭土印染污泥地质聚合物材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高岭土印染污泥地质聚合物材料，包括胶凝材料和复合激发剂，复合激发剂与胶凝材料的质量比为0.4-1.0：1；胶凝材料为高岭土和干化印染污泥的共混煅烧产物，干化印染污泥与高岭土的质量比为1:3-7，干化印染污泥为经石灰和铁盐调质并干化的印染污泥，复合激发剂为钠水玻璃和氢氧化钠配制而成，且复合激发剂的模数为1-2。本发明提供了一种印染污泥资源化利用的有效途径，克服了印染污泥经化学调质干化后增量组分的回收利用难题，使其本身成为地质聚合物材料而非简单填充料，并实现了重金属污染物的封固。
Description
技术领域
本发明涉及一种高岭土印染污泥地质聚合物材料及其制备方法,为共混煅烧工艺和地质聚合物技术，属于无机非金属材料学科和固体废弃物治理领域。
背景技术
印染污泥是一种危险废弃物，具有成分复杂、有毒污染物含量高等特点。目前，采用填埋的处置方法比较普遍，但对环境的危害仍然相当大；也有一部分热值较高的印染污泥采用焚烧的处理方法，但是焚烧后重金属富集于灰烬中，成为棘手的危险废弃物。资源化利用是印染污泥处置的可持续方法，常规技术路线为添加石灰、铁盐等进行化学调质干化，并进一步制备成实用制品，如掺入水泥中或者配合粘土制成砖等建筑材料，其技术手段主要是将印染污泥以掺合料来使用，铁盐等无机成分参与反应或以惰性组分的形式填充在制品中。高岭土在适当温度下煅烧形成偏高岭土，偏高岭土在碱激发条件下形成类似地壳中天然矿物的铝硅酸盐网状结构，具有较高的强度和对重金属的封固作用。在高岭土转变成偏高岭土的煅烧过程中，铝原子内部实现脱羟基化形成铝氧键-Al=O，如在煅烧中引入铁盐共混煅烧，其铝氧键-Al=O可部分被铁氧键-Fe=O代替，从而得到一种新型的地质聚合物材料。
基于此,提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用高岭土深度回收利用化学干化印染污泥的工艺方法，该方法得到一种新型地质聚合物材料，能实现印染污泥的无害化和资源化利用。该方法不同于以往只是将印染污泥以填充方式利用的简单技术路线。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
高岭土印染污泥地质聚合物材料，包括胶凝材料和复合激发剂，所述复合激发剂与胶凝材料的质量比为0.4-1.0：1；所述的胶凝材料为高岭土和干化印染污泥的共混煅烧产物，所述干化印染污泥与高岭土的质量比为1:3-7，所述的干化印染污泥为经石灰和铁盐调质并干化的印染污泥，所述复合激发剂为钠水玻璃和氢氧化钠配制而成，且复合激发剂的模数为1-2。
所述的胶凝材料包含偏高岭土、铁-偏高岭土及煅烧印染污泥。
所述的铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、氯化亚铁或氯化铁。
高岭土印染污泥地质聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将经石灰和铁盐调质干化的印染污泥与高岭土以1:3-7的质量比共混研磨，升温至600℃-900℃，煅烧1-3小时，冷却并磨细至10-100μm得到一种胶凝材料；
（2）将钠水玻璃和氢氧化钠混合，控制其模数为1-2，制成复合激发剂；
（3）将步骤（1）中得到的胶凝材料与步骤（2）中的复合激发剂以激发剂:胶凝材料=0.4-1.0：1的质量比混合，充分搅拌均匀，制得浆体；
（4）将步骤（3）中制得的浆体浇筑进有盖模具中，以免水分蒸发，室温养护一天后脱模，并在室温下继续养护至28d，即得高岭土印染污泥地质聚合物材料。
经铁盐调质干化的印染污泥和高岭土的共混煅烧，高岭土脱羟基化形成偏高岭土，铁盐参与脱羟基化使得Fe取代部分Al形成铁-偏高岭土。
本发明的有益效果如下：
本发明高岭土印染污泥地质聚合物材料及其制备方法，其聚合物材料的抗压强度可达30-60MPa，其重金属浸出量符合《浸出毒性鉴别标准》GB5085.3-2007的限制要求。
本发明的制备方法不同于把经由煅烧高岭土得到的偏高岭土和印染污泥简单混合而形成地质聚合物材料的工艺，也不同于把粉煤灰和印染污泥简单混合而形成地质聚合物材料的工艺，且经过共混煅烧，干化印染污泥中的铁盐转化成氧化铁，并参与高岭土脱羟基化过程，形成铁-偏高岭土胶凝材料，未参与反应的氧化铁则以惰性组分存在，使产物呈不同程度的红色。
本发明提供了一种印染污泥资源化利用的有效途径，克服了印染污泥经化学调质干化后增量组分的回收利用难题，使其本身成为地质聚合物材料而非简单填充料，并实现了重金属污染物的封固。
附图说明
图1为本发明高岭土印染污泥地质聚合物材料的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明实施例中的主要原材料如下：印染污泥取自某污水处理厂，成分见表1。氢氧化钠为纯度99%的分析纯化学试剂；水玻璃溶液为模数3.3，含固率34%，其中含氧化钠8%，二氧化硅26%。
表1印染污泥及高岭土的主要化学成分及含量（wt.%）
本发明的高岭土印染污泥地质聚合物材料，包括一种胶凝材料和复合激发剂，胶凝材料为高岭土和干化印染污泥的共混煅烧产物，干化印染污泥与高岭土的质量比为1:3-7，干化印染污泥为经铁盐调质并干化的印染污泥，复合激发剂为钠水玻璃和氢氧化钠配制而成，且复合激发剂的模数为1-2，复合激发剂与胶凝材料的质量比为0.4-1.0。
实施例1
本发明高岭土印染污泥地质聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将1份干化印染污泥和7份高岭土共混，在800℃下煅烧3小时，冷却并磨细至10-100μm，得到煅烧高岭土印染污泥胶凝材料；
（2）将钠水玻璃和氢氧化钠混合，控制其模数为1.5，制成复合激发剂，陈化24h；
（3）在20℃室温下，将5份煅烧高岭土印染污泥胶凝材料和4份复合激发剂搅拌均匀，制成浆体；
（4）将制得的浆体浇筑进有盖模具，以防止水分蒸发，制得高岭土印染污泥地质聚合物材料。其7天抗压强度为32MPa，28d抗压强度为58MPa，重金属浸出量符合《浸出毒性鉴别标准》GB5085.3-2007的限制要求。
实施例2
本发明高岭土印染污泥地质聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将1份干化印染污泥和5份高岭土共混，在800℃下煅烧3小时，冷却并磨细至10-100μm，得到煅烧高岭土印染污泥胶凝材料；
（2）将钠水玻璃和氢氧化钠混合，控制其模数为1.5，制成复合激发剂，陈化24h；
（3）在20℃室温下，将10份煅烧高岭土印染污泥胶凝材料和9份复合激发剂搅拌均匀，制成浆体；
（4）将制得的浆体浇筑进有盖模具，以防止水分蒸发，制得高岭土印染污泥地质聚合物材料。其7天抗压强度为24MPa，28d抗压强度为47MPa，重金属浸出量符合《浸出毒性鉴别标准》GB5085.3-2007的限制要求。
本发明中对高岭土和印染污泥的共混煅烧工艺，一方面使高岭土转化成偏高岭土，并使干化印染污泥中的铁盐参与形成新型的铁-偏高岭土胶凝材料，另一方面可以去除印染污泥的有害成分并活化其无机成分，最终促使印染污泥更深入参与地质聚合反应，使其封固率更高，而部分煅烧生成的氧化铁颗粒还能成为着色剂和填充料。
本发明为印染污泥的处理处置提供了新的途径，减轻了对环境的危害，降低了成本，减少了资源消耗，符合节能减排的要求，实现了资源的回收利用。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.高岭土印染污泥地质聚合物材料，其特征在于：包括胶凝材料和复合激发剂，所述复合激发剂与胶凝材料的质量比为0.4-1.0：1；所述的胶凝材料为高岭土和干化印染污泥的共混煅烧产物，所述干化印染污泥与高岭土的质量比为1:3-7，所述的干化印染污泥为经石灰和铁盐调质并干化的印染污泥，所述复合激发剂为钠水玻璃和氢氧化钠配制而成，且复合激发剂的模数为1-2。
2.如权利要求1所述高岭土印染污泥地质聚合物材料，其特征在于：
所述的胶凝材料包含偏高岭土、铁-偏高岭土及煅烧印染污泥。
3.如权利要求1所述高岭土印染污泥地质聚合物材料，其特征在于：
所述的铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、氯化亚铁或氯化铁。
4.高岭土印染污泥地质聚合物材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将经石灰和铁盐调质干化的印染污泥与高岭土以1:3-7的质量比共混研磨，升温至600℃-900℃，煅烧1-3小时，冷却并磨细至10-100μm得到一种胶凝材料；
（2）将钠水玻璃和氢氧化钠混合，控制其模数为1-2，制成复合激发剂；
（3）将步骤（1）中得到的胶凝材料与步骤（2）中的复合激发剂以激发剂:胶凝材料=0.4-1.0：1的质量比混合，充分搅拌均匀，制得浆体；
（4）将步骤（3）中制得的浆体浇筑进有盖模具中，以免水分蒸发，室温养护一天后脱模，并在室温下继续养护至28d，即得高岭土印染污泥地质聚合物材料。
5.如权利要求4所述高岭土印染污泥地质聚合物材料的制备方法，其特征在于：经铁盐调质干化的印染污泥和高岭土的共混煅烧，高岭土脱羟基化形成偏高岭土，铁盐参与脱羟基化使得Fe取代部分Al形成铁-偏高岭土。
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