CN105174915A

CN105174915A - 一种利用固废物制备无土栽培基质陶粒的工艺

Info

Publication number: CN105174915A
Application number: CN201510516322.6A
Authority: CN
Inventors: 范峪铭; 王乃俊; 魏秀玲
Original assignee: Baotou Zhengtang Environmental Protection Industry Co Ltd
Current assignee: Baotou Zhengtang Environmental Protection Industry Co Ltd
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明涉及一种利用固废物制备无土栽培基质陶粒的工艺，包括以下步骤：1)将主原料、内燃剂磨碎至粒度为60～80um的粉末并保持干燥，所述主原料为粉煤灰、城市污泥、湖泊河流淤泥、工业废渣、电解灰、尾矿、赤泥中的一种或几种，所述内燃剂为煤矸石、农业秸秆、锯末中的一种或几种；2)按质量份数计，取固废物粉末80～95份、内燃剂5～10份，将所述粉料搅拌均匀，向搅拌均匀的粉料中加入水并继续搅拌形成10％～12％的晶核，再进一步成球、辊筛、烧结成陶粒。本发明采用固体废弃物为原料，经科学合理配比，采用烧结工艺生产出适合无土栽培需要的无机基质——陶粒，既符合国家节能减排又可替代现在采用的不可再生资源生产陶粒的技术方案。

Description

一种利用固废物制备无土栽培基质陶粒的工艺

技术领域

本发明属于无土栽培技术领域，具体涉及一种利用固废物制备无土栽培基质陶粒的工艺。

背景技术

无土栽培是一种新型的栽培方式，现已成为设施园艺的重要内容和园艺作物工厂化生产的主要形式，今年来在花卉栽培上广泛应用。与传统的土壤栽培相比，具有省水、省肥、省力，无土栽培基质是能为植物提供稳定协调的水、气、肥结构的生长介质。它除支持、固定植株外，更重要充当“中转站”的作用，使植物根系从中按需选择营养液、养分、水并吸收。

陶粒是无土栽培无机基质的一种，现国内常用的是采用不可再生资源(粘土、页岩)在一定温度(800～1100℃)下高温焙烧而成，一种外壳致密内部为蜂窝状孔隙结构的产品，其主要性能为容重0.5～1g/cm3，大孔隙多，排水通气好，坚硬不易破碎，可反复使用，稳定性强，不易分解，陶粒作为一种单一或混合基质越来越多广泛应用在无土栽培领域内。

作为无土栽培无机基质中岩棉是公认的较理想的一种，其容重在0.11g/cm3左右，孔隙较大，总孔隙率>90％，吸水能力强，适于植物根系生长，但是不易于固株。阳离子代换能力弱(CEC<1mmol/100g).其加工成本高，对人的皮肤有刺激。回收也是难以解决，而形成新污染。而砂、砾石来源广泛，固株可以，价格便宜是无土栽培应用最早的基质材料，但是容重较大为1.5～1.8g/cm³。细分差距较大，保水能力较差，管理麻烦。蛭石经高温膨胀后，其体积扩充为原体积十几倍。其容重小(0.07～0.25g/cm³)，孔隙度较大，吸水后的重量为自身重量的2～8倍，对营养液变化和重金属污染具有较高缓冲能力，但化学稳定性差，重复使用时易分解变质。炉渣具有良好的理化性质，容重适中有利于固定作物根系，透水通气性好。但保水吸水性能差，偏碱性，颗粒级配不适合，质地不均一。珍珠岩经高温焙烧，颗粒剧烈膨胀而成，其容重小，孔隙度较大>90％，有较强吸水能力，但保水性差。阳离子代换量低1.5mmol/100g。保肥性稍差，pH为7～7.5，在重复使用过程中，物理形变严重，表面易滋生绿藻。陶粒作为一种无机基质，具有较好的化学稳定性，安全卫生、耐用、可重复利用性好，但价格高，是目前比较常用和推广发展的一种基质。

我国工矿排出固体废弃物的利用率很低，其堆放和填埋不仅占用了大量宝贵的土地资源，还会对环境产生巨大的污染，同样不利于社会的可持续发展。为了找到一种优良的废物利用途径是环保领域亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用固废物制备无土栽培基质陶粒的工艺。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种利用固废物制备无土栽培基质陶粒的工艺，具体步骤如下：

1)将主原料、内燃剂磨碎至粒度为60～80um的粉末并保持干燥，所述主原料为粉煤灰、城市污泥、湖泊河流淤泥、工业废渣、电解灰、尾矿、赤泥中的一种或几种，所述内燃剂为煤矸石、农业秸秆、锯末中的一种或几种；

2)按质量份数计，取固废物粉末80～95份、内燃剂5～10份，将所述粉料搅拌均匀，向搅拌均匀的粉料中加入水并继续搅拌形成10％～12％的晶核，再进一步成球、辊筛、烧结成陶粒。

优选的，所述主原料为粉煤灰，所述内燃剂为煤矸石。

通过上述方法可制备粒径小于5mm，5～20mm，20～50mm三类级别的陶粒。

优选的，制备小于5mm粒径的基质陶粒，在原料中加入2～4％的发泡剂，所述发泡剂为60～80目的铝灰。

优选的，采用回转炉烧结工艺制备小于5mm的陶粒，用回转窑干燥预热炉在200～500℃温度条件下对湿料球干燥预热(补充时间范围)后，再进入焙烧炉在500～1250℃温度条件下进行焙烧(补充时间范围)，再进入降温炉降温。

优选的，采用动态烧结工艺制备粒径为5～20mm的陶粒，在150～200温度条件下干燥2～4min，使料球含水率降至4～6％，然后在1000～1250℃温度条件下进行焙烧4～7min。

优选的，采用隧道炉烧结工艺制备粒径为20～50mm的陶粒。

所述陶粒主要化学成分为SiO₂、Fe₂O₃、CaO、Na₂O、K₂O、MgO、P₂O₅。

所述粉煤灰含有成分：56％SiO₂、32％Al₂O₃、4.8％Fe₂O₃、2.5％CaO、0.7％Na₂O、0.5％K₂O、0.3％SO₃、0.7％烧失量。

所述煤矸石含有成分：46％SiO₂、29％Al₂O₃、5.2％Fe₂O₃、1.7％CaO、0.6％Na₂O、0.9％K₂O、0.7％SO₃、15％烧失量。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用固体废弃物为原料，经科学合理配比，采用烧结工艺生产出适合无土栽培需要的无机基质——陶粒，既符合国家节能减排、实施绿色发展、低碳发展、循环经济发展的可持续发展道路，又可替代现在采用不可再生资源制备陶粒的工艺，实现恢复生态，保护地球的社会效益和环境效益，由本发明制备的各种类型陶粒可应用于农业大棚工厂化生产的基质，也可用于城市绿化的花卉陶粒、树池陶粒、屋顶绿化陶粒、土壤改制陶粒，以及用于湿地改造用的生物陶粒等。

(2)采用动态烧结工艺(或其他自动化烧结工艺)实现规模化、集约化、自动化生产，确保产品的化学稳定性和缓冲能力。

(3)由于经过高温焙烧，陶粒本身不含任何病菌害和虫卵，也不易滋生和培植对植物生长有害的病菌，且由于配制化学成分规范，不含有有害重金属及其化合物。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为陶粒生产工艺；

图2为陶粒的干燥烧结温度曲线。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

取包头市东华热电厂发电排出的混级粉煤灰干灰，对其进行化学成分测定，其含有56％SiO₂、32％Al₂O₃、4.8％Fe₂O₃、2.5％GaO、0.7％Na₂O、0.5％K₂O、0.3％SO₃、0.7％烧失量。取包头市石拐矿区洗煤厂的煤矸石，对其进行化学测定，其含有46％SiO₂、29％Al₂O₃、5.2％Fe₂O₃、1.7％CaO、0.6％Na₂O、0.9％K₂O、0.7％SO₃、15％烧失量。

取粉煤灰约为1m³(按堆积密度850～1000kg/m³)，煤矸石粉为0.05m³，首先将其粉碎至粒度为60～80um的粉末并保持干燥。采用干粉搅拌将原料粉末搅拌均匀，双轴搅拌成核，滚动成球，摆式布料，辊动筛分得到5～10mm粒径级配及表面光洁度级符合要求的湿料球，并进入烧结小车台面均匀布置，经过180℃干燥2～4min，使300mm厚度的料球厚度1/3初步干燥(含水率由12％均匀降至到5％左右)，并按烧成曲线规定升温到950℃点火(区域温度为900～1050℃)，将料球点燃，在负压(一定的真空度和流量)作用下，料球内的碳开始内燃，并由上向下传导扩大燃烧，此时烧结范围的灼烧温度最高可达到1200～1250℃，陶粒的干燥烧结温度曲线如图2所示。湿球发生复杂的物理化学反应，燃烧产生的水蒸气、CO₂、CO、SO₃、O₂等气体在负压作用下冲出去，在料球表面形成空穴，未冲出去的产生气泡留在料球内部形成互通(或者不通)空穴。而湿料球也由各自的矿物组分重新组合形成陶质球，陶粒生产工艺如图1所示。

所制备的陶粒pH为6.7，容重0.8g/cm³，总孔隙度80％，筒压强度4MPa。

实施例2

取包头市东华热电厂的混级粉粒煤灰0.52m³，石拐矿区洗煤厂的煤矸石(粘土质比例5％)0.05m³，包头东河净水厂的污泥(脱水后比例45％)0.495m³，采用与实施例1同样的动态烧结工艺制备5～10mm粒径的陶粒，所制备的陶粒pH为6.9，容重1.0g/cm3，总孔隙度82％，筒压强度5MPa。

实施例3

取粉煤灰约为1m³(按堆积密度850～1000kg/m³)，煤矸石粉为0.05m³，首先将其粉碎至粒度为60～80um的粉末并保持干燥，再加入为粉料总量2～4％的铝粉(如用铝屑破碎、粉磨成60～80目筛的粒度)作为发泡剂。采用干粉搅拌将原料粉末搅拌均匀，双轴搅拌成核，采用高速成球机生成2～5mm级配的湿料球。通过筛选输送至回转窑干燥预热炉(200～500℃)干燥预热后，进行二节升温焙烧炉(500～1250℃)进行焙烧，恒温后，最后推进到降温炉缓慢降温，由于回转窑在烧结过程中是匀速旋转，在旋转抛投的过程中，各种气体加速挥发造成陶粒体积膨胀，比表面积比较大，但容重低。所制备的陶粒pH为6.8，容重小于1.0g/cm³，筒压强度为7～8MPa。

实施例4

取粉煤灰1m³(按堆积密度850～1000kg/m³)，煤矸石粉为0.05m³，首先将其粉碎至粒度为60～80um的粉末并保持干燥。采用干粉搅拌将原料粉末搅拌均匀，双轴搅拌成核，采用隧道窑烧结工艺生产，采用挤压成型(双辊挤压、真空挤压)制成类圆型或破碎型陶粒，颗粒粒径为20～50mm。考虑到植物生长(根系发展和茎发展)对无土栽培基质的要求不能被划伤、折断等现象，新生产的陶粒不应有锐利的棱边和尖角。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种利用固废物制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，具体步骤如下：

1)将主原料、内燃剂磨碎至粒度为60～80μm的粉末并保持干燥，所述主原料为粉煤灰、城市污泥、湖泊河流淤泥、工业废渣、电解灰、尾矿、赤泥中的一种或几种，所述内燃剂为煤矸石、农业秸秆、锯末中的一种或几种；

2.根据权利要求1所述制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，所述主原料为粉煤灰，所述内燃剂为煤矸石。

3.根据权利要求1所述制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，所述陶粒粒径分为小于5mm，5～20mm，20～50mm三类级别。

4.根据权利要求3所述制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，制备小于5mm粒径的基质陶粒，在原料中加入2～4％的发泡剂，所述发泡剂为60～80目的铝灰。

5.根据权利要求4所述制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，采用回转炉烧结制备小于5mm的陶粒，用回转窑干燥预热炉在200～500℃温度条件下对湿料球干燥预热2～4min后，再进入焙烧炉在500～1250℃温度条件下进行焙烧2～7min，再进入降温炉降温。

6.根据权利要求3所述制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，采用动态烧结制备粒径为5～20mm的陶粒，在150～200温度条件下干燥2～4min，使料球含水率降至4～6％，然后在1000～1250℃温度条件下进行焙烧4～7min。

7.根据权利要求3所述制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，采用隧道炉烧结制备粒径为20～50mm的陶粒。

8.根据权利要求1-7任一项所述制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，所述陶粒主要化学成分为SiO₂、Al₃O₂、Fe₂O₃、CaO、Na₂O、K₂O、MgO、P₂O₅。

9.根据权利要求2所述制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，所述粉煤灰含有成分：56％SiO₂、32％Al₂O₃、4.8％Fe₂O₃、2.5％CaO、0.7％Na₂O、0.5％K₂O、0.3％SO₃、0.7％烧失量。

10.根据权利要求2所述制备无土栽培基质陶粒的工艺，其特征在于，所述煤矸石含有成分：46％SiO₂、29％Al₂O₃、5.2％Fe₂O₃、1.7％CaO、0.6％Na₂O、0.9％K₂O、0.7％SO₃、15％烧失量。