CN107459364B - 一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备的高强陶粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备高强陶粒的方法。采用的主要原料为黄河淤泥、污泥及粉煤灰，各种原料按比例混合，经造粒、干燥、焙烧、冷却制得高强陶粒。通过本发明方法不仅获得物理强度高、化学稳定性好、堆积密度小、比表面积大的可用于建筑、水处理和园林艺术等领域的高强陶粒，大大降低了陶粒生产成本，同时减少了稀有资源的消耗，并解决当地黄河淤泥及工业固废处理问题，具有良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备的高强陶粒及其制备方法。
技术背景
陶粒是以无机材料为主要原料经造粒、焙烧生产的一种轻集料，陶粒外表面具有防水坚硬的釉层外壳，内部具有密闭式微孔结构。根据陶粒的功能不同陶粒可用作建筑材料作为轻集料；在水处理行业用作水处理滤料；在园林行业用作无土栽培的基质。
目前市场上主要有以粘土、页岩为原料的粘土陶粒和页岩陶粒，随着粘土、页岩等资源的限制利用，加之陶粒生产的高能耗，陶粒生产成本居高不下。基于上述原因，开发一种低成本粘结剂的高强陶粒就显得尤为必要。由此利用固体废弃物生产陶粒的技术应运而生，如利用粉煤灰、尾矿砂等资源，但目前只停留在研究方面还没有投入工业生产。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本申请提供了一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备高强陶粒的方法，主要以黄河淤泥、污泥、粉煤灰为原料，降低陶粒生产能耗，而且提高陶粒产品品质，同时为处理以上固废提供了更优良的途径。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备的高强陶粒，按重量百分比计，其原料配比为：黄河淤泥10-30％，污泥5-30％，粉煤灰40-80％。
其中，黄河淤泥含水量低于3％，污泥含水量低于2％。
所述的黄河淤泥选自黄河引黄济青渠附近的大型淤泥堆积场。通过化学分析得出黄河淤泥的主要成分为硅铝盐和其他各种金属氧化物，硅铝盐在焙烧过程中形成熔融釉质，而钙、镁、铁、钠、钾等金属的氧化物有很强的助熔效果，具有和粘土类似的粘结作用和助熔效果，有利于降低焙烧温度，降低能耗。经干燥、粉碎后，控制在180-250目，黄河淤泥粒径过大会降低其塑性指数。本发明中黄河淤泥的使用量占原料总重量的10-30％，高于此范围，会造成成球工艺运行不稳定，产品焙烧温度波动较大不利于焙烧温度制度的控制。低于此范围，黄河淤泥粘结效果不佳，降低焙烧温度与能耗的作用不明显，表面不能形成致密的釉层，产品堆积密度过高，吸水率过高，降低产品品质。
所述的污泥为当地工业污水处理厂的终端污泥，其中含有混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物，是各种胶体、有机质及吸附的重金属、微生物、病菌、虫卵等物质的综合体，这些综合体中的有机质可以在后期陶粒焙烧时起到内燃作用，有利于陶粒焙烧。本发明中所述的污泥经干燥、粉碎后，控制在180目-250目，污泥粒径过大会造成原料成球困难。污泥使用量占总重量的5-30％，使用量高于此范围，会造成焙烧温度波动较大，不利于焙烧温度的控制，并且产品吸水率过高；低于此范围，达不到较好处理污泥废弃物的目的。
所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰，主要矿物成分有石英、莫来石、磁铁矿、赤铁矿以及未燃尽的碳。粉煤灰是陶粒生产中主要的硅铝元素提供者，使烧成的陶粒拥有较好的物理性能。本发明中粉煤灰使用量占总重量的40-80％，高于此范围，焙烧温度要求高，能耗增加，产品焙烧程度不稳定，会有夹生或表面颜色不均一的现象；粉煤灰添加量低于此范围，产品筒压强度偏低，产品焙烧过程中出现软化变形，料球之间粘结现象增加，不利于生产，产品合格率下降。
一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备的高强陶粒的制备方法，具体步骤如下：
1)原料处理：
黄河淤泥：经过筛分净化，去除大垃圾杂物，利用低温烘干回转窑烘干至黄河淤泥含水量低于3％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河淤泥细度在180-250目，再经过螺旋输送存入黄河淤泥储罐备用；
污泥：利用窑炉余热进行预烘干，待污泥含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后污泥细度在180-250目，再经过斗提存入污泥储罐备用；
粉煤灰，直接把热电粉煤灰储仓中的粉煤灰通过气力输送至车间粉煤灰储罐备用；
2)混合搅拌：
按照上述配比将经步骤1)处理后的黄河淤泥、污泥、粉煤灰依次置于搅拌机内，进行搅拌3min，混合均匀；
3)造粒成球：
将步骤2)所得混料输送至成球盘，并同时向成球盘左下部均匀喷入外加水，外加水的用量为混料总重的20％。通过调整成球盘的倾斜角度、转速及出料挡板高度控制陶粒粒径大小，待生料球达到粒径5mm-20mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行低温烘干，烘干温度为105-130℃，待含水量≦2％进入下一工序；
4)高温焙烧：
将烘干后的生料球输送至高温回转窑中进行焙烧，采用的焙烧制度为：料球在400℃-1000℃温度区间内滚动45min，然后滚入1000℃-1150℃高温段，在高温段滚动20min，经过高温煅烧后的陶粒从回转窑出来后进入冷却机，冷却后进入滚筒筛进行筛分即得成品。
本发明生产出的高强陶粒，外形为规则球形或椭球形，表面有细小孔，产品粒径在5mm-20mm，密度等级400-900级，筒压强度在5MPa-9MPa，吸水率在5％-15％。
本发明利用了黄河淤泥和污泥替代传统的粘土做陶粒粘结剂，经过多年研究实验，对黄河淤泥、污泥、粉煤灰三者进行合理有机组合，烧制出了比现在市场上质量好的高强陶粒。
本发明表现出了优良的有益效果为：一方面降低了陶粒生产成本，获得物理强度高、化学稳定性好、堆积密度小、比表面积大的可用于建筑、水处理和园林艺术等领域的高强陶粒，具有良好的市场前景；另一方面，解决当地黄河淤泥及工业固废处理问题，节约粘土资源，对工业废弃物进行了优化处理，并减少了工艺过程中的能耗，达到节能减排和有效资源循环利用的目的。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施例1
一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备的高强陶粒，各原料以重量百分比计，其原料配比为：黄河淤泥15％，污泥5％，粉煤灰80％。
其中，黄河淤泥含水量低于3％，污泥含水量低于2％。
该高强陶粒的制备方法，具体步骤如下：
1)原料处理：
黄河淤泥：经过筛分净化，去除大垃圾杂物，利用低温烘干回转窑烘干至黄河淤泥含水量低于3％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河淤泥细度在250目，再经过螺旋输送存入黄河淤泥储罐备用；
污泥：利用窑炉余热进行预烘干，污泥含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后污泥细度在200目，再经过斗提存入污泥储罐备用；
粉煤灰：直接把热电粉煤灰储仓中的粉煤灰通过气力输送至车间粉煤灰储罐备用。
2)混合搅拌：
按照上述配比将经步骤1)处理的黄河淤泥、污泥、粉煤灰依次置于搅拌机内，进行搅拌3min，混合均匀。
3)造粒成球：
将混料输送至成球盘，并同时向成球盘左下部均匀喷入外加水，外加水的用量为混料总重的20％。通过调整成球盘的倾斜角度、转速及出料挡板高度控制陶粒粒径大小，生料球达到粒径20mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行低温烘干，烘干温度为105-130℃，待含水量≦2％进入下一工序；
4)高温焙烧：
将烘干后的生料球输送至高温回转窑中进行焙烧，采用的焙烧制度为：料球在400℃-1000℃温度区间内滚动45min，然后滚入1000℃-1150℃高温段，在高温段滚动20min，经过高温煅烧后的陶粒从回转窑出来后进入冷却机，冷却后进入滚筒筛进行筛分即得成品。
由以上方法得到的高强陶粒，其堆积密度为817kg/m3，密度等级为900级，筒压强度为9MPA，吸水率为5.5％。陶粒强度高，吸水率小，可以用于CL50强度等级混凝土的骨料，具有保温、隔热等效果。
实施例2
一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备的高强陶粒，以重量百分比计，其原料配比为：黄河淤泥15％，污泥15％，粉煤灰70％；
其中，黄河淤泥含水量低于3％，污泥含水量低于2％。
该高强陶粒的制备方法，具体步骤如下：
1)原料处理：
黄河淤泥：经过筛分净化，去除大垃圾杂物，利用低温烘干回转窑烘干至黄河淤泥含水量低于3％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河淤泥细度在200目，再经过螺旋输送存入黄河淤泥储罐备用；
污泥：去除杂物，利用窑炉余热进行预烘干，污泥含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后污泥细度在250目，再经过斗提存入污泥储罐备用；
粉煤灰：直接把热电粉煤灰储仓中的粉煤灰通过气力输送至车间粉煤灰储罐备用；
2)混合搅拌：
按照上述配比将经步骤1)处理的黄河淤泥、污泥、粉煤灰依次置于搅拌机内，进行搅拌3min，混合均匀；
3)造粒成球：
将混料输送至成球盘，并同时向成球盘左下部均匀喷入外加水，外加水的用量为混料总重的20％。通过调整成球盘的倾斜角度、转速及出料挡板高度控制陶粒粒径大小，生料球达到粒径15mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行低温烘干，烘干温度为105-130℃，待含水量≦2％进入下一工序；
4)高温焙烧：
将烘干后的生料球输送至高温回转窑中进行焙烧，采用的焙烧制度为：料球在400℃-1000℃温度区间内滚动45min，然后滚入1000℃-1150℃高温段，在高温段滚动20min，经过高温煅烧后的陶粒从回转窑出来后进入冷却机，冷却后进入滚筒筛进行筛分即得成品。
由以上方法得到的高强陶粒，其堆积密度为731kg/m3，密度等级为800级，筒压强度为8.3MPa，吸水率6.4％。陶粒强度较高，可以用于CL40强度等级混凝土的骨料，具有保温、隔热、质轻等效果。
实施例3
一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备的高强陶粒，以重量百分比计，其原料配比为：黄河淤泥25％，污泥20％，粉煤灰55％。
其中，黄河淤泥含水量低于3％，污泥含水量低于2％。
该高强陶粒的制备方法，具体步骤如下：
1)原料处理：
黄河淤泥：经过筛分净化，去除大垃圾杂物，利用低温烘干回转窑烘干至黄河淤泥含水量低于3％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河淤泥细度在200目，再经过螺旋输送存入黄河淤泥储罐备用；
污泥：利用窑炉余热进行预烘干，污泥含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后污泥细度在180目，再经过斗提存入污泥储罐备用；
粉煤灰：直接把热电粉煤灰储仓中的粉煤灰通过气力输送至车间粉煤灰储罐备用；
2)混合搅拌：
按照上述配比将黄河淤泥、污泥、粉煤灰依次置于搅拌机内，进行搅拌3min，混合均匀；
3)造粒成球：
将混料输送至成球盘，并同时向成球盘左下部均匀喷入外加水，外加水的用量为混料总重的20％。通过调整成球盘的倾斜角度、转速及出料挡板高度控制陶粒粒径大小，生料球达到粒径10mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行低温烘干，烘干温度为105-130℃，待含水量≦2％进入下一工序；
4)高温焙烧：
将烘干后的生料球输送至高温回转窑中进行焙烧，采用的焙烧制度一般为：料球在400℃-1000℃温度区间内滚动45min，然后滚入1000℃-1150℃高温段，在高温段滚动20min，经过高温煅烧后的陶粒从回转窑出来后进入冷却机，冷却后进入滚筒筛进行筛分即得成品。
由以上方法得到的高强陶粒，其堆积密度为521kg/m3，密度等级为600级，筒压强度为6.8MPA，吸水率7.8％，可以用于CL30强度等级混凝土的骨料，具有保温、隔热、质轻等效果。
实施例4
一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备的高强陶粒，以重量百分比计，其原料配比为：黄河淤泥30％，污泥30％，粉煤灰40％。
其中，黄河淤泥含水量低于3％，污泥含水量低于2％。
该高强陶粒的制备方法，具体步骤如下：
1)原料处理：
黄河淤泥：经过筛分净化，去除大垃圾杂物，利用低温烘干回转窑烘干至黄河淤泥含水量低于3％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后细度在180目，再经过螺旋输送存入黄河淤泥储罐备用；
污泥：利用窑炉余热进行预烘干，污泥含水量低于2％后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后细度在200目，再经过斗提存入污泥储罐备用；
粉煤灰：直接把热电粉煤灰储仓中的粉煤灰通过气力输送至车间粉煤灰储罐备用；
2)混合搅拌：
按照配比分别计量黄河淤泥、污泥、粉煤灰，依次将其置于搅拌机内，开始进行搅拌3min，混合均匀；
3)造粒成球：
将混料输送至成球盘，并同时向成球盘左下部喷入外加水，外加水的用量为混料总重的20％。通过调整成球盘的倾斜角度、转速及出料挡板高度进行控制陶粒粒径大小，生料球达到粒径5mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行低温烘干，烘干温度为105-130℃，待含水量≦2％进入下一工序；
4)高温焙烧：
将烘干后的料球输送至高温回转窑中进行焙烧，采用的焙烧制度为：料球在400℃-1000℃温度区间内滚动45min，然后滚入1000℃-1150℃高温段，在高温段滚动20min，经过高温煅烧后的陶粒从回转窑出来后进入冷却机，冷却后进入滚筒筛进行筛分即得成品。
由以上方法得到的高强陶粒，其堆积密度为347kg/m3，密度等级为400级，筒压强度为5.6MPA，吸水率12.6％，可以用于CL25强度等级混凝土的骨料，具有保温、隔热、质轻等效果，也可以用作水处理滤料及无土栽培基质。
Claims (1)
1.一种利用黄河淤泥和污泥做粘结剂制备的高强陶粒，其特征在于，所述的高强陶粒外形为规则球形或椭球形，表面有细小孔，密度等级400-900级，筒压强度在5MPa-9MPa，吸水率在5-15%;
所述的高强陶粒的各原料配比，按重量百分比计，为黄河淤泥10-30%，污泥5-30%，粉煤灰40-80%；
其中，黄河淤泥为干燥后的黄河淤泥，含水量低于3%；污泥为干燥后的污泥，含水量低于2%;
所述的黄河淤泥经干燥、粉碎后其粒度在180-250目；
所述的污泥经干燥、粉碎后其粒度在180-250目；
所述的粉煤灰为热电厂煤粉炉外排的三级粉煤灰;
其制备方法，具体步骤如下：
1）原料处理：
黄河淤泥：经过筛分净化，去除大垃圾杂物，利用低温烘干回转窑烘干至黄河淤泥含水量低于3%后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后黄河淤泥细度在180-250目，再经过螺旋输送存入黄河淤泥储罐备用；
污泥：利用窑炉余热进行预烘干，污泥含水量低于2%后，进入干式球磨机进行粉磨，粉磨后污泥细度在180-250目，再经过斗提存入污泥储罐备用；
粉煤灰：直接把热电粉煤灰储仓中的粉煤灰通过气力输送至车间粉煤灰储罐备用；
2）混合搅拌：
按照上述配比将经步骤1）处理后的黄河淤泥、污泥、粉煤灰依次置于搅拌机内，进行搅拌3min，混合均匀；
3）造粒成球：
将步骤2）所得混料输送至成球盘，并同时向成球盘左下部均匀喷入外加水，外加水的用量为混料总重的20%，通过调整成球盘的倾斜角度、转速及出料挡板高度控制陶粒粒径大小，生料球达到粒径5mm-20mm后自动溢出成球机，由皮带烘干带进行低温烘干，烘干温度为105-130℃，待含水量≦2%进入下一工序；
4）高温焙烧：
将烘干后的生料球输送至高温回转窑中进行焙烧，经过两个阶段的高温焙烧后的陶粒从回转窑出来后进入冷却机，冷却后进入滚筒筛进行筛分即得成品;
所述的高温焙烧的两个阶段具体为，料球在400℃-1000℃温度区间内滚动45min，然后滚入1000℃-1150℃高温段，在高温段滚动20min。
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