CN108191232B - 一种低温烧结污泥陶瓷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低温烧结污泥陶瓷的方法，将烘干后的自来水厂废水污泥与陶瓷配料研磨并混合均匀，得到混合料，其中陶瓷配料为长石、氧化钙、氧化铝和碳粉；将得到的混合料在1200‑1270℃下保温2‑3h，然后盐浴淬火，得到玻璃料；将玻璃料进行埋烧，得到玻璃陶瓷。本发明向废水污泥中加入C，将废物变成更加稳定和毒性小的材料，工艺简单、原料成本低，获得玻璃陶瓷强度较高等特点，适用于工业规模。

Description

一种低温烧结污泥陶瓷的方法
技术领域
本发明涉及自来水污泥处理领域，具体涉及一种低温烧结污泥陶瓷的方法。
背景技术
近年来，由于人口的密集增长、工业化和城市化进程的加快，产生了大量的废物和副产品，如污泥、煤灰和泥浆等，废水污泥的处理成为一个不断增长的经济和环境的负担。对于生活污泥的处理与处置，国内外情况大致都是进行填埋、农用和焚烧。各个国家或许根据其本地区的地理环境差异、经济水平差异、技术和交通运输等因素的不同所面临的污泥治理的问题也存在一定的差异，所以具体的处理细节会有不同的选择。目前来说这种传统的治理处置方式将会存在很长的一段时间，在我们生活中发挥着不同寻常的作用，但是随着环境管理管控的标准不断加强，这种处理方式的弊端就会逐渐地显露出来。近年来，污泥的处理处置和相应的污染防治原则都是十分明确的，其中最为符合当代发展要求的就是污泥的资源化利用。目前来说，污泥的资源化技术发展比较缓慢而且较为单一不够多元化。
污水污泥含有大量的Fe2O3、P2O5、SiO2和ZnO，它们是玻璃网状结构的建设者和中间体。因此，可把它作为一种原料生产玻璃陶瓷。利用污泥制陶瓷，是近年来污泥处理的一种新技术，国内对此已经有了一定的研究。如以苏州河底泥替代普通粘土烧制陶粒的研究，已经取得初步成功并日益成熟，目前可利用不同的污泥制成不同陶粒。然而用污泥制瓷或微晶玻璃的研究在国内少见报道。2010年华南理工大学利用65wt%抛光砖污泥，添加适量的氧化钙、石英、纯碱、碳酸钡及氧化锌等采用颗粒烧结法可制备出表面光滑细腻平整，有漂亮析晶花纹，结构致密的装饰用微晶玻璃。日本Tsukishima Kikai有限公司 Hisashi Endo等在1991年到1995年间对用污泥制陶瓷进行了基础理论研究和半工业性试验设备的研究，开发了将污泥转换为熔渣（微晶玻璃）的熔化工艺技术并将其工业化。Syaharudin Zaibon等人混合废水污泥和钠钙硅玻璃制微晶玻璃成功，成品中具有玻璃相。
在专利ZL201210396941.2一种使用自来水厂废水污泥制备玻璃陶瓷的方法中通过向自来水厂废水污泥中添加一定比例的长石、少量MgO和Al2O3，可制得玻璃陶瓷，但其烧结温度需要保持在1400-1500℃。
发明内容
本发明提出了一种低温烧结污泥陶瓷的方法，解决了现有烧制温度高、工艺复杂的问题，本发明通过在陶瓷料中加入C，同时提高污泥含量在60%以上，获得了可在1200℃玻璃化，在800℃左右陶瓷化的低温烧结技术。
实现本发明的技术方案是：一种低温烧结污泥陶瓷的方法，步骤如下：
（1）将烘干后的自来水厂废水污泥与陶瓷配料研磨并混合均匀，得到混合料，其中陶瓷配料为长石、氧化钙、氧化铝和碳粉；
（2）将步骤（1）中得到的混合料在1200-1270℃下保温2-3h，然后盐浴淬火，得到玻璃料；
（3）将步骤（2）中得到的玻璃料进行埋烧，得到玻璃陶瓷。
所述步骤（1）中自来水厂废水污泥在100-120℃下烘干24-36h。
所述步骤（1）中烘干后的自来水厂废水污泥占烘干后的自来水厂废水污泥和陶瓷配料总重量的50-80%，其余为陶瓷配料；陶瓷配料中长石、氧化钙、氧化铝和碳粉的重量百分比分别为：长石10-15%、氧化钙20-30%、氧化铝50-60%、碳粉5-8%。
所述步骤（1）中研磨20-24h，研磨后过100目筛子得到混合料。
所述步骤（3）中以SiO2和Al2O3按照1:1的质量比混合作为埋料，将玻璃料置于埋料中埋烧，埋烧的温度为800℃，埋烧时间为2-4h，得到玻璃陶瓷。
本发明长石的主要组分为二氧化硅，氧化铝为玻璃网络主要构成物和CaO，Na2O，K2O作为玻璃烧结温度的调节剂。废水污泥也包含了SiO2，Al2O3和P2O5作为玻璃网络的主要构成物，同时含有的Fe2O3作为一个玻璃网络的中间体。
本发明的有益效果是：本发明向废水污泥中加入C，将废物变成更加稳定和毒性小的材料，工艺简单、原料成本低，获得玻璃陶瓷强度较高等特点，适用于工业规模。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
使用自来水厂废水污泥制备玻璃陶瓷的具体方法如下：
（1）、污泥在恒温箱中于100-120℃加热24-36小时；长石等瓷料组分（及碳）和污泥按比例40%（其中碳为5%）和60%混合，并分别磨细并过100目的筛子；然后球磨20-24小时。
（2）、以上混合料成型后，在烧结炉中随炉升温加热到1200-1270℃保温2-3小时，然后将物料直接进行盐浴淬火，获得玻璃料。
（3）、以上玻璃物料随炉升温并在800℃于SiO2和Al2O3的混合料（按照1:1的比例混合）中进行埋烧，烧结2-4小时。获得玻璃陶瓷。
备注：其中瓷料的组分比例为
表1陶瓷配料的组成成分（%）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例2
使用自来水厂废水污泥制备玻璃陶瓷的具体方法如下：
（1）自来水厂废水污泥在恒温箱中于100-120℃加热24-36小时；陶瓷配料和烘干后的自来水厂废水污泥按比例20-50 %和50-80%混合，并分别磨细并过100目的筛子；然后球磨20-24 h。
（2）以上混合料成型后，在烧结炉中随炉升温加热到1200-1270 ℃保温2-3小时，然后将物料直接进行盐浴淬火，获得玻璃料。
（3）以上玻璃物料随炉升温并在700-900 ℃于SiO2和Al2O3的混合料（按照1:1的比例混合）中进行埋烧，烧结2-4小时，获得玻璃陶瓷。
备注：其中陶瓷配料的组分比例为
表1陶瓷配料的组成成分（%）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
实施例3
使用自来水厂废水污泥制备玻璃陶瓷的具体方法如下：
自来水厂废水污泥按重量比60%的比例分别和40%的长石和氧化钙、氧化铝粉、碳粉混合物配料。废水污泥预先在恒温箱中于120℃加热36小时，烘干。以上混合料研磨均匀，并过100目筛。然后球磨24小时，模压成型。
上述成型料放入氧化铝坩埚中在电阻炉中随炉升温于1250℃熔化并保温3小时，然后盐浴淬火。
将上述玻璃料再移入电阻炉中随炉升温于800℃埋烧（SiO2和Al2O3按照1:1的比例混合作为埋料）并保温2小时析晶，获得玻璃陶瓷。
实施例4
使用自来水厂废水污泥制备玻璃陶瓷的具体方法如下：
自来水厂废水污泥按重量比60%的比例分别和40%的长石和氧化钙、氧化铝粉、碳粉混合物配料。废水污泥预先在恒温箱中于120℃加热36小时，烘干。以上混合料研磨均匀，并过100目筛。然后球磨24小时，模压成型。
上述成型料放入氧化铝坩埚中在电阻炉中随炉升温于1270℃熔化并保温3小时，然后盐浴淬火。
将上述玻璃料再移入电阻炉中随炉升温于800℃埋烧（SiO2和Al2O3按照1:1的比例混合作为埋料）并保温3小时析晶，获得玻璃陶瓷。
实施例5
使用自来水厂废水污泥制备玻璃陶瓷的具体方法如下：
（1）自来水厂废水污泥在恒温箱中于100℃加热36小时；陶瓷配料和烘干后的自来水厂废水污泥按比例20 %和80%混合，并分别磨细并过100目的筛子；然后球磨20 h。
（2）以上混合料成型后，在烧结炉中随炉升温加热到1200 ℃保温3小时，然后将物料直接进行盐浴淬火，获得玻璃料。
（3）以上玻璃物料随炉升温并在800 ℃于SiO2和Al2O3的混合料（按照1:1的比例混合）中进行埋烧，烧结4小时，获得玻璃陶瓷。
备注：其中陶瓷配料的组分比例为
表1陶瓷配料的组成成分（%）
Figure 724514DEST_PATH_IMAGE006
实施例6
使用自来水厂废水污泥制备玻璃陶瓷的具体方法如下：
（1）自来水厂废水污泥在恒温箱中于110℃加热30小时；陶瓷配料和烘干后的自来水厂废水污泥按比例30 %和70%混合，并分别磨细并过100目的筛子；然后球磨22 h。
（2）以上混合料成型后，在烧结炉中随炉升温加热到1240 ℃保温2.5小时，然后将物料直接进行盐浴淬火，获得玻璃料。
（3）以上玻璃物料随炉升温并在800 ℃于SiO2和Al2O3的混合料（按照1:1的比例混合）中进行埋烧，烧结3小时，获得玻璃陶瓷。
备注：其中陶瓷配料的组分比例为
表1陶瓷配料的组成成分（%）
Figure 110496DEST_PATH_IMAGE008
实施例7
使用自来水厂废水污泥制备玻璃陶瓷的具体方法如下：
（1）自来水厂废水污泥在恒温箱中于-120℃加热24小时；陶瓷配料和烘干后的自来水厂废水污泥按比例50 %和50%混合，并分别磨细并过100目的筛子；然后球磨20 h。
（2）以上混合料成型后，在烧结炉中随炉升温加热到1270 ℃保温2小时，然后将物料直接进行盐浴淬火，获得玻璃料。
（3）以上玻璃物料随炉升温并在800 ℃于SiO2和Al2O3的混合料（按照1:1的比例混合）中进行埋烧，烧结2小时，获得玻璃陶瓷。
备注：其中陶瓷配料的组分比例为
表1陶瓷配料的组成成分（%）
Figure 483709DEST_PATH_IMAGE010
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低温烧结污泥陶瓷的方法，其特征在于步骤如下：
（1）将烘干后的自来水厂废水污泥与陶瓷配料研磨并混合均匀，得到混合料，其中陶瓷配料为长石、氧化钙、氧化铝和碳粉；
烘干后的自来水厂废水污泥占烘干后的自来水厂废水污泥和陶瓷配料总重量的50-80%，其余为陶瓷配料；陶瓷配料中长石、氧化钙、氧化铝和碳粉的重量百分比分别为：长石10-15%、氧化钙20-30%、氧化铝50-60%、碳粉5-8%；
（2）将步骤（1）中得到的混合料在1200-1270℃下保温2-3h，然后盐浴淬火，得到玻璃料；
（3）以SiO2和Al2O3按照1:1的质量比混合作为埋料，将玻璃料置于埋料中埋烧，埋烧的温度为800℃，埋烧时间为2-4h，得到玻璃陶瓷。
2.根据权利要求1所述的低温烧结污泥陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤（1）中自来水厂废水污泥在100-120℃下烘干24-36h。
3.根据权利要求1所述的低温烧结污泥陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤（1）中研磨20-24h，研磨后过100目筛子得到混合料。
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