CN108585934A - 一种铝污泥陶粒制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝污泥陶粒制备方法，将铝污泥与辅料玻璃粉、鸡蛋壳和粉煤灰进行干燥、磨粉预处理，混合搅拌均匀，然后加入水作为粘结剂，混合造粒得到生陶粒，然后将其干燥、预热、烧结和冷却；本发明采用铝污泥和玻璃粉代替黏土提供Al2O3和SiO2，显著降低了陶粒制作成本。所制作的陶粒具有比表面积大，表面粗糙、孔隙率高、溶出物少、吸水性能高、溶出率低等优点，可以大规模的处置给水厂铝污泥，实现废物利用，节约了铝污泥处置成本。并大规模用在污水二级处理、深度处理、建筑中水处理、工业废水处理及海绵城市雨水处理中，具有较高的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种铝污泥陶粒制备方法。
背景技术
随着我国人口的不断增加和城市化进程的加快，城镇数量日益增多，对城镇给水系统的建设与自来水的需求与日俱增。随之而来的是给水污泥的产生量也不断增加，目前主要处置方法包括：污泥填埋和污泥利用。污泥作为垃圾进行填埋处理是一种处置的有效途径，但会对环境造成二次污染，导致诸多危害，难以从根本上解决污泥的处置问题。如何结合给水污泥自身特点对其进行合理的处置，实现给水污泥的无害化、减量化和资源化是国内乃至世界范围的研究热点。陶粒按原料的不同主要可分为以下几种：粉煤灰陶粒，页岩陶粒，黏土陶粒，煤矸石陶粒等。其中黏土陶粒的主要原料黏土主要取自农业耕地优质土壤，且用量相当大。而农田土壤需要很长时期才能形成，属非再生资源，大量使用黏土制做陶粒不是一条符合我国国情的原料路线。随着国家对粘土砖及其制品的限制使用，黏土作为陶粒原料的应用也应受到限制。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铝污泥陶粒制备方法，将给水厂脱水铝污泥作为焙烧陶粒的原料，不仅能处置大量给水污泥，实现了资源化利用，还能减少黏土资源的消耗，本工艺操作简单，成本低，制备出的陶粒不仅具有强度高、孔隙率高和比表面积大等特点，同时还具有较强的吸附能力，能够在海绵城市净化雨水、城市污水深度处理和建筑中水处理等领域大量应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，利用铝污泥、鸡蛋壳、粉煤灰、玻璃粉混合造粒得到生陶粒，然后干燥、预热、烧结、冷却，即得。
按质量份计，所述铝污泥、鸡蛋壳、粉煤灰、玻璃粉的比例为50～80％，5～20％，10～20％，5～15％。
所述玻璃粉来自于废玻璃加工厂的废料，是石英玻璃玻璃粉，SiO2含量为99％；所述粉煤灰来热电厂或供暖公司的废料；所述鸡蛋壳取自西安科技大学食堂。
所述铝污泥在使用前进行如下预处理：
a.将铝污泥晾晒自然风干，将风干后铝污泥含水率控制在20％～30％；
b.将风干后铝污泥在烘箱中干燥至恒重；
c.将干燥后的铝污泥用研钵研磨，过80目筛，后于聚乙烯瓶中密封储存；
所述玻璃粉在使用前进行如下预处理：
在烘箱中干燥至恒重，过80目筛保存待用；
所述粉煤灰在使用前进行如下预处理：
在烘箱中干燥至恒重，过80目筛，于聚乙烯瓶中密封储存待用；
所述黏土在使用前进行如下预处理：
在烘箱中干燥至恒重，过80目筛保存待用。
所述干燥是将生陶粒坯料放入烘箱中干燥备用。
所述预热是将干燥后的生陶粒置于瓷坩埚中，然后放入高温烧结炉内，在400～600℃预热10～40min。
所述烧结是在高温烧结炉内，将预热后陶粒进行升温烧结，在1000～1200℃烧结10～40min。
所述冷却是烧结后待炉温冷却至100～200℃，取出置于通风橱内冷却至室温。
所述混合造粒是将铝污泥、黏土、粉煤灰、玻璃粉混合，然后加入水作为粘结剂，制成球粒坯料，再自然风干。
所得铝污泥陶粒中主要矿物包括石英(Quartz，SiO2)、莫来石(Mullite，Al4.59Si1.41O9.7)、钠长石(Albite，Na(AlSi3O8))以及镁橄榄石(Forsterite，
Mg2(SiO4))；所得铝污泥陶粒的表观密度1.388g/cm3，堆积密度0.7636g/cm3，吸水率23.65％，空隙率44.99％，含泥量0.188％，盐酸可溶率0.25％，比表面积0.47m2/g，重金属浸出率合格，试样孔隙均匀，三维连通。
本发明以铝污泥代替黏土作为陶粒制作的主料，根据制陶理论添加一些辅料使其烧制后的成分满足SiO2 40％～79％，Al2O3 10％～25％，溶剂之和为4.5％～31％，并具有一定的助熔成分Fe2O3、CaO、Na2O、K2O、MgO等。具体限制辅料为玻璃粉、粉煤灰和鸡蛋壳，其能够增加Si和Ca的含量，增加陶粒的强度和使用寿命。采用的制备方案是主料与辅料预处理-混合-造粒-干燥-预热-烧结-冷却。
自然风干-干燥-预热均是防止水分快速蒸发导致陶粒开裂，影响陶粒强度。烧结的目的是使铝污泥陶粒具有陶粒表面粗糙、多孔及具备较好的强度性质。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)利用给水厂污泥作为制陶工艺的主要原料，可以解决铝污泥处置难题，节约处置费用，实现资源的有效利用。
2)以铝污泥为主要成分，铝污泥含铝和铁较高，其加入量大，可以节约黏土、发泡剂和成孔剂的投加，确保陶粒的各种性能能够达标甚至改善部分性能。
3)采用投加玻璃粉和粉煤灰分别增加铝污泥中Si和Al的含量，增强铝污泥陶粒的强度。
4)投加鸡蛋壳的目的是增加陶粒的Ca含量，在烧制过程中起到粘结作用，增加陶粒的强度和寿命。
5)本发明制作的陶粒强度高，比表面积大，对磷的吸附能力强，具有常规陶粒和铝污泥的优点，且制作原料来源广泛、成本极低、实现废物资源化利用，符合我国节能减排的政策。
附图说明
图1是本发明工艺流程示意图。
图2是本发明复合铝污泥陶粒截面的SEM图。
图3是本发明复合铝污泥陶粒表面的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种铝污泥陶粒制备方法，包括如下步骤：
以给水厂污泥为主料，先进行预处理，然后与辅料粉煤灰、黏土和玻璃粉分别磨碎过80目筛待用；然后混合加入水搅匀，混合造粒制备生陶粒，再经过干燥、预热、烧培和冷却后完成制备过程。
本发明主料和辅料选材主要考虑废物利用、节约材料成本和运输成本等因素。本发明对原材料的预处理主要考虑原材料的形状、大小及含水率高低会对混合造粒有影响，因此对所有的原材料进行预处理，以免影响造粒的配比和陶粒的性能。本发明采用生料干燥和预热等步骤主要考虑造粒后的陶粒突然高温失水会造成陶粒的开裂和晶型形成。
具体地，主料铝污泥来自于西安市南郊水厂的脱水污泥，辅料为粉煤灰、鸡蛋壳和玻璃粉，分别来源于自西安市西郊热电厂，西安科技大学食堂，西安众鑫玻璃装饰行。
铝污泥的预处理如下：
a.将铝污泥晾晒自然风干，测定自然风干后铝污泥的含水率(约20％～30％)。
b.将自然风干后的铝污泥在DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱中105℃干燥至恒重。
c.将干燥后的铝污泥用QM-3SP4-1行星式球磨机研磨，过80目筛(粒径<0.2mm)，于聚乙烯瓶中密封储存。
玻璃粉中SiO2含量为99％。预处理是将玻璃粉在干燥箱中105℃干燥至恒重，过80目筛保存待用。
粉煤灰预处理是将粉煤灰在干燥箱中105℃干燥至恒重，过80目筛，于聚乙烯瓶中密封储存。
鸡蛋壳预处理是干燥箱中105℃干燥至恒重，粉碎后过80目筛保存待用。
混合造粒过程是将铝污泥、鸡蛋壳、粉煤灰、玻璃粉以60％、16％、16％和8％比例配置于容器内，搅拌均匀，然后加入30～40wt％(上述总重量百分比)的水作为粘结剂，手搓(或造粒机)成球状陶粒圆粒坯料。
陶粒干燥过程分为两部分，首先将陶粒胚料置于阴凉通风处阴干24h，湿度60-80％，温度15-35℃，防止突然高温干燥胚料干裂。其次将风干后的陶粒置于105℃的干燥箱中，干燥2h。
陶粒预热过程是将干燥后的生陶粒放置在瓷坩埚中，放入SK-G06163真空/气氛管式电炉内，在500℃预热20min。防止陶粒突然高温煅烧带来晶型转变剧烈，从而导致陶粒断裂、强度降低等问题。
陶粒烧结过程是于SK-G06163真空/气氛管式电炉内，陶粒预热后迅速进行升温烧结，在1170℃烧结20min。
陶粒冷却处理是烧结后待电炉温度降至200℃时，将陶粒取出(或置于通风橱内)冷却至室温(20℃)。
本发明的原理：给水污泥从普通给水厂沉淀池污泥得到，在本发明中作为成球颗粒基质，同时起吸附作用；黏土主要成骨架作用，提高陶粒的强度，补充助溶剂MgO；玻璃粉主要补充SiO2，起粘结剂作用；粉煤灰含有较多的Fe2O3和CaO，在制陶过程中主要起疏松作用，增大给水污泥颗粒的空隙，提高吸附效果。
上述实施例所得成品陶粒中主要矿物包括石英(Quartz，SiO2)、莫来石(Mullite，Al4.59Si1.41O9.7)、钠长石(Albite，Na(AlSi3O8))以及镁橄榄石(Forsterite，Mg2(SiO4))，陶粒内部与表面SEM图如图2和3，可见陶粒内部结构松散，孔网交错，截面熔融程度小，在支撑骨架上分布着较多微小颗粒，空隙数量多且结构以微孔为主；陶粒表面有许多聚集性微小颗粒，熔融结晶部分较少，表面呈现出粗糙、微孔为主的形态。其表观密度1.388g/cm3，堆积密度0.7636g/cm3，吸水率23.65％，空隙率44.99％，含泥量0.188％，盐酸可溶率0.25％，比表面积0.47m2/g，重金属浸出率合格，试样孔隙均匀，三维连通。
可见该条件下陶粒截面和表面熔融程度小，疏松多空，比表面积大，所以吸水率高，吸附容量大。
在本发更多的实施例中，铝污泥、鸡蛋壳、粉煤灰、玻璃粉的质量比例组合形式可以为50％，20％，20％，10％；80％，5％，10％，5％；70％，10％，15％，15％；50％，15％，20％，15％等多种。
在本发更多的实施例中，预热条件可以在400～600℃/10～40min内根据实际情况调整；烧结条件在1000～1200℃/10～40min内根据实际情况调整；冷却条件在100～200℃内根据实际情况调整。
Claims (10)
1.一种铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，利用铝污泥、鸡蛋壳、粉煤灰、玻璃粉混合造粒得到生陶粒，然后干燥、预热、烧结、冷却，即得。
2.根据权利要求1所述铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，按质量份计，所述铝污泥、鸡蛋壳、粉煤灰、玻璃粉的比例为50～80％，5～20％，10～20％，5～15％。
3.根据权利要求1或2所述铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，所述玻璃粉来自于废玻璃加工厂的废料，是石英玻璃玻璃粉，SiO2含量为99％；所述粉煤灰来热电厂或供暖公司的废料；所述鸡蛋壳取自西安科技大学食堂。
4.根据权利要求1或2所述铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，所述铝污泥在使用前进行如下预处理：
a.将铝污泥晾晒自然风干，将风干后铝污泥含水率控制在20％～30％；
b.将风干后铝污泥在烘箱中干燥至恒重；
c.将干燥后的铝污泥用研钵研磨，过80目筛，后于聚乙烯瓶中密封储存；
所述玻璃粉在使用前进行如下预处理：
在烘箱中干燥至恒重，过80目筛保存待用；
所述粉煤灰在使用前进行如下预处理：
在烘箱中干燥至恒重，过80目筛，于聚乙烯瓶中密封储存待用；
所述黏土在使用前进行如下预处理：
在烘箱中干燥至恒重，过80目筛保存待用。
5.根据权利要求1或2所述铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，所述干燥是将生陶粒坯料放入烘箱中干燥备用。
6.根据权利要求1或2所述铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，所述预热是将干燥后的生陶粒置于瓷坩埚中，然后放入高温烧结炉内，在400～600℃预热10～40min。
7.根据权利要求1或2所述铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，所述烧结是在高温烧结炉内，将预热后陶粒进行升温烧结，在1000～1200℃烧结10～40min。
8.根据权利要求1或2所述铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，所述冷却是烧结后待炉温冷却至100～200℃，取出置于通风橱内冷却至室温。
9.根据权利要求1或2所述铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，所述混合造粒是将铝污泥、黏土、粉煤灰、玻璃粉混合，然后加入水作为粘结剂，制成球粒坯料，再自然风干。
10.根据权利要求1所述铝污泥陶粒制备方法，其特征在于，所得铝污泥陶粒中主要矿物包括石英(Quartz，SiO2)、莫来石(Mullite，Al4.59Si1.41O9.7)、钠长石(Albite，Na(AlSi3O8))以及镁橄榄石(Forsterite，Mg2(SiO4))；所得铝污泥陶粒的表观密度1.388g/cm3，堆积密度0.7636g/cm3，吸水率23.65％，空隙率44.99％，含泥量0.188％，盐酸可溶率0.25％，比表面积0.47m2/g，重金属浸出率合格，试样孔隙均匀，三维连通。
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