CN109251012A - 一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，包括以下步骤：(1)将污泥与铜渣微粉按质量分数65～90:10～35进行混合搅拌、练泥、造粒制成一定大小的生料球，再将所述生料球烘干；(2)将上述烘干的生料球置于高温炉中，以5℃/min～15℃/min的预热速率进行预热升温至350℃～550℃，保温2min～8min；(3)然后以5℃/min～15℃/min的焙烧速率进行焙烧，焙烧至1050℃～1150℃后，保温3min～30min；(4)将上述保温后的烧结球从高温炉中取出，置于自然条件下自然降温至室温，或断电自然降温至室温即可获得污泥陶粒。本发明提高了铜渣固废的利用率，具有较高的经济价值，且采用该方法制备的轻质陶粒具有保温、隔热、隔音和吸声的特点，高质高效。

Description

一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法
【技术领域】
本发明涉及非金属材料的技术领域，尤其涉及一种利用污泥和铜渣制备轻 质陶粒的方法。
【背景技术】
陶粒属于集料范畴，主要有焙烧陶粒和免烧陶粒两种。采用合适的原材料， 经过配料、成型、烘干、焙烧、冷却即可得到具有一定强度和理化性能的焙烧 陶粒。陶粒因密度低，强度高，孔隙率高，软化系数高，物理化学性质稳定， 原材料来源广泛、成品经济实用，而广泛应用于建筑，园林，农业，水处理和 石油开采，化工等行业领域，并发挥重要作用。
污泥是市政与工业污水处理过程中产生的固体物，因发生量大且逐年增多， 其中多包含有病原菌、多种重金属和有毒的难降解物质等有害成分，必须对污 泥进行适当处理与处置，以防二次污染与扩散。
而铜渣是在开发铜矿资源中的残渣，即为炼铜后的副产物，目前对铜渣资 源的利用率较低，有时给生产及周边环境都带来了许多不利的影响。据不完全 估计，我国每生产一吨铜平均产渣2.0～2.3吨，铜渣在我国的存量已超过5000 万吨，在这些铜渣中含有部分铜金属元素，含铁品位40％左右，虽然高于我国铁 矿石的开采品位，但由于铁的存在形式较为复杂，我国铜渣中铁资源的利用率 不超过1％，造成了资源的巨大浪费。在此背景下，充分利用铜渣中有价资源对 提高铜渣的利用率、缓解对环境的污染，增加企业的经济效益等都具有重要现 实意义。
【发明内容】
有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供一种利用污泥和铜渣制备 轻质陶粒的方法，将污泥中的腐质、硅、铝等成分与铜渣中的铁质、硅质成分 有机结合，制备出适用的节能轻质材料，达到固废资源化利用的目的，其解决 了大宗固废高值利用的难题，制备过程绿色环保，对环境友好，而且具有成本 低，经济实用的特点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，包括以下步骤：
(1)将污泥与铜渣微粉按质量分数65～90:10～35进行混合搅拌、练泥、 造粒制成一定大小的生料球，再将所述生料球烘干；
(2)将上述烘干的生料球置于高温炉中，以5℃/min～15℃/min的预热 速率进行预热升温至350℃～550℃，保温2min～8min；
(3)然后以5℃/min～15℃/min的焙烧速率进行焙烧，焙烧至1050℃～ 1150℃后，保温3min～30min；
(4)将上述保温后的烧结球从高温炉中取出，置于自然条件下自然降温至 室温，或断电自然降温至室温即可获得污泥陶粒。
较佳的，所述步骤(1)中的污泥为生活污泥、市政污泥或工业污泥，以及 它们的混合物。
进一步，所述步骤(1)中的铜渣微粉为炼铜尾渣再选除铜后的尾矿粉，所 述炼铜尾渣，可为电炉炼铜尾渣、转炉炼铜尾渣和它们两者的混合物。
进一步，所述步骤(1)中的铜渣微粉的粒度小于或等于80μm～100μm。
进一步，所述步骤(1)中的练泥是将污泥与铜渣微粉按所要求的质量分数 进行混合搅拌后形成混合物料，并控制所述混合物料的水分，将所述混合物料 进行挤压搅拌，以提高所述混合物料的可塑性，所述混合物料的可塑性指数为 7～15。
进一步，所述步骤(1)中的生料球直径为5mm～15mm。
进一步，所述步骤(2)中的预热速率为8℃/min～13℃/min，预热温度为 450℃～500℃，保温时间4～7min。
进一步，所述步骤(3)中的焙烧速率为8℃/min～13℃/min，焙烧温度 1080℃～1120℃，保温时间13min～20min。
进一步，所述步骤(4)中的污泥陶粒的体积密度为200kg/m3～600kg/m3。
本发明的设计工作原理是：由于制备陶粒的原料不同，则制成的陶粒性质 不同，为了降低成本和充分利用固废资源，多用再生陶粒资源制备轻集料陶粒 产品。同时，为使陶粒具有所期望的吸水率、孔体积、孔隙率、体积密度、机 械强度等物理性质，需要加入一定的辅助材料，多为膨胀剂和助熔剂等。生活 污泥或者工业污泥中都含有大量有机质，可视为一种有机质类膨胀剂，虽然利 用有机质的烧失特性可制得轻质陶粒。但因不同地区、甚至同一地区不同批次 污泥的化学成分有很大不同，有的污泥助熔成分含量很高，此时当此类污泥掺 量过高时会出现过度烧熔现象，表面产生大量的釉质，陶粒结构出现塌陷，导致陶粒质量不易控制。而铜渣中既含有较多的铁质化合物、也含有一定量的硅 质化合物，其中铁质化合物，主要有氧化铁、硫化铁和四氧化三铁等，铜渣中 的铁质化合物与污泥中的腐质、有机质类物质发生化学反应，从而可以烧结并 发生膨胀，进而控制陶粒的体积密度和物化性质。
其反应式如下(1)～(3)：
铜渣中的黄铁矿热解也是陶粒膨胀的重要因素，其反应式如下(4)～(5)：
由此说明可以通过添加铜渣，也即铁质化合物，使其在高温下发生氧化还 原反应而产生气体，从而实现和控制陶粒的膨胀，进而控制陶粒的产品性质。
本发明的有益效果是：利用本发明所提供的方法可使污泥陶粒的体积密度 降低30％～150％，其体积密度为200kg/m3～600kg/m3，膨胀倍数明显提高0.5～ 3倍，有效地提高了污泥制备陶粒的可行性，同时可高效地利用铜渣固废，具有 较高的经济价值。且采用该方法制备的轻质陶粒具有保温、隔热、隔音和吸声 的特点，经济环保，高质高效。
【具体实施方式】
下面对本发明实施例中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做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。
现以四个实施例进行说明：
实施例1：
首先将含水率为30％的生活污泥与含铁量为35％、粒度为-0.074mm且占80％ 的铜渣微粉，按照干料的质量分数75:25进行混合搅拌，经练泥机练泥，使其 可塑性系数为9，再经造粒机造型制成直径为6mm～8mm的生料球，再将生料球 烘干；将烘干的生料球置于高温炉中，以10℃/min的预热速率进行预热升温 至450℃，保温5min；然后以10℃/min的焙烧速率进行焙烧，焙烧至1120℃ 后，保温15min；将保温后的烧结球从高温炉中取出，置于自然条件下自然降 温至室温即可。经测试，污泥铜渣陶粒产品的体积密度为430kg/m3。
实施例2：
首先将含水率为43％生活污泥与含铁量为33.6％、粒度为-0.074mm且占85％ 的铜渣微粉，按照干料的质量分数72:28进行混合搅拌，经练泥机练泥，使其 可塑性系数为8.5，再经造粒机造型制成直径为7mm～9mm的生料球，再将生料 球烘干；将烘干的生料球置于高温炉中，以8℃/min的预热速率进行预热升温 至500℃，保温6min；然后以8℃/min的焙烧速率进行焙烧，焙烧至1100℃ 后，保温18min；将保温后的烧结球从高温炉中取出，置于自然条件下自然降 温至室温即可。经测试，污泥铜渣陶粒产品的体积密度为360kg/m3。
实施例3：
首先将含水率为36％生活污泥与含铁量为37.4％、粒度为-0.074mm且占78％ 的铜渣微粉，按照干料的质量分数70:30进行混合搅拌，经练泥机练泥，使其 可塑性系数为8，再经造粒机造型制成直径为5mm～7mm的生料球，再将生料球 烘干；将烘干的生料球置于高温炉中，以12℃/min的预热速率进行预热升温 至480℃，保温7min；然后以12℃/min的焙烧速率进行焙烧，焙烧至1080℃ 后，保温13min；将保温后的烧结球从高温炉中取出，置于自然条件下自然降 温至室温即可。经测试，污泥铜渣陶粒产品的体积密度为510kg/m3。
实施例4：
首先将含水率为38％生活污泥与含铁量为37％、粒度为-0.074mm且占86％ 的铜渣微粉，按照干料的质量分数85:15进行混合搅拌，经练泥机练泥，使其 可塑性系数为10，再经造粒机造型制成直径为9mm～11mm的生料球，再将生料 球烘干；将烘干的生料球置于高温炉中，以13℃/min的预热速率进行预热升 温至470℃，保温4min；然后以13℃/min的焙烧速率进行焙烧，焙烧至1090℃ 后，保温20min；将保温后的烧结球从高温炉中取出，置于自然条件下自然降 温至室温即可。经测试，污泥铜渣陶粒产品的体积密度为350kg/m3。
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 (10)

1.一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将污泥与铜渣微粉按质量分数65～90:10～35进行混合搅拌、练泥、造粒制成一定大小的生料球，再将所述生料球烘干；
(2)将上述烘干的生料球置于高温炉中，以5℃/min～15℃/min的预热速率进行预热升温至350℃～550℃，保温2min～8min；
(3)然后以5℃/min～15℃/min的焙烧速率进行焙烧，焙烧至1050℃～1150℃后，保温3min～30min；
(4)将上述保温后的烧结球从高温炉中取出，置于自然条件下自然降温至室温，或断电自然降温至室温即可获得污泥陶粒。
2.根据权利要求1所述的一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的污泥为生活污泥、市政污泥或工业污泥，以及它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铜渣微粉为炼铜尾渣再选除铜后的尾矿粉。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铜渣微粉的粒度小于或等于80μm～100μm。
5.根据权利要求1所述的一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的练泥为将污泥与铜渣微粉按所要求的质量分数进行混合搅拌后形成混合物料，并控制所述混合物料的水分，将所述混合物料进行挤压搅拌，以提高所述混合物料的可塑性。
6.根据权利要求5所述的一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，所述混合物料的可塑性指数为7～15。
7.根据权利要求1所述的一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的生料球直径为5mm～15mm。
8.根据权利要求1所述的一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的预热速率为8℃/min～13℃/min，预热温度为450℃～500℃，保温时间4～7min。
9.根据权利要求1所述的一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的焙烧速率为8℃/min～13℃/min，焙烧温度1080℃～1120℃，保温时间13min～20min。
10.根据权利要求1所述的一种利用污泥和铜渣制备轻质陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的污泥陶粒的体积密度为200kg/m3～600kg/m3。
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