CN109279902B - 一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，首先向自然风干或具有一定水分的污泥中加入污泥干燥质量0.5％～5％的添加剂和1％～10％的膨胀剂，经过充分混合后形成混合物料；再将混合物料调湿、练泥后挤压成5mm～15mm的生球；再将生球置于100℃～300℃条件下干燥0.5h～5h；再将干燥后的生球升温至1000℃～1200℃下进行焙烧，当焙烧温度升到1000℃～1200℃后，保温5min～60min；最后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，或断电自然降温至室温，即可得到膨胀性能优良和膨胀倍数可控的污泥陶粒。通过本方法得到的污泥陶粒的结构稳定，膨胀均匀；同时，采用该方法处置污泥制备陶粒，经济环保，高效高质量，经济价值高。
Description
【技术领域】
本发明涉及建材与环保的技术领域，尤其涉及一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法。
【背景技术】
目前，随着工业的发展、城市的扩张和环境保护的要求，城市市政建设产生大量的工程泥浆和生活污泥，如：道路修建、工程施工、地铁挖掘、河道疏浚等；工矿企业生产中也产生大量的工业污泥和污染土壤，形成大量的城市固废和工业固废。如何对这些固废进行合理高效的利用，是急待解决的具体问题。
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、石油开采和化工等行业领域，并发挥重要作用。
但是不同地区、甚至同一地区不同批次污泥的化学成分有很大不同，对陶粒的生产和质量控制形成极大的挑战。对陶粒质量和性质影响较大的因素是陶粒的腹胀倍数和体积密度，如何针对不同性质的污泥，有效调控污泥陶粒制品的性质和质量，对污泥的无害化处置或资源化利用具有十分重要的意义。
【发明内容】
有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，通过分析不同污泥的来源和性质，添加一定的添加剂和腹胀剂，调整和改善其化学成分，经过混匀、调湿、练泥后，挤压成型；在一定高温下对污泥生球进行高温膨胀、烧结、固化，其膨胀烧成效果好、调控效率高，膨胀烧结后的产品质量高，且方法绿色环保，对环境友好，成本低，经济实用。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，包括以下步骤：
(1)向自然风干或具有一定水分的污泥中加入污泥干燥质量0.5％～5％的添加剂和1％～10％的膨胀剂，经过充分混合均匀后，得到混匀后的混合物料；所述添加剂为长石，所述长石中含K2O+Na2O为6％～12％，粒度为-100目；
(2)将上述混合物料经调湿、练泥后挤压成5mm～15mm的生球；
(3)将上述生球置于添加有添加剂的造球机中进行包覆处置，再将所述生球置于100℃～300℃条件下干燥0.5h～5h；
(4)再将上述步骤(3)中干燥后的生球，经3～30℃的升温速率至1000℃～1200℃下进行焙烧，当焙烧温度至1000℃～1200℃后，保温5min～60min，形成烧结球；
(5)将上述步骤(4)中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，即可得到膨胀性能优良和膨胀倍数可控的污泥陶粒。
较佳的，所述步骤(1)中的污泥包括城市市政污泥、城市工程泥浆、工矿企业的工业污泥和污染土壤中的一种或其任意种类的混合物。
进一步，所述步骤(1)中的膨胀剂为石灰石、白云石、铁白云石中的一种或多种。
进一步，所述步骤(2)中的调湿为控制所述混合物料的水分为8％～30％。
进一步，所述步骤(2)中的练泥为对调湿后的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(3)中的干燥温度为200℃～260℃，干燥时间为2h～3.5h。
进一步，所述步骤(4)中的升温速率为10～18℃，焙烧温度为1080℃～1150℃，焙烧保温时间12min～18min。
进一步，所述步骤(5)中的膨胀倍数为0.8～8。
本发明的设计工作原理是：因制备陶粒的原料不同，则制成的陶粒性质各异，为了降低成本和利用固废资源，多用再生陶粒资源制备轻集料陶粒产品，如：污泥、城市固废和工业废渣等，以此达到大宗固废资源化的目的。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，多为膨胀剂和助溶剂等来控制制备陶粒过程中的膨胀倍数。
长石是一种含有钠、钾、钙的铝硅酸盐矿物，由于长石化学稳定性好，其在与石英及铝硅酸盐共熔时有助熔作用，故大量应用于玻璃、陶瓷、搪瓷等工业原料，常被用于制造玻璃及陶瓷坯釉的助熔剂，并可降低烧成温度，以此来调控陶粒烧成时的温度和融熔状态，有利于膨胀剂发气时调控膨胀速度和效率。
碳酸盐类膨胀剂具有经济、成孔效果好的特点，广泛用于生产泡沫玻璃和泡沫陶瓷等泡沫材料。利用碳酸盐热分解产生气体的作用，可以将其作为陶粒膨胀剂，同时碳酸盐分解之后产生的CaO、MgO等有良好的助熔作用，有利于陶粒表面液相的产生而膨胀。碳酸盐类膨胀剂致孔反应方程式如下(1)～(3)：
由此说明，通过添加碳酸盐类膨胀剂，在高温下使碳酸盐类发生氧化还原反应而产生气体，从而使生球在一定条件下发生膨胀后而烧结，进而控制陶粒的膨胀倍数和体积密度。
本发明的有益效果是：本发明是一种新的协同处置城市市政和工矿企业的多种固废，达到资源化利用的高效处置方法，将待处置的污泥和一定量的添加剂和膨胀剂混合后，利用添加剂和膨胀剂在一定高温条件下发生化学反应并在高温达到准熔融状态时，经过发气膨胀形成轻质陶粒，然后冷却降温形成污泥陶粒。本方法采用添加剂和膨胀剂调整并控制烧结体的膨胀倍数和体积密度，通过本方法得到的膨胀污泥制备陶粒的熔融固化效果好，具有较高的强度，稳定性强。同时，采用本方法处置污泥制备陶粒，经济环保，高效高质量，经济价值高。
【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：
首先向自然风干的污泥中加入污泥干燥质量为2％、且含K2O+Na2O为8％、粒度为-100目的长石，并加入污泥干燥质量为3％的石灰石，经过充分混合均匀后，得到混匀后的混合物料；将混合物料加水调湿，得到含水量为16％的混合物料，经练泥机练泥后，得到塑性指数为8的混合泥块，经双辊制粒挤压机挤压成直径为7mm～8mm的生球；然后将生球置于添加有长石尾矿的造球机中进行包覆处置；将外层包覆长石尾矿的生球置于200℃条件下干燥3h；再将经干燥处理的生球按10℃的升温速率升至1100℃条件下进行焙烧，焙烧至1100℃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，即可得到污泥陶粒。经测试，污泥陶粒产品的膨胀倍数为3.8，体积密度为450kg/m3。
实施例2：
首先向含有18％水分的污泥中加入污泥干燥质量为3％、且含K2O+Na2O为10％、粒度为-100目的长石，并加入污泥干燥质量为2％的白云石，经过充分混合均匀后，得到混匀后的混合物料；将混合物料加水调湿，得到含水量为20％的混合物料，经练泥机练泥后，得到塑性指数为9的混合泥块，经双辊制粒挤压机挤压成直径为8～9mm生球；然后将生球置于添加有长石尾矿的造球机中进行包覆处置；将外层包覆长石尾矿的生球置于250℃条件下干燥2h；再将经干燥处理的生球按15℃的升温速率升至1150℃条件下进行焙烧，焙烧至1150℃后，保温12min；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，即可得到污泥陶粒。经测试，污泥陶粒产品的膨胀倍数为2.5、体积密度为520kg/m3。
实施例3：
首先向含有20％水分的污泥中加入污泥干燥质量为5％、且含K2O+Na2O为11％、粒度为-100目的长石，并加入污泥干燥质量为4％的铁白云石，经过充分混合均匀后，得到混匀后的混合物料；将混合物料加水调湿，得到含水量为23％的混合物料，经练泥机练泥后，得到塑性指数为10的混合泥块，经双辊制粒挤压机挤压成直径为10～11mm生球；然后将生球置于添加有长石尾矿的造球机中进行包覆处置；将外层包覆长石尾矿的生球置于220℃条件下干燥3.5h；再将经干燥处理的生球按18℃的升温速率升至1080℃条件下进行焙烧，焙烧至1080℃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，即可得到污泥陶粒。经测试，污泥陶粒产品的膨胀倍数为5.3、体积密度为410kg/m3。
实施例4：
首先向自然风干的污泥中加入污泥干燥质量为6％、且含K2O+Na2O为8.5％、粒度为-100目的长石，并加入污泥干燥质量为3.5％的石灰石和白云石的混合物，经过充分混合均匀后，得到混匀后的混合物料；将混合物料加水调湿，得到含水量为21％的混合物料，经练泥机练泥后，得到塑性指数为10的混合泥块，经双辊制粒挤压机挤压成直径为8～9mm生球；然后将生球置于添加有长石尾矿的造球机中进行包覆处置；将外层包覆长石尾矿的污染土壤生球置于260℃条件下干燥2.5h；再将经干燥处理的生球按16℃的升温速率升至1120℃条件下进行焙烧，焙烧至1120℃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，即可得到污泥陶粒。经测试，污泥陶粒产品的膨胀倍数为6.6、体积密度为370kg/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 (8)
1.一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向自然风干或具有一定水分的污泥中加入污泥干燥质量0.5％～5％的添加剂和1％～10％的膨胀剂，经过充分混合均匀后，得到混匀后的混合物料；所述添加剂为长石，所述长石中含K2O+Na2O为6％～12％，粒度为-100目；
(2)将上述混合物料经调湿、练泥后挤压成5mm～15mm的生球；
(3)将上述生球置于添加有添加剂的造球机中进行包覆处置，再置于100℃～300℃条件下干燥0.5h～5h；
(4)再将上述步骤(3)中干燥后的生球，经3℃～30℃的升温速率至1000℃～1200℃下进行焙烧，当焙烧温度至1000℃～1200℃后，保温5min～60min，形成烧结球；
(5)将上述步骤(4)中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，即可得到膨胀性能优良和膨胀倍数可控的污泥陶粒。
2.根据权利要求1所述的一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的膨胀剂为石灰石、白云石、铁白云石中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的调湿为控制所述混合物料的水分为8％～30％。
4.根据权利要求1所述的一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的练泥为对调湿后的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。
5.根据权利要求4所述的一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，其特征在于，所述混合物料的可塑性指数为7～15。
6.根据权利要求1所述的一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的干燥温度为200℃～260℃，干燥时间为2h～3.5h。
7.根据权利要求1所述的一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的升温速率为10℃～18℃，焙烧温度为1080℃～1150℃，焙烧保温时间12min～18min。
8.根据权利要求1所述的一种调控污泥陶粒膨胀倍数的方法，其特征在于，所述步骤(5)中的膨胀倍数为0.8～8。
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