CN110002844B - 一种城市污泥保温烧结砖及其制备方法 - Google Patents

一种城市污泥保温烧结砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市污泥保温烧结砖及其制备方法，所述多孔保温砖由以下原料组成：城市污泥(含水率80％)、建筑渣土、粉煤灰、硅灰、硼砂、碳酸钠、煤矸石、聚羧酸减水剂。使用城市污泥作为主要原料，掺加渣土、煤矸石、硅灰和粉煤灰，在压力机下，利用特殊核壳结构包覆处理后成型，在1050℃烧成，由于污泥中存在大量有机质，可以作为成孔材料，烧结得到的保温砖内部存在大量微孔，导热系数达到0.19456W/(m·K)，强度等级达到MU5.0以上。本发明提出了利用城市污泥烧结制备保温砖这一途径，制得的保温砖在满足保温要求的效果同时，使其保持一定强度，且降低了砖体的体积密度，来实现对城市污泥资源化利用。在无害化处理城市污泥的同时，又实现了一定的经济效益。

Description

一种城市污泥保温烧结砖及其制备方法
技术领域
本发明属于保温材料制备技术领域，具体涉及一种城市污泥保温烧结砖及其制备方法。
背景技术
城市污泥主要包括污水处理厂处置的污泥，城市下水道管网污泥，工厂污水管道中的沉积污泥等，一般含水率在80％以上，含有大量有机物，以及病原体、病毒、重金属和寄生虫卵等有害物质。当前我国城市污泥产量与日俱增，污泥随意放置，污染环境。
建筑节能作为当前我国可持续发展的要求之一，普通烧结保温多孔砖，导热系数较高，体积密度大，使用大量耕地粘土，不符合环保要求。实心轻质无机多孔保温材料，吸水率大，保温性能易受湿度影响而大幅减低。有机多孔保温材料易燃，易老化，耐久性差。普通污泥烧结砖，污泥掺入量少，且需要大量粘土，对城市污泥处理效率不高，导热系数较高，保温性能不理想。多孔结构和高强度低吸水率平衡点难以调控，多孔疏松结构吸水率高，强度低，抗风化性能差，导致普通多孔保温砖的孔隙率无法进一步提高。
干化污泥与页岩烧结保温砖(专利号CN103242030A)，它的污泥经过板框压滤机压滤后使污泥含水率降低，污泥利用率较低，而且烧结温度较高，不利于节能，存在进一步优化的必要。一种高掺量污水处理淤泥烧结砖及其制备工艺(专利号CN101215147)，它利用污泥制备烧结砖，虽然一定程度上消耗了污泥，但利用率不高，而且吸水率和保温效果不能保证。城市污泥砖及城市污泥砖的制备方法(专利号CN101219887A)，它的污泥是利用了城市污泥，但掺量较少，对其他固废利用率不高，存在进一步优化的必要。复合式煤矸石烧结保温砖(专利号CN 204126112 U)，它是在空心砖体内置EPS保温条板，工艺繁琐，成本较高。一种抛釉砖及其制备方法(CN108675756A),它利用的釉料可以降低砖体的吸水率，但釉料和二次烧结大幅提高了烧结砖的成本，不能达到经济效益。
通过配方设计，将碳酸钠、硼砂和硅灰利用在核壳结构上，充分利用碳酸钠的发泡和助熔等机理，与污泥、粉煤灰、硅灰等制作疏松多孔的内核；利用硼砂自身活性和低熔点等机理，与坯体材料制作表面致密的外壳；利用硼砂和碳酸钠的复合作用，提升核壳连接部分的紧密程度。解决了普通包覆结构由于核壳材料的不同，出现易开裂、易掉渣的现象，利用一次烧结技术方法，成功的将包覆结构应用于烧结保温砖中，并在提升孔隙率的同时，提升了封闭孔的比例，提高强度，降低吸水率，避免了多孔疏松烧结体部分与外界直接接触，因受潮吸水使导热系数急剧增加的问题。
发明内容
技术问题：本发明内容针对现有固废烧结砖技术，提出以城市污泥作为主要原料，污泥大掺量制作低导热系数的一种城市污泥保温烧结砖。同时提供一种城市污泥保温烧结砖的制备方法。
技术方案：本发明是一种城市污泥保温烧结砖，该保温烧结砖由干燥的污泥、干燥的渣土、粉煤灰、硅灰、煤矸石、硼砂、碳酸钠经过预拌干混后，加入聚羧酸减水剂、水搅拌混合均匀，核壳结构包覆压制成型，烧结制得保温烧结砖；
所述保温烧结砖是由以下重量份的原料组成：
干燥的污泥40-50份，
干燥的渣土20-30份，
粉煤灰5-10份，
硅灰5-10份，
煤矸石5-10份，
硼砂1-3份，
碳酸钠2-4份。
其中：
所述的干燥污泥，按质量百分比计，0.18-0.3mm筛的粉体75-85％， 0.85-1.18mm筛粉体15-25％。
所述的所述干燥的渣土，粒径在1mm以下。
所述的粉煤灰，粒径在0.08mm以下。
所述的硅灰平均粒径在0.1-0.3μm。
所述的煤矸石，粒径在0.3mm以下。
所述的硼砂主要成分十水四硼酸钠。
所述的碳酸钠主要成分无水碳酸钠。
所述的聚羧酸减水剂掺入重量份为0.6-1份。
本发明的城市污泥保温烧结砖的制备方法步骤如下：
步骤1.将污泥和渣土放置在100-120℃下，干燥6-8小时，粉碎制得粒径2mm 以下的粉体；
步骤2.配料、混合，根据比例筛选，称取干燥污泥、渣土、粉煤灰、硅灰、煤矸石和碳酸钠，在搅拌器中搅拌，将干料混合均匀，添加水和聚羧酸减水剂，搅拌均匀，使泥料具有一定的塑性，制得内核材料；所述的水掺入重量份为18-24 份；
步骤3.配料、混合，根据比例筛选，称取渣土、干燥污泥、粉煤灰、硅灰和硼砂，在搅拌器中搅拌，将干料混合均匀，添加水和聚羧酸减水剂，搅拌均匀，使泥料具有一定的塑性，制得外壳材料；
步骤3.陈化：将搅拌均匀的料放在密闭的容器内，放置48-72小时；
步骤4.成型：采用核壳包覆结构，在成型模具底部成型铺一层外壳材料，中部利用框架隔板，将内核原料和外壳原料分开填充，填充后取出框架隔板，在顶部铺一层外壳原料，压制成型，成型压力为10-18Mpa，保压时间30-45s，得到样品砖坯体；
步骤5.干燥：干燥温度为100-120℃，干燥时间2-4小时；
步骤6.烧结：在1050-1100℃温度下烧结，保温2-4小时，得到所述的城市污泥保温烧结砖。
有益效果：本发明以城市污泥作为原材料，不但处理了大量固体污染废弃物，保护了环境，而且节约了土地资源，降低生产成本和环境代价，降低了多孔保温砖吸水率和导热系数，提升了保温性能和强度。
本发明采用城市污泥作为烧结保温砖的主要原材料，在1050℃烧结，保温2 小时，强度即可达到烧结保温砖MU5.0等级。
本发明采用硅灰和粉煤灰复掺，可有效降低城市污泥烧结保温砖导热系数，导热系数0.19W/(m·K)，收缩率≤8％。
本发明采用核壳包覆结构，可有效降低保温砖吸水率，吸水率≤22％。
具体实施方式
下面结合实例，对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
干燥污泥的制备：将污泥放置于干燥箱中，在105℃下干燥6小时，取出后粉碎打磨，在球磨机中球磨10-15min，然后分别过0.3mm筛和1mm筛，按质量百分比计，称取干燥的污泥，0.3mm以下粉体占85％，0.3-1mm粉体占15％。
烧结保温砖内核材料制备：取粒径0.3mm以下渣土0.25份，干燥污泥0.45 份，粉煤灰0.1份，硅灰0.1份，煤矸石0.1份，聚羧酸减水剂0.008份，将粉体材料搅拌均匀后加入水搅拌4-5min；
烧结保温砖外壳材料制备：取粒径0.3mm以下渣土0.35份，干燥污泥0.45 份，粉煤灰0.1份，硅灰0.1份，硼砂0.04份，聚羧酸减水剂0.008份，将粉体材料搅拌均匀后加入水搅拌4-5min；
模压成型：在成型模具底部铺5-10mm厚外壳材料，中部利用框架隔板，将内核原料和外壳原料分开填充，填充后至内核材料与外壳材料高度一致，取出框架隔板，在顶部铺5-10mm厚外壳原料，在14Mpa压力下保压30s压制成型，得到180mm×240mm×53mm的样品砖坯体；
干燥：成型后的坯体，自然干燥24h后，放入干燥箱中105℃干燥2h；
烧结：将干燥后的坯体，放入马弗炉中，从105℃升温至1050℃，升温曲线 1℃/min，在1050℃温度下烧结，保温2小时，即得到本发明所述的城市污泥保温烧结砖。
实施例2
同实施例1制备的干燥污泥；烧结保温砖内核材料制备：取粒径0.3mm以下渣土0.25份，干燥污泥0.45份，粉煤灰0.1份，硅灰0.1份，煤矸石0.1份，硼砂0.04份，聚羧酸减水剂0.008份，将粉体材料搅拌均匀后加入水搅拌4-5min；烧结保温砖外壳材料制备，模压成型，干燥和烧结与实施例1相同制得本发明所述的城市污泥保温烧结砖。
实施例3
同实施例1制备的干燥污泥；烧结保温砖内核材料制备：取粒径0.3mm以下渣土0.25份，干燥污泥0.45份，粉煤灰0.1份，硅灰0.1份，煤矸石0.1份，碳酸钠0.02份，聚羧酸减水剂0.008份，将粉体材料搅拌均匀后加入水搅拌4-5min；烧结保温砖外壳材料制备，模压成型，干燥和烧结与实施例1相同制得本发明所述的城市污泥保温烧结砖。
制得城市污泥保温烧结砖各项性能参数如表1所示：
表1城市污泥保温烧结砖各项性能参数
Figure BDA0002025136820000051
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种城市污泥保温烧结砖，其特征在于，所述保温烧结砖是由以下重量份的原料组成：
干燥的污泥40-50份，
干燥的渣土20-30份，
粉煤灰5-10份，
硅灰5-10份，
煤矸石5-10份，
硼砂1-3份，
碳酸钠2-4份；
所述的干燥污泥，按质量百分比计， 0.18-0.3mm筛的粉体75-85%， 0.85-1.18mm筛粉体15-25%；
所述的所述干燥的渣土，粒径在1mm以下；
所述城市污泥保温烧结砖按如下步骤制备：
步骤1.将污泥和渣土放置在100-120℃下，干燥6-8小时，粉碎制得粒径2mm以下的粉体；
步骤2.配料、混合，根据比例筛选，称取干燥污泥、干燥的渣土、粉煤灰、硅灰、煤矸石和碳酸钠，在搅拌器中搅拌，将干料混合均匀，添加水和聚羧酸减水剂，搅拌均匀，使泥料具有一定的塑性，制得内核材料；所述的水掺入重量份为18-24份；
步骤3.配料、混合，根据比例筛选，称取干燥的渣土、干燥污泥、粉煤灰、硅灰和硼砂，在搅拌器中搅拌，将干料混合均匀，添加水和聚羧酸减水剂，搅拌均匀，使泥料具有一定的塑性，制得外壳材料；
步骤4.陈化：将搅拌均匀的料放在密闭的容器内，放置48-72小时；
步骤5.成型：采用核壳包覆结构，在成型模具底部成型铺一层外壳材料，中部利用框架隔板，将内核原料和外壳原料分开填充，填充后取出框架隔板，在顶部铺一层外壳原料，压制成型，成型压力为10-18Mpa，保压时间30-45s，得到样品砖坯体；
步骤6.干燥：干燥温度为100-120℃，干燥时间2-4小时；
步骤7.烧结：在1050-1100℃温度下烧结，保温2-4小时，得到所述的城市污泥保温烧结砖。
2.如权利要求1所述的一种城市污泥保温烧结砖，其特征在于：所述的粉煤灰，粒径在0.08mm以下。
3.如权利要求1所述的一种城市污泥保温烧结砖，其特征在于：所述的硅灰平均粒径在0.1-0.3μm。
4.如权利要求1所述的一种城市污泥保温烧结砖，其特征在于：所述的煤矸石，粒径在0.3mm以下。
5.如权利要求1所述的一种城市污泥保温烧结砖，其特征在于：所述的硼砂主要成分十水四硼酸钠。
6.如权利要求1所述的一种城市污泥保温烧结砖，其特征在于：所述的碳酸钠主要成分无水碳酸钠。
7.如权利要求1所述的一种城市污泥保温烧结砖，其特征在于：所述的聚羧酸减水剂掺入重量份为0.6-1份。
8.一种如权利要求1-7任一权利要求所述的城市污泥保温烧结砖的制备方法，其特征在于，所述城市污泥保温烧结砖制备步骤如下：
步骤1.将污泥和渣土放置在100-120℃下，干燥6-8小时，粉碎制得粒径2mm以下的粉体；
步骤2.配料、混合，根据比例筛选，称取干燥污泥、干燥的渣土、粉煤灰、硅灰、煤矸石和碳酸钠，在搅拌器中搅拌，将干料混合均匀，添加水和聚羧酸减水剂，搅拌均匀，使泥料具有一定的塑性，制得内核材料；所述的水掺入重量份为18-24份；
步骤3.配料、混合，根据比例筛选，称取干燥的渣土、干燥污泥、粉煤灰、硅灰和硼砂，在搅拌器中搅拌，将干料混合均匀，添加水和聚羧酸减水剂，搅拌均匀，使泥料具有一定的塑性，制得外壳材料；
步骤4.陈化：将搅拌均匀的料放在密闭的容器内，放置48-72小时；
步骤5.成型：采用核壳包覆结构，在成型模具底部成型铺一层外壳材料，中部利用框架隔板，将内核原料和外壳原料分开填充，填充后取出框架隔板，在顶部铺一层外壳原料，压制成型，成型压力为10-18Mpa，保压时间30-45s，得到样品砖坯体；
步骤6.干燥：干燥温度为100-120℃，干燥时间2-4小时；
步骤7.烧结：在1050-1100℃温度下烧结，保温2-4小时，得到所述的城市污泥保温烧结砖。
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