CN110436886A - 一种废物循环利用制备陶粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废物循环利用制备陶粒的方法，属固体废物处理处置及资源化技术领域。该方法对含水率75～85％的脱水污泥破碎，将废弃玻璃破碎球磨至200目，然后按照一定的比例混合加入；并添加1%~5%的发泡剂；经搅拌后挤压造粒，经传送机传送至陶粒回转窑烧制。本发明烧制的优质玻璃陶粒，有致密的铀面、轻质高强，满足国标GB/T17431.2‑2010，其力学性能及有害物质含量检验结果均符合国家标准的要求，所得的玻璃陶粒在房屋、路面、桥梁等工程中都可使用。本发明既变废为宝，又保护环境，不仅符合生态建材工业可持续发展的方向，而且是城市污水处理厂污泥资源化利用的有效途径。

Description

一种废物循环利用制备陶粒的方法
技术领域
本发明涉及固体废物处理处置及资源化技术领域，具体涉及利用城市污水厂污泥和废玻璃制备陶粒的方法。
背景技术
陶粒，顾名思义，就是陶质的颗粒。陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体，但也有一些仿碎石陶粒不是圆形或椭圆形球体，而呈不规则碎石状。
陶粒形状因工艺不同而各异。它的表面是一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高的强度。
因为生产陶粒的原料很多，陶粒的品种也很多，因而颜色也就很多。焙烧陶粒的颜色大多为暗红色、赭红色，也有一些特殊品种为灰黄色、灰黑色、灰白色、青灰色等。免烧陶粒因所用固体废弃物不同，颜色各异，一般为灰黑色，表面没有光泽度，不如焙烧陶粒光滑。
陶粒的粒径一般为5～20㎜最大的粒径为25㎜。陶粒一般用来取代混凝土中的碎石和卵石。
轻质性是陶粒许多优良性能中最重要的一点，也是它能够取代重质砂石的主要原因。陶粒的内部结构特征呈细密蜂窝状微孔。这些微孔都是封闭型的，而不是连通型的。它是由于气体被包裹进壳内而形成的，这是陶粒质轻的主要原因。
陶粒的细小颗粒部分称为陶砂。在陶粒中有许多小于5㎜的细颗粒，在生产中用筛分机将这部分细小颗粒筛分出来，习惯上称之为陶砂。陶砂的密度略高，化学和热稳定性好。陶砂主要用于代替天然河砂或山砂配制轻集料混凝土、轻质砂浆，也可作耐酸、耐热混凝土细集料。主要品种有黏土陶砂页岩陶砂和粉煤灰陶砂等。使用陶砂的目的也是为降低建筑物自重。陶砂也可用于无土栽培和工业过滤。
目前，城市污泥的处理是当前全世界面临的一个严重和迫切的问题，污泥对环境的危害主要包括使水源水质恶化、污染土壤和农作物等，其中重金属是造成污染的一大原因，传统的技术方法是对污泥进行填埋和焚烧，这都会对环境造成二次污染。目前，污泥处理处置技术主要有填埋、焚烧、制建材和堆肥等。陶粒是一种质轻且有一定强度的集料，主要是采用高温烧而成。目前污泥陶粒的研究主要集中在污泥作为陶粒烧制中的有机物添加剂，其使用量少，只有10%左右，不能达到大规模处理处置污泥的目的。如果掺加比高于10%，由于水和有机物的释放，产品表现为多孔、松散的结构，达不到建材标准的要求。提高污泥掺加比是目前需要解决的主要问题。
玻璃陶粒是以各种玻璃制品破碎或污染后失去使用价值的废玻璃为原料，经磨细配料成球以及烧成而得到的人造轻骨料。玻璃中Na2O与K2O含量高，熔融温度低，掺入的发泡剂在烧成过程中热分解产生气体，使其形成多孔结构，从而得到轻质、低密度的产品。我国迅猛发展的高层框架结构建筑，不仅要求墙体材料高强轻质，同时对承重的框架结构也提出了轻质高强的要求，而废玻璃陶粒作为一种轻质高强的骨料，正符合现代建筑业的需要，它代替石子作为混凝土中的骨料，减轻了建筑物结构重量的30%，改善了其它方面的经济技术指标，而且对于提高建筑物的抗震性具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种废物循环利用制备陶粒的方法，在保证陶粒轻骨建材性能的前提下，以污泥和废弃玻璃为原料，实现城市污水厂污泥和废弃玻璃的共同处理利用，这种方法成本低，处理效果稳定，产品在使用过程中不会对环境造成二次污染。
本发明的目的可以通过以下方案实现：
一种废物循环利用制备陶粒的方法，其包括如下步骤：
（1）将废弃的玻璃破碎、球磨后过200目筛，得到经破碎球磨后的废玻璃粉；
（2）将经破碎球磨后的废玻璃粉和城市生活污水厂污泥混合，得到混合物料，加入混合物料质量1%~5%的发泡剂，搅拌均匀后形成配合料；
（3）将配合料投入制粒机造粒，挤压制备，0.5~1cm粒径的料球，放入回转窑中，按照以下工艺过程烧结：
预热阶段：以3~6℃/min的升温速率自室温升到340~360℃，并在340~360℃下停留15~25分钟；
升温阶段：以5~10℃/min升温到1050～1100℃，并在1050～1100℃条件下焙烧25~35分钟；
保温退火阶段：随炉温自然冷却至室温，得玻璃陶粒。
进一步的，步骤（1）中所述的废玻璃为普通的平板碎玻璃和容器玻璃，包括白玻璃和棕色玻璃。
进一步的，所述的经破碎球磨后的废玻璃粉加入量占所述混合物料质量分数的5%~90%；所述的城市生活污水厂污泥加入量占混合物料质量分数的10%~95%。
进一步的，步骤（2）所述的发泡剂为石灰石，步骤（3）所述挤压制备是指挤压制备成0.8~1.2cm粒径的料球。
进一步的，所述烧结过程为：
预热阶段：以3~6℃/min的升温速率自室温升到350℃，并在350℃下停留20分钟；
升温阶段：以5~10℃/min升温到1050～1100℃，并在1050～1100℃条件下焙烧30分钟；
保温退火阶段：随炉温自然冷却至室温，得玻璃陶粒。
本发明玻璃陶粒产品呈灰白偏浅绿色，内部有封闭的微孔结构，表面有一层致密的釉质，轻质高强。完全满足满足国标GB/T17431.2-2010轻骨料陶粒要求。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明提供了一种废物循环利用制备陶粒的方法，实现了城市生活污泥和废弃玻璃共同资源化处置的目标。特别是通过进一步研究得出的制备工艺参数，这些参数并非常规技术，它们一起为本发明的实现起到了关键的作用，使得本发明制备得到的玻璃陶粒内部充满无数微小气孔，易加工，不变形，性能稳定，可广泛用于石油化工、轻工、冷藏、建筑、桥梁、地下工程等领域，应用前景广阔。产品玻璃陶粒其浸出毒性远远低于国家标准，大大提高了城市污泥的环境稳定性和安全性，并且该方法处工艺简单，附加值高，同时能有效处理废弃玻璃，产品在使用过程中不会对环境造成二次污染，是一种有效的废弃资源化利用的方法。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。但本发明要求保护的范围并不局限性于实施例表示的范围。
以广东省市某污水处理厂机械脱水污泥为例。该污水处理厂主要针对城市生活污水，采用传统的A2O工艺，初沉池和二沉池的混合污泥经重力浓缩和机械脱水后得到脱水污泥。污泥含水率为81.5%，
由其基本特性可知，由于污泥未经消化处理，污泥有机物含量较高，污泥干基热值达到劣质煤的热值，适合进行热处置。同时，由于污水处理厂主要为生活污水，因此重金属含量较低，除总Zn含量稍高外，其余含量都很低。
实施例1：
A、将质量组分数为90的废玻璃（平板碎玻璃和容器玻璃）粉，破碎、研磨，过200目筛，室温下以20 r/min转速边搅拌边加入100份质量组分数的污泥，并加入发泡剂石灰石2.5份，连续搅拌混合，形成均匀的污泥+玻璃粉状配合料。
B、将A形成的配合料挤压造粒，制成0.6cm小球，放入回转窑中。
C、控制焙烧升温速度为5℃/min，升温至350℃，在350℃预热20min，再以升温速度为5℃/min，升温至950℃，在950℃焙烧30min。
D、采用自然冷却，使炉膛温度自然降至室温，得到玻璃陶粒。
以上仅仅为本发明的若干制备实例，采用本发明方法制得的玻璃陶粒。
污泥中重金属含量本身就很低，经过焙烧与玻璃体熔结得到更充分的固化。根据我国《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007），对制备的玻璃陶粒按《固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法》（HJ557-2009）进行浸出毒性试验，Zn，Pb，Cd，Cr的浸出浓度均远远低于《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）规定的浸出液标准，同时还满足地表水III类水质标准要求，说明玻璃陶粒对重金属的固定效果很好，符合资源化利用条件。此外，玻璃陶粒作为路基材料和建筑骨料，在实际使用过程中还将和水泥、沥青等混合固化，将进一步提高重金属的固化效果。
上述性能测试结果表明，玻璃陶粒的机械强度和重金属等污染物指标均满足建筑轻骨料的要求，整个过程排放废水和废气满足相关法规要求，本发明技术方法实现了本发明有效资源化利用的目的。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种废物循环利用制备陶粒的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将废弃的玻璃破碎、球磨后过200目筛，得到经破碎球磨后的废玻璃粉；
（2）将经破碎球磨后的废玻璃粉和城市生活污水厂污泥混合，得到混合物料，加入混合物料质量1%~5%的发泡剂，搅拌均匀后形成配合料；
（3）将配合料投入制粒机造粒，挤压制备，0.5~1cm粒径的料球，放入回转窑中，按照以下工艺过程烧结：
预热阶段：以3~6℃/min的升温速率自室温升到340~360℃，并在340~360℃下停留15~25分钟；
升温阶段：以5~10℃/min升温到1050～1100℃，并在1050～1100℃条件下焙烧25~35分钟；
保温退火阶段：随炉温自然冷却至室温，得玻璃陶粒。
2.根据权利要求1所述的一种废物循环利用制备陶粒的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的废玻璃为平板碎玻璃和容器玻璃，包括白玻璃和棕色玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种废物循环利用制备陶粒的方法，其特征在于：所述的经破碎球磨后的废玻璃粉加入量占所述混合物料质量分数的5%~90%；所述的城市生活污水厂污泥加入量占混合物料质量分数的10%~95%。
4.根据权利要求1所述的一种废物循环利用制备陶粒的方法，其特征在于：步骤（2）所述的发泡剂为石灰石。
5.根据权利要求1所述的一种废物循环利用制备陶粒的方法，其特征在于：所述城市生活污水厂污泥经脱水后含水率为75%-85%。
6.根据权利要求1所述的一种废物循环利用制备陶粒的方法，其特征在于：步骤（3）所述烧结过程为：
预热阶段：以3~6℃/min的升温速率自室温升到350℃，并在350℃下停留20分钟；
升温阶段：以5~10℃/min升温到1050～1100℃，并在1050～1100℃条件下焙烧30分钟；
保温退火阶段：随炉温自然冷却至室温，得玻璃陶粒。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI742547B (zh) * 2020-03-02 2021-10-11 明春窯業股份有限公司 利用節能減氮型陶粒迴轉窯生產高強結構用輕質骨材的方法

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