CN110723960A - 一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，其包括以下步骤：混合印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥；胚料球鼓风干燥；采用两段式焙烧法对干燥后的胚料球进行焙烧；在自然条件下冷却至室温得到陶粒。采用本发明涉及的方法生产陶粒，解决了印刷污泥处理难度大、处理成本高的难度，减少了其对环境的污染，所生产的陶粒具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的隔绝性，可将它用于建材、园艺、耐火保温材料等行业。

Description

一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种轻质陶粒的制备方法，尤其涉及一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法。
背景技术
陶粒，即陶质的颗粒，其具有优异的性能，如密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等，特别因其密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具一定强度和坚固性，使其具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的隔绝性等多功能特点。因陶粒这些优异的性能，其广泛应用于建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等领域。
传统的陶粒在制备时，往往选用黏土作为原料，在1200℃～1300℃的高温下烧结得到，其造孔原理为利用氧化铁与碳反应产生气体进行造孔。然而，上述传统陶粒制备方法存在如下缺陷：一、采用黏土为原料，耗费大量的黏土资源；二、陶粒烧成温度高，浪费能源，不利于节能环保；三、造孔剂较为单一，仅在某一较窄温度范围内发生造孔作用，使得陶粒孔结构单一、孔结构强度不够、孔隙率不高，密度及强度不能达到超轻质使用要求。
针对上述问题，专利号为CN 109503123A的中国专利公开了利用城市污泥制备的轻质陶粒，采用城市污泥和基坑土混合，通过高温处置工艺消除污泥中重金属、有机污染物和病菌问题，同时利用城市污泥的潜在热值，有效减少能源和自然资源消耗，城市固废资源化利用程度高。根据该专利[0049]段内容可以发现，上述轻质陶粒的堆积密度在340～450kg/m3之间，筒压强度在1.2～1.8MPa之间。
城市污泥可通过脱水、干燥、稳定、堆肥化、干燥、厌氧消化等步骤进行处理，可当作肥料使用，也可用于工业和生活锅炉的燃料。然而，印刷污泥是印刷过程中产生的大量工业固体废弃物，相比于城市污泥，印刷污泥含有的病原体、虫卵、有机污染物和部分重金属等有毒有害物质的含量更多，且印刷污泥相比于城市污泥而言，含有更多化学残留物，且由于因素印刷污泥粘稠的特殊性，印刷污泥比城市污泥更加难处理，一般未经处理的印刷污泥直接倾倒至垃圾填埋场报废，造成了大量的土地，地下水受到严重污染。如何对印刷污泥进行有效的减量化、稳定化、资源化和无害化处理，以极大限度降低对环境包括水体、土壤的二次污染，是目前迫切需要解决的问题。因此，将印染污泥代替城市污泥进行焙烧制备陶粒，也许是一种高效安全且具有经济和环保效益的处理处置方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中陶粒制备需要消耗大量黏土资源，印刷污泥环境污染严重且处理成本高、处理难度大等问题，提出一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法。
为了达到目的，本发明提供的技术方案为：
本发明涉及的利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，包括以下步骤：
1)按质量比20～60：1～10:30～100混合印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥，加水调节含水率至50～60％后进行造粒，形成胚料球；
2)将胚料球鼓风干燥，鼓风干燥后在自然条件下冷却至室温；
3)采用两段式焙烧法对干燥后的胚料球进行焙烧，两段式焙烧法包括预热阶段和焙烧阶段，
预热阶段是将高温炉内的温度从室温加到预热温度300～500℃，加热升温速率在10～30℃/分钟，保温时间15～25分钟；
焙烧阶段是将高温炉内的温度从预热温度加热到焙烧温度1000～1200℃，升温速率在10～30℃/分钟，保温时间在5～20分钟；
4)取出胚料球，在自然条件下冷却至室温，得到陶粒。
优选地，所述的胚料球的直径为10～20mm。
优选地，所述的胚料球鼓风干燥在电热鼓风干燥箱内完成，鼓风干燥的温度为105℃，鼓风干燥的持续时间为2小时。
优选地，所述的印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥混合前，分别对印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥进行粉碎，其中，铁泥的粉碎粒度为80～200目。
优选地，所述的河道淤泥为河道湖泊底泥，含水率在40～50％。
所述的印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥内均含有化学成分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、Na2O和K2O。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明以印刷污泥和河道淤泥为主，加以化工铁泥为辅料制备陶粒，有效地消纳印刷污泥、化工铁泥以及河道淤泥，减少了黏土资源的使用，节约制造成本；同时，原料全部都是企业的固体废弃物，若不妥善处理，会对环境如水体、土壤产生污染，利用印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥制造陶粒减少了鼓体废弃物对环境的影响，尤其解决了印刷污泥处理难度大的问题，减少印刷污泥处理成本。
2、采用本发明涉及的方法制造的陶粒具有密度小、空隙率和吸水率大、强度大、质量轻的特点，且耐腐蚀、抗冻、抗震和隔绝性良好。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，包括以下步骤：
1)将印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥进行破碎备用，铁泥的粉碎粒度为80目；混合印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥，印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥的质量比为50:2:48，加入适量水调节含水率至50％，然后经机械搅拌后达到可造粒效果，将混匀的原料经对辊式挤压造粒机进行造粒，形成胚料球，胚料球的直径严格控制在10～20mm之间；
2)造粒完成后，将胚料球放置于电热鼓风干燥箱内鼓风干燥，鼓风干燥过程在105℃的温度下，并且干燥持续2小时，然后取出胚料球自然冷却；
3)将生料球放入管式电阻炉，进行两段式烧制工艺，两段式烧制包括预热阶段和焙烧阶段，其中，预热阶段是将电阻炉从室温加热到350℃，升温速率为25℃/分钟，预热保温20分钟；焙烧阶段是将电阻炉继续升温至1150℃，升温速率为25℃/分钟，焙烧时间为15分钟；
4)取出胚料球，在自然条件下冷却至室温，得到陶粒。
其中印刷污泥、河道淤泥和化工铁泥中含有以下化学成分，且化学成分的含量如下表所示，
原料 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O
污泥 22.6％ 12.9％ 22.5％ 22％ 0.8％ 0.9％
淤泥 64.89％ 19.24％ 7.19％ 1.1％ 0.88％ 2.85％
铁泥 22％ 5％ 60％ 5％ 0.7％ 0.6％
本实施例制备所得陶粒呈灰黑色，长条形，表面有釉质外壳，内部不均匀分布大量微孔，堆积密度为205kg/m3，空隙率为62.3％，筒压强度1.55Mpa，1h吸水率26.5％，其各项物理性能均符合《GB/T17431.1～2010轻集料及其试验方法》中对超轻集料的要求。
实施例二
一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，包括以下步骤：
1)将印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥进行破碎备用，铁泥的粉碎粒度为150目；混合印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥，印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥的质量比为30:10:60，加入适量水调节含水率至55％，然后经机械搅拌后达到可造粒效果，将混匀的原料经对辊式挤压造粒机进行造粒，形成胚料球，胚料球的直径严格控制在10～20mm之间；
2)造粒完成后，将胚料球放置于电热鼓风干燥箱内鼓风干燥，鼓风干燥过程在105℃的温度下，并且干燥持续2小时，然后取出胚料球自然冷却；
3)将生料球放入管式电阻炉，进行两段式烧制工艺，两段式烧制包括预热阶段和焙烧阶段，其中，预热阶段是将电阻炉从室温加热到400℃，升温速率为15℃/分钟，预热保温20分钟；焙烧阶段是将电阻炉继续升温至1200℃，升温速率为25℃/分钟，焙烧时间为5分钟；
4)取出胚料球，在自然条件下冷却至室温，得到陶粒。
印刷污泥、河道淤泥和化工铁泥中含有以下化学成分及各成分的含量与实施例一基本相同，本实施例不再阐述。
本实施例制备所得陶粒呈灰黑色，长条形，表面有釉质外壳，内部不均匀分布大量微孔，堆积密度为186kg/m3，空隙率为68.1％，筒压强度1.21Mpa，1h吸水率28.8％，其各项物理性能均符合《GB/T17431.1～2010轻集料及其试验方法》中对超轻集料的要求。
实施例三
一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，包括以下步骤：
1)将印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥进行破碎备用，铁泥的粉碎粒度为120目；混合印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥，印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥的质量比为30:5:95，加入适量水调节含水率至50％，然后经机械搅拌后达到可造粒效果，将混匀的原料经对辊式挤压造粒机进行造粒，形成胚料球，胚料球的直径严格控制在10～20mm之间；
2)造粒完成后，将胚料球放置于电热鼓风干燥箱内鼓风干燥，鼓风干燥过程在105℃的温度下，并且干燥持续2小时，然后取出胚料球自然冷却；
3)将生料球放入管式电阻炉，进行两段式烧制工艺，两段式烧制包括预热阶段和焙烧阶段，其中，预热阶段是将电阻炉从室温加热到400℃，升温速率为20℃/分钟，预热保温20分钟；焙烧阶段是将电阻炉继续升温至1100℃，升温速率为25℃/分钟，焙烧时间为5分钟；
4)取出胚料球，在自然条件下冷却至室温，得到陶粒。
印刷污泥、河道淤泥和化工铁泥中含有以下化学成分及各成分的含量与实施例一基本相同，本实施例不再阐述。
本实施例制备所得陶粒呈灰黑色，长条形，表面有釉质外壳，内部不均匀分布大量微孔，堆积密度为199kg/m3，空隙率为56.0％，筒压强度1.32Mpa，1h吸水率27.1％，其各项物理性能均符合《GB/T17431.1～2010轻集料及其试验方法》中对超轻集料的要求。
实施例四
一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，包括以下步骤：
1)将印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥进行破碎备用，铁泥的粉碎粒度为130目；混合印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥，印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥的质量比为60:7:33，加入适量水调节含水率至55％，然后经机械搅拌后达到可造粒效果，将混匀的原料经对辊式挤压造粒机进行造粒，形成胚料球，胚料球的直径严格控制在10～20mm之间；
2)造粒完成后，将胚料球放置于电热鼓风干燥箱内鼓风干燥，鼓风干燥过程在105℃的温度下，并且干燥持续2小时，然后取出胚料球自然冷却；
3)将生料球放入管式电阻炉，进行两段式烧制工艺，两段式烧制包括预热阶段和焙烧阶段，其中，预热阶段是将电阻炉从室温加热到500℃，升温速率为15℃/分钟，预热保温20分钟；焙烧阶段是将电阻炉继续升温至1000℃，升温速率为25℃/分钟，焙烧时间为20分钟；
4)取出胚料球，在自然条件下冷却至室温，得到陶粒。
印刷污泥、河道淤泥和化工铁泥中含有以下化学成分及各成分的含量与实施例一基本相同，本实施例不再阐述。
本实施例制备所得陶粒呈灰黑色，长条形，表面有釉质外壳，内部不均匀分布大量微孔，堆积密度为230kg/m3，空隙率为59.7％，筒压强度1.78Mpa，1h吸水率25.2％，其各项物理性能均符合《GB/T17431.1～2010轻集料及其试验方法》中对超轻集料的要求。
实施例五
一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，包括以下步骤：
1)将印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥进行破碎备用，铁泥的粉碎粒度为180目；混合印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥，印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥的质量比为51:10:83，加入适量水调节含水率至60％，然后经机械搅拌后达到可造粒效果，将混匀的原料经对辊式挤压造粒机进行造粒，形成胚料球，胚料球的直径严格控制在10～20mm之间；
2)造粒完成后，将胚料球放置于电热鼓鼓风干燥燥箱内鼓风干燥，鼓风干燥过程在105℃的温度下，并且干燥持续2小时，然后取出胚料球自然冷却；
3)将生料球放入管式电阻炉，进行两段式烧制工艺，两段式烧制包括预热阶段和焙烧阶段，其中，预热阶段是将电阻炉从室温加热到500℃，升温速率为30℃/分钟，预热保温20分钟；焙烧阶段是将电阻炉继续升温至1200℃，升温速率为30℃/分钟，焙烧时间为5分钟；
4)取出胚料球，在自然条件下冷却至室温，得到陶粒。
印刷污泥、河道淤泥和化工铁泥中含有以下化学成分及各成分的含量与实施例一基本相同，本实施例不再阐述。
本实施例制备所得陶粒呈灰黑色，长条形，表面有釉质外壳，内部不均匀分布大量微孔，堆积密度为175kg/m3，空隙率为70.3％，筒压强度1.15Mpa，1h吸水率29.1％，其各项物理性能均符合《GB/T17431.1～2010轻集料及其试验方法》中对超轻集料的要求。
根据实施例一～五检测的结果显示，采用本发明涉及的方法制备的陶粒的筒压强度在1.15～1.78Mpa之间，与背景技术中的中国专利中记载的陶粒的筒压强度基本相同；但是，本发明制备的陶粒的堆积密度在175～230kg/m3，相比于背景技术中的中国专利中记载的陶粒的堆积密度更小，说明本发明制备的陶粒在相同的使用效果的情况下，质量更轻。同时，本发明充分利用了难以处理的印刷污泥，减少了土壤和水资源的污染。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按质量比20～60：1～10:30～100混合印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥，加水调节含水率至50～60％后进行造粒，形成胚料球；
2)将胚料球鼓风干燥，鼓风干燥后在自然条件下冷却至室温；
3)采用两段式焙烧法对干燥后的胚料球进行焙烧，两段式焙烧法包括预热阶段和焙烧阶段，
预热阶段是将高温炉内的温度从室温加到预热温度300～500℃，加热升温速率在10～30℃/分钟，保温时间15～25分钟；
焙烧阶段是将高温炉内的温度从预热温度加热到焙烧温度1000～1200℃，升温速率在10～30℃/分钟，保温时间在5～20分钟；
4)取出胚料球，在自然条件下冷却至室温，得到陶粒。
2.根据权利要求1所述的利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，其特征在于：所述的胚料球的直径为10～20mm。
3.根据权利要求1所述的利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，其特征在于：所述的胚料球鼓风干燥在电热鼓风干燥箱内完成，鼓风干燥的温度为105℃，鼓风干燥的持续时间为2小时。
4.根据权利要求1所述的利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，其特征在于：所述的印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥混合前，分别对印刷污泥、化工铁泥和河道淤泥进行粉碎，其中，铁泥的粉碎粒度为80～200目。
5.根据权利要求1所述的利用印刷污泥和化工铁泥制造陶粒的方法，其特征在于：所述的河道淤泥为河道湖泊底泥，含水率在40～50％。
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