CN113173776B - 使用生活污泥制备瓷砖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于瓷砖制备技术领域，具体的涉及一种使用生活污泥制备瓷砖的方法。将原料生活污泥、陶瓷粘土、石英、透辉石、富含铝的矿物和长石按照一定的质量百分数进行混合；加入水和助磨剂进行球磨，得泥浆；泥浆过筛后进行除铁，然后进行造粒干燥，得粉料；粉料经陈腐后入压机成型，得干燥素坯；经施面釉、喷图案，最后入窑烧成，制备得到使用生活污泥制备的瓷砖。本发明所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，能够对生活污泥中的有机物、无机物及其他物质彻底处理，且不产生二次污染，其中的无机物作为一种矿物原料被充分利用在瓷质砖的生产中，节约了自然资源。

Description

使用生活污泥制备瓷砖的方法
技术领域
本发明属于瓷砖制备技术领域，具体的涉及一种使用生活污泥制备瓷砖的方法。
背景技术
生活污泥也称污水厂污泥、市政污泥，污泥的组成复杂，变异性大，组成絮体为水中悬浮固体，经不同方式胶接凝聚而成，结构松散，形状不规则，比表面积与孔隙率极高，具有分形结构，外观上具有类似绒面的分支和网状的结构，为稳定存在的胶体体系，其特征有三个：(1)有机质含量高，一般占其干基含量的50％以上。(2)含有一定量的无机矿物，其化学组份为二氧化硅、三氧化铝、三氧化铁、氧化钙与氧化镁，其他微量。(3)含水量高且脱水困难，含水率60-80％，湿烧热值低。
生活污泥每年大约有600万吨(含水60-80％)的产出，现在还没有“最经济”的处理方法，都是耗能型的，现有的处理方法为：(1)干化法：利用附近的热源或者混合其他物质掺烧。(2)填埋法：必须将其含水率达到60％以下。(3)堆肥法：用量不大，且转化周期长。
污泥的处理一直是水处理行业的难题。目前，对于剩余污泥的处理方法有的存在着环境安全隐患，有的成本高。污泥中含有大量的有机物，这些有机物以生物残体为主，富含蛋白质和金属元素，其中的很多成分都是宝贵的资源。因而，积极探讨污泥的综合利用方法，变废为宝，是污泥处理的最好出路。
从保护环境和水资源持续性利用角度出发，对生活污泥加以综合利用是最终的发展方向。这对维持生态环境的动态平衡稳定是必不可少的。目前，对于生活污泥制备砖、建筑用骨料、研磨料、陶瓷工业原料等过程中，用量一般较低，且成品强度不高。
发明内容
本发明的目的是：提供一种使用生活污泥制备瓷砖的方法。所述方法能够对生活污泥中的有机物、无机物及其他物质彻底处理，且不产生二次污染，制备的瓷砖性能优异。
本发明所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，由以下步骤组成：
(1)将原料生活污泥、陶瓷粘土、石英、透辉石、富含铝的矿物和长石按照一定的质量百分数进行混合；
(2)加入水和助磨剂进行球磨，得泥浆；
(3)泥浆过筛后进行除铁，然后进行造粒干燥，得粉料；
(4)粉料经陈腐后入压机成型，得干燥素坯；
(5)经施面釉、喷图案，最后入窑烧成，制备得到使用生活污泥制备的瓷砖。
其中：
步骤(1)中所述的原料，以质量百分数计，由生活污泥3-30％、陶瓷粘土5-40％、石英5-15％、透辉石6-15％、富含铝的矿物3-20％和长石3-35％组成。
所述的生活污泥中，包含以下无机组分：SiO2 18-22％、Al2O3 10-15％、Fe2O3 25-30％、MgO和CaO 5-10％。
优选的，所述的生活污泥中，包含以下无机组分：SiO2 20％、Al2O3 12.5％、Fe2O328％、MgO和CaO 8％。
生活污泥中还有大量的有机物，以不同的方式胶结凝聚而成，形状不规则，比表面积与孔隙率极高，外观上有类似绒毛的分支和网状结构，为稳定存在的胶体体系。本发明所述的使用生活污泥制备的瓷砖，就是利用了生活污泥中有机物悬浮胶凝的特点，采用湿法制浆的方法，使矿物原料的微小颗粒悬浮凝聚，使料浆不发生沉淀，这样就代替了部分粘土矿物，并且使得素坯强度大大提升，起到了坯体增强剂的作用。
所述的陶瓷粘土为高岭土或膨润土中的一种或两种。
所述的长石为钾长石或钠长石中的一种或两种。
所述的富含铝的矿物为煤矸石、生焦和焦宝石的混合物。
优选的，以质量百分数计，富含铝的矿物是由煤矸石15-20％、生焦35-45％和焦宝石35-45％组成的混合物。
煤矸石不能单独使用，也不能够多用，以免氧化不良。
步骤(2)中所述的加入水的质量占步骤(1)中所述原料干质量质量和的58-60％，所述的助磨剂为市售产品，例如偏硅酸钠、三聚磷酸钠等。助磨剂起到降低颗粒表面自由能与硬度以及稳定分散的作用。
由于生活污泥的含水量为60-80％，加入水进行球磨时，需要将生活污泥的质量换算成干重。
步骤(2)中所述的球磨时间为8-13小时，控制泥浆细度为250目标准筛上余1-1.5％时为合格。
步骤(3)中所述的泥浆先过40目筛，再过60目筛，然后采用磁铁棒或者除铁器进行除铁。
步骤(3)中所述的除铁合格后的泥浆用柱塞泵泵入干燥塔，进行造粒干燥，控制水份为8.0-8.6％。
步骤(4)中所述的粉料陈腐24-28小时后入压机成型；干燥素坯的水份＜0.5％。
步骤(5)中所述的烧成温度为1140-1180℃，烧成时间45-50min。
步骤(5)中烧成结束后经冷却、修边制备得到使用生活污泥制备瓷砖。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，能够对生活污泥中的有机物、无机物及其他物质彻底处理，且不产生二次污染，其中的无机物作为一种矿物原料被充分利用在瓷质砖的生产中，节约了自然资源。
(2)本发明所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，生活污泥不需要处理就可以实现再利用，大大节省了生活污泥的处理成本，运行费用低，并且充分利用生活污泥的特点实施利用，为生活污泥的无害化处理和资源利用开辟了一条新的途径。
(3)本发明所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，利用生活污泥有机质含量高的特点(比表面积与孔隙率极高)作为瓷质砖泥浆的悬浮材料和素坯的增强剂，利用生活污泥中的无机物，作为瓷质砖的矿物熔剂原料。
(4)本发明所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，由于生活污泥的含水量高，因此，采用湿法制浆的方法，节约了外加水的量，生活污泥不经过任何复杂的处理直接加入瓷质砖配方中，既节约成本，又利于环境的保护，是一项利国利民的好办法。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，由以下步骤组成：
(1)将原料生活污泥、陶瓷粘土、石英、透辉石、富含铝的矿物和长石按照一定的质量百分数进行混合；
(2)加入水和助磨剂进行球磨，得泥浆；
(3)泥浆过筛后进行除铁，然后进行造粒干燥，得粉料；
(4)粉料经陈腐后入压机成型，得干燥素坯；
(5)经施面釉、喷图案，最后入窑烧成，制备得到使用生活污泥制备的瓷砖。
其中：
步骤(1)中所述的原料，以质量百分数计，由生活污泥5％、陶瓷粘土32％、石英11％、透辉石8％、富含铝的矿物17％和长石27％组成。
此配方的主要化学成分是：SiO2 65.8％，Al2O3 18.6％，CaO+MgO 4.9％，K2O+Na2O4.4％。
所述的生活污泥中，包含以下无机组分：SiO2 20％、Al2O3 12.5％、Fe2O3 28％、MgO和CaO 8％。
生活污泥中还有大量的有机物，以不同的方式胶结凝聚而成，形状不规则，比表面积与孔隙率极高，外观上有类似绒毛的分支和网状结构，为稳定存在的胶体体系。本发明所述的使用生活污泥制备的瓷砖，就是利用了生活污泥中有机物悬浮胶凝的特点，采用湿法制浆的方法，使矿物原料的微小颗粒悬浮凝聚，使料浆不发生沉淀，这样就代替了部分粘土矿物，并且使得素坯强度大大提升，起到了坯体增强剂的作用。
所述的陶瓷粘土为高岭土与膨润土的混合物。
长石为钾长石。
以质量百分数计，富含铝的矿物是由煤矸石15％、生焦40％和焦宝石45％组成的混合物。
步骤(2)中所述的加入水的质量占步骤(1)中所述原料干质量质量和的58％，所述的助磨剂为市售产品：三聚磷酸钠。助磨剂起到降低颗粒表面自由能与硬度以及稳定分散的作用。
由于生活污泥的含水量为65％，加入水进行球磨时，需要将生活污泥的质量换算成干重。
步骤(2)中所述的球磨时间为10小时，控制泥浆细度为250目标准筛上余1.2％时为合格。
步骤(3)中所述的泥浆先过40目筛，再过60目筛，然后采用磁铁棒进行除铁。
步骤(3)中所述的除铁合格后的泥浆用柱塞泵泵入干燥塔，进行造粒干燥，控制水份为8.3％。
步骤(4)中所述的粉料陈腐26小时后入压机成型；干燥素坯的水份为0.3％。
步骤(5)中所述的烧成温度为1160℃，烧成时间50min。
步骤(5)中烧成结束后经冷却、修边制备得到使用生活污泥制备瓷砖。
经检测，实施例1中的素坯(600*600*10mm3)破坏强度为87N，瓷砖成品吸水率为0.02％，瓷砖成品断裂模数为43MPa，符合GB/T 4100-2015附录G的标准。
实施例2
本实施例2所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，由以下步骤组成：
(1)将原料生活污泥、陶瓷粘土、石英、透辉石、富含铝的矿物和长石按照一定的质量百分数进行混合；
(2)加入水和助磨剂进行球磨，得泥浆；
(3)泥浆过筛后进行除铁，然后进行造粒干燥，得粉料；
(4)粉料经陈腐后入压机成型，得干燥素坯；
(5)经施面釉、喷图案，最后入窑烧成，制备得到使用生活污泥制备的瓷砖。
其中：
步骤(1)中所述的原料，以质量百分数计，由生活污泥10％、陶瓷粘土26％、石英8％、透辉石12％、富含铝的矿物17％和长石27％组成。
此配方的主要化学成分：SiO2 63％，Al2O3 17.1％，CaO+MgO 5.2％，K2O+Na2O4.1％。
所述的生活污泥中，包含以下无机组分：SiO2 20％、Al2O3 12.5％、Fe2O3 28％、MgO和CaO 8％。
生活污泥中还有大量的有机物，以不同的方式胶结凝聚而成，形状不规则，比表面积与孔隙率极高，外观上有类似绒毛的分支和网状结构，为稳定存在的胶体体系。本发明所述的使用生活污泥制备的瓷砖，就是利用了生活污泥中有机物悬浮胶凝的特点，采用湿法制浆的方法，使矿物原料的微小颗粒悬浮凝聚，使料浆不发生沉淀，这样就代替了部分粘土矿物，并且使得素坯强度大大提升，起到了坯体增强剂的作用。
所述的陶瓷粘土为高岭土。
长石为钠长石。
以质量百分数计，富含铝的矿物是由煤矸石18％、生焦38％和焦宝石44％组成的混合物。
步骤(2)中所述的加入水的质量占步骤(1)中所述原料干质量质量和的60％，所述的助磨剂为市售产品：三聚磷酸钠。助磨剂起到降低颗粒表面自由能与硬度以及稳定分散的作用。
由于生活污泥的含水量为65％，加入水进行球磨时，需要将生活污泥的质量换算成干重。
步骤(2)中所述的球磨时间为8小时，控制泥浆细度为250目标准筛上余1.5％时为合格。
步骤(3)中所述的泥浆先过40目筛，再过60目筛，然后采用磁铁棒或者除铁器进行除铁。
步骤(3)中所述的除铁合格后的泥浆用柱塞泵泵入干燥塔，进行造粒干燥，控制水份为8.0％。
步骤(4)中所述的粉料陈腐24小时后入压机成型；干燥素坯的水份为0.3％。
步骤(5)中所述的烧成温度为1140℃，烧成时间50min。
步骤(5)中烧成结束后经冷却、修边制备得到使用生活污泥制备瓷砖。
经检测，实施例2中的素坯(600*600*10mm3)破坏强度为91N，虽然减了6％的陶瓷粘土，但破坏强度没有受到影响，瓷砖成品吸水率为0.03％，瓷砖成品断裂模数为41MPa，符合GB/T 4100-2015附录G的标准。
实施例3
本实施例3所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，由以下步骤组成：
(1)将原料生活污泥、陶瓷粘土、石英、透辉石、富含铝的矿物和长石按照一定的质量百分数进行混合；
(2)加入水和助磨剂进行球磨，得泥浆；
(3)泥浆过筛后进行除铁，然后进行造粒干燥，得粉料；
(4)粉料经陈腐后入压机成型，得干燥素坯；
(5)经施面釉、喷图案，最后入窑烧成，制备得到使用生活污泥制备的瓷砖。
其中：
步骤(1)中所述的原料，以质量百分数计，由生活污泥30％、陶瓷粘土18％、石英15％、透辉石6％、富含铝的矿物20％和长石11％组成。
此配方的主要化学成分：SiO2 53％、Al2O3 17.5％、Fe2O3 9.1％、CaO+MgO 4.7％、K2O+Na2O 3.1％。
所述的生活污泥中，包含以下无机组分：SiO2 20％、Al2O3 12.5％、Fe2O3 28％、MgO和CaO 8％。
生活污泥中还有大量的有机物，以不同的方式胶结凝聚而成，形状不规则，比表面积与孔隙率极高，外观上有类似绒毛的分支和网状结构，为稳定存在的胶体体系。本发明所述的使用生活污泥制备的瓷砖，就是利用了生活污泥中有机物悬浮胶凝的特点，采用湿法制浆的方法，使矿物原料的微小颗粒悬浮凝聚，使料浆不发生沉淀，这样就代替了部分粘土矿物，并且使得素坯强度大大提升，起到了坯体增强剂的作用。
所述的陶瓷粘土为膨润土。
长石为钾长石和钠长石的混合物。
以质量百分数计，富含铝的矿物是由煤矸石20％、生焦45％和焦宝石35％组成的混合物。
步骤(2)中所述的加入水的质量占步骤(1)中所述原料干质量质量和的58％，所述的助磨剂为市售产品三聚磷酸钠。助磨剂起到降低颗粒表面自由能与硬度以及稳定分散的作用。
由于生活污泥的含水量为65％，加入水进行球磨时，需要将生活污泥的质量换算成干重。
步骤(2)中所述的球磨时间为13小时，控制泥浆细度为250目标准筛上余1％时为合格。
步骤(3)中所述的泥浆先过40目筛，再过60目筛，然后采用除铁器进行除铁。
步骤(3)中所述的除铁合格后的泥浆用柱塞泵泵入干燥塔，进行造粒干燥，控制水份为8.6％。
步骤(4)中所述的粉料陈腐28小时后入压机成型；干燥素坯的水份为0.3％。
步骤(5)中所述的烧成温度为1180℃，烧成时间50min。
步骤(5)中烧成结束后经冷却、修边制备得到使用生活污泥制备瓷砖。
经检测，实施例3中的素坯(600*600*10mm3)破坏强度为86N，坯体有夹心，不易氧化，瓷砖成品吸水率为1.1％，瓷砖成品断裂模数为33MPa，符合GB/T 4100-2015附录H的标准。
对比例1
本对比例1所述的使用生活污泥制备的瓷砖，制备方法与实施例3相同，唯一的不同点在于：步骤(1)中所述的原料，以质量百分数计，由生活污泥35％、陶瓷粘土16％、石英12％、透辉石6％、富含铝的矿物20％和长石11％组成。
经检测，对比例1素坯(600*600*10mm3)的破坏强度为70N，瓷砖成品吸水率为3.5％，瓷砖成品断裂模数为27.5MPa。

Claims (4)

1.一种使用生活污泥制备瓷砖的方法，其特征在于：由以下步骤组成：
（1）将原料生活污泥、陶瓷粘土、石英、透辉石、富含铝的矿物和长石按照一定的质量百分数进行混合；
（2）加入水和助磨剂进行球磨，得泥浆；
（3）泥浆过筛后进行除铁，然后进行造粒干燥，得粉料；
（4）粉料经陈腐后入压机成型，得干燥素坯；
（5）经施面釉、喷图案，最后入窑烧成，制备得到使用生活污泥制备的瓷砖；
其中：
步骤（1）中所述的原料，以质量百分数计，由生活污泥3-30%、陶瓷粘土5-40%、石英5-15%、透辉石6-15%、富含铝的矿物3-20%和长石3-35%组成；
所述的富含铝的矿物为煤矸石、生焦和焦宝石的混合物，以质量百分数计，富含铝的矿物是由煤矸石15-20%、生焦35-45%和焦宝石35-45%组成的混合物；
步骤（1）中所述的陶瓷粘土为高岭土或膨润土中的一种或两种；所述的长石为钾长石或钠长石中的一种或两种；
步骤（2）中加入水的质量占步骤（1）中原料干质量质量和的58-60%；
步骤（2）中所述的助磨剂为偏硅酸钠或三聚磷酸钠；
步骤（5）中烧成温度为1140-1180℃，烧成时间45-50min；步骤（5）中烧成结束后经冷却、修边制备得到使用生活污泥制备的瓷砖。
2.根据权利要求1所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的球磨时间为8-13小时，控制泥浆细度为250目标准筛上余1-1.5%时为合格。
3.根据权利要求1所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的泥浆先过40目筛，再过60目筛，然后采用磁铁棒或者除铁器进行除铁；
步骤（3）中所述的除铁合格后的泥浆用柱塞泵泵入干燥塔，进行造粒干燥，控制水份为8.0-8.6%。
4.根据权利要求1所述的使用生活污泥制备瓷砖的方法，其特征在于：步骤（4）中所述的粉料陈腐24-28小时后入压机成型；干燥素坯的水份＜0.5%。
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