CN114933433A - 一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法 - Google Patents

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吴燕
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Abstract

本发明涉及一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法，步骤如下：(1)废弃湿泥的预处理；(2)将湿泥固化剂与处理后的废弃湿泥混合搅拌，固化剂与废弃湿泥的质量比例为1‑10：70‑80；(3)挤出成条：使用不同孔径的挤条机将加入固化剂后的湿泥挤出成条；(4)挤出造粒：条状的湿泥经过轴刀切割挤出成粒；(5)滚动增强：将成型的骨料放入圆锅造粒机中滚动，并进行裹壳处理；(6)制品养护，即得到成品免烧骨料。本发明方法能够掺加大量废弃湿泥，达到废物利用，满足疏浚行业需求，并且工艺简单，可连续化操作，实际应用性强。

Description

一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法
技术领域
本发明属于固废行业和建筑材料技术领域，具体涉及一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法。
背景技术
废弃湿泥是水体底泥通过疏浚工程进行处理而产生的。近年来，由于我国疏浚业快速发展，年疏浚量已逾10亿立方米，废弃湿泥的资源化利用已经是急需解决的问题。目前，国内外利用废弃湿泥制备骨料的工艺主要为烧结法与免烧法。烧结法是利用粘结剂以及热能将废弃湿泥烧制为骨料，烧制过程中对热能的需求量高，且会产生大量的废弃物以及造成空气污染。免烧法是使用机械的方法成粒，避免了烧结法大量能源的使用，且不会产生大量的废弃物，是一种环保的制备骨料的方法。
目前，国内外免烧法制备骨料的主要工艺是先将废弃湿泥干化为泥粉，然后干化泥粉及胶凝材料通过离心作用，覆盖包裹于液滴上形成圆球，所成圆球通过不断滚动，表面抛光形成骨料。如CN105036691A公开了一种掺加疏浚底泥制备免烧陶粒的方法，将干化的疏浚底泥块进行粉碎，得粉碎后疏浚底泥，将粉碎后疏浚底泥、水泥、生石灰、石膏和粉煤灰混合搅拌，制得干混合料；所述粉碎后疏浚底泥、水泥、生石灰、石膏和粉煤灰的质量份数为：疏浚底泥60～80份、水泥1～6份、生石灰1～6份、石膏1～6份、粉煤灰3～15份；然后将水玻璃与水混合均匀，制成混合液；取干混合料和水玻璃与水的混合液进行造粒，造粒温度为5℃～45℃，造粒压力为80kPa～105kPa，造粒时，每加入1份干混合料，喷洒0.1～1份水玻璃与水的混合液，造粒时间为10～60min，得造粒后的免烧陶粒。
这种工艺虽相较于烧结法可以在很大程度上减少空气以及废弃物污染，但是在干燥废弃湿泥时仍然要消耗大量热能，干化的泥粉也会造成粉尘污染。同时，由于该工艺属于间歇操作，不利于大规模工业化生产。此外，以上工艺制备的陶粒的筒压强度为2-3MPa，在混凝土建材领域的使用将受到限制。
发明内容
本发明的目的在于客服现有技术的不足，提供一种可以利用废弃湿泥制备免烧骨料的方法，该方法节能利废、操作简单、对环境友好，制备的免烧骨料强度高、性能优异。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法，包括步骤如下：
(1)废弃湿泥的预处理：将废弃湿泥经过脱水处理；
(2)将固化剂与处理后的废弃湿泥混合搅拌；
(3)挤出成条：使用挤条机将加入固化剂后的湿泥挤出成条；
(4)挤出造粒：条状的湿泥经过轴刀切割挤出成粒；
(5)滚动增强：将成型的骨料放入圆锅造粒机中滚动，并进行裹壳处理；
(6)制品养护，对成型的骨料表面覆盖保鲜膜养护，即得到成品免烧骨料。
而且，所述步骤(1)中脱水后的废弃湿泥含水率为25％-55％；优选30％-50％；进一步优选40％。随着废弃湿泥含水率的增大，废弃土免烧骨料的强度先增大后减小，在废弃湿泥含水率为40％时达到最大值，相反的，骨料的吸水率先减小后增大，但在废弃湿泥含水率为40％时达到最小值，在废弃湿泥含水率为40％左右时，使用挤出造粒制备的骨料性能最佳。
而且，所述步骤(2)中固化剂与处理后的废弃湿泥混合搅拌，固化剂与废弃湿泥的质量比例为1-5：70-80；优选1-3：73-80；进一步优选1.5-2.5：75-80。
而且，步骤(2)所述的固化剂为淤泥固化剂。
而且，步骤(2)所述的固化剂按质量份数计的组份组成：水玻璃0.1-1.2份，阳离子聚丙烯酰胺0.1-1.5份，硅烷偶联剂(KH-550)0.1-0.7份，三异丙醇胺0.005-0.10份，有机硅助剂0.02-0.20份，水13-28份。
水玻璃填充颗粒间空隙，促进废弃土和胶凝材料间相互粘结，提升骨料强度。
阳离子聚丙烯酰胺吸附于土颗粒界面，促进其与固化剂高强度粘结。
硅烷偶联剂(KH-550)水解后产物与土颗粒外层羟基形成氢键，有助于促进核壳间的粘结作用，从而提升骨料强度。
三异丙醇胺促进硅酸盐类矿物充分水化，从而提升结合紧密程度。
有机硅助剂提升骨料疏水性，降低骨料的吸水率。优选聚二甲基硅氧烷或环五聚二甲基硅氧烷或聚甲基苯基硅氧烷或月桂基-甲基-甲基-2-苯基丙基聚硅氧烷。
优选地，步骤(2)所述的固化剂按质量份数计的组份组成：水玻璃0.2-1.0份，阳离子聚丙烯酰胺0.3-1.0份，硅烷偶联剂(KH-550)0.2-0.5份，三异丙醇胺0.01-0.07份，有机硅助剂0.05-0.15份，水15-25份。
进一步优选地，步骤(2)所述的固化剂按质量份数计的组份组成：水玻璃0.4-0.8份，阳离子聚丙烯酰胺0.6-0.8份，硅烷偶联剂(KH-550)0.25-0.35份，三异丙醇胺0.02-0.05份，有机硅助剂0.07-0.11份，水18-22份。
而且，所述步骤(3)中将添加了固化剂的废弃湿泥挤出成条的压力为50-150kpa，优选60-130kpa，进一步优选80-100kpa。
而且，所述步骤(3)中挤条机的孔径为1-10mm；优选1.5-8mm；进一步优选2-6mm。
而且，所述步骤(4)中条状的湿泥经过轴刀切割挤出成粒，颗粒的粒径为1-10mm；优选1.5-8mm；进一步优选2-6mm。
而且，所述步骤(5)中将成型的骨料放入圆锅造粒机中滚动，滚动时间为10-60min，并进行裹壳处理；优选20-55min，进一步优选30-50min。随着滚动增强时间的增加，挤出造粒制备的骨料强度逐渐增加、吸水率逐渐降低，但均在30-50min后变化幅度减小，说明30-50min时滚动增强的效果已经接近最佳。
而且，所述步骤(6)中对成型的骨料表面覆盖保鲜膜养护，养护湿度为85％-95％，养护7-14天，即得到成品免烧骨料。
本发明取得的优点和积极效果是：
1、本发明方法添加了淤泥固化剂，使得固化剂在废弃湿泥中经过一系列物理化学作用，改善了废弃湿泥的性质，增加了其强度，使得废弃湿泥可以被挤出造粒。
2、本发明方法中采用挤出方法制备成型免烧骨料。废弃湿泥作为原料无需经过大量的前处理工作，经固化剂处理后可直接挤出为骨料。本发明专利中挤出设备可通过调节挤条机的孔径大小和轴刀间距的方法控制挤出成型的骨料的粒径，操作简单，方便可控。
3、本发明方法使用挤出与滚动结合的方式，挤出成型后经过滚动增加骨料的强度，使得骨料既具备成型简单的优势，又具备强度高的特点。
附图说明
图1为使用挤出造粒制备的免烧骨料所制混凝土试件的剖面图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法，步骤如下：
(1)废弃湿泥的预处理：将废弃湿泥经过脱水处理，脱水处理后的废弃湿泥含水率为35％；
(2)将淤泥固化剂与处理后的废弃湿泥混合搅拌，固化剂与废弃湿泥的质量比例为1:75；所述的固化剂为：按质量份数计的组份组成：水玻璃0.8份，阳离子聚丙烯酰胺1.1份，硅烷偶联剂(KH-550)0.3份，三异丙醇胺0.05份，聚二甲基硅氧烷0.09份，水25份。
(3)挤出成条：使用不同孔径的挤条机将加入固化剂后的湿泥挤出成条，挤出成条的压力为100kpa，挤条机的孔径为6mm；
(4)挤出造粒：条状的湿泥经过轴刀切割挤出成粒，颗粒粒径为6mm；
(5)滚动增强：将成型的骨料放入圆锅造粒机中滚动，滚动时间为20min，并进行裹壳处理，即采用圆盘抛丸机进行抛丸裹壳的方法，向免烧陶粒中每加入1份干混合壳料(水泥占比60wt％、生石灰占比10wt％、玻璃纤维粉占比15wt％、粉煤灰占比15wt％)并喷洒0.5份白乳胶与水的混合液，裹壳时间为30min，通过圆盘拋丸机的离心运动，制备出免烧裹壳陶粒；
(6)制品养护，对成型的骨料表面覆盖保鲜膜养护，养护湿度为85％-95％，养护12天，即得到成品免烧骨料。
本实施例所得的废弃湿泥免烧骨料的筒压强度值为6.5Mpa，吸水率为8.1％，完全符合GBT17431.1—2010《轻集料及其试验方法》的标准要求。
实施例2
一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法，步骤如下：
(1)废弃湿泥的预处理：将废弃湿泥经过脱水处理，脱水处理后的废弃湿泥含水率为40％；
(2)将淤泥固化剂与处理后的废弃湿泥混合搅拌，固化剂与废弃湿泥的质量比例为2:73；所述的固化剂为：按质量份数计的组份组成：水玻璃0.5份，阳离子聚丙烯酰胺0.6份，硅烷偶联剂(KH-550)0.4份，三异丙醇胺0.04份，环五聚二甲基硅氧烷0.11份，水21份。
(3)挤出成条：使用不同孔径的挤条机将加入固化剂后的湿泥挤出成条，挤出成条的压力为50kpa，挤条机的孔径为4mm；
(4)挤出造粒：条状的湿泥经过轴刀切割挤出成粒，颗粒粒径为4mm；
(5)滚动增强：将成型的骨料放入圆锅造粒机中滚动，滚动时间为25min，并进行裹壳处理，即采用圆盘抛丸机进行抛丸裹壳的方法，向免烧陶粒中每加入1份干混合壳料(水泥占比60wt％、生石灰占比10wt％、玻璃纤维粉占比15wt％、粉煤灰占比15wt％)并喷洒0.5份白乳胶与水的混合液，裹壳时间为30min，通过圆盘拋丸机的离心运动，制备出免烧裹壳陶粒；
(6)制品养护，对成型的骨料表面覆盖保鲜膜养护，养护湿度为85％-95％，养护7天，即得到成品免烧骨料。
本实施例所得的废弃湿泥免烧骨料的筒压强度值为5.9Mpa，吸水率为7.8％，完全符合GBT17431.1—2010《轻集料及其试验方法》的标准要求。
实施例3
一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法，步骤如下：
(1)废弃湿泥的预处理：将废弃湿泥经过脱水处理，脱水处理后的废弃湿泥含水率为40％；
(2)将淤泥固化剂与处理后的废弃湿泥混合搅拌，固化剂与废弃湿泥的质量比例为2:78；所述的固化剂为：按质量份数计的组份组成：水玻璃0.4份，阳离子聚丙烯酰胺0.7份，硅烷偶联剂(KH-550)0.25份，三异丙醇胺0.01份，聚甲基苯基硅氧烷0.05份，水15份。
(3)挤出成条：使用不同孔径的挤条机将加入固化剂后的湿泥挤出成条，挤出成条的压力为120kpa，挤条机的孔径为5mm；
(4)挤出造粒：条状的湿泥经过轴刀切割挤出成粒，颗粒粒径为5mm；
(5)滚动增强：将成型的骨料放入圆锅造粒机中滚动，滚动时间为40min，并进行裹壳处理，即采用圆盘抛丸机进行抛丸裹壳的方法，向免烧陶粒中每加入1份干混合壳料(水泥占比60wt％、生石灰占比10wt％、玻璃纤维粉占比15wt％、粉煤灰占比15wt％)并喷洒0.5份白乳胶与水的混合液，裹壳时间为30min，通过圆盘拋丸机的离心运动，制备出免烧裹壳陶粒；
(6)制品养护，对成型的骨料表面覆盖保鲜膜养护，养护湿度为85％-95％，养护10天，即得到成品免烧骨料。
本实施例所得的废弃湿泥免烧骨料的筒压强度值为6.2Mpa，吸水率为8.4％，完全符合GBT17431.1—2010《轻集料及其试验方法》的标准要求。
实施例4
一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法，步骤如下：
(1)废弃湿泥的预处理：将废弃湿泥经过脱水处理，脱水处理后的废弃湿泥含水率为55％；
(2)将淤泥固化剂与处理后的废弃湿泥混合搅拌，固化剂与废弃湿泥的质量比例为5:76；所述的固化剂为：按质量份数计的组份组成：水玻璃0.9份，阳离子聚丙烯酰胺1.0份，硅烷偶联剂(KH-550)0.5份，三异丙醇胺0.07份，月桂基-甲基-甲基-2-苯基丙基聚硅氧烷0.12份，水18份。
(3)挤出成条：使用不同孔径的挤条机将加入固化剂后的湿泥挤出成条，挤出成条的压力为100kpa，挤条机的孔径为5mm；
(4)挤出造粒：条状的湿泥经过轴刀切割挤出成粒，颗粒粒径为5mm；
(5)滚动增强：将成型的骨料放入圆锅造粒机中滚动，滚动时间为20min，并进行裹壳处理，即采用圆盘抛丸机进行抛丸裹壳的方法，向免烧陶粒中每加入1份干混合壳料(水泥占比60wt％、生石灰占比10wt％、玻璃纤维粉占比15wt％、粉煤灰占比15wt％)并喷洒0.5份白乳胶与水的混合液，裹壳时间为30min，通过圆盘拋丸机的离心运动，制备出免烧裹壳陶粒；
(6)制品养护，对成型的骨料表面覆盖保鲜膜养护，养护湿度为85％-95％，养护10天，即得到成品免烧骨料。
本实施例所得的废弃湿泥免烧骨料的筒压强度值为5.7Mpa，吸水率为8.2％，完全符合GBT17431.1—2010《轻集料及其试验方法》的标准要求。
实施例5
一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法，步骤如下：
(1)废弃湿泥的预处理：将废弃湿泥经过脱水处理，脱水处理后的废弃湿泥含水率为40％；
(2)将淤泥固化剂与处理后的废弃湿泥混合搅拌，固化剂与废弃湿泥的质量比例为2:80；所述的固化剂为：按质量份数计的组份组成：水玻璃0.6份，阳离子聚丙烯酰胺0.75份，硅烷偶联剂(KH-550)0.3份，三异丙醇胺0.03份，有机硅助剂0.09份，水20份。
(3)挤出成条：使用不同孔径的挤条机将加入固化剂后的湿泥挤出成条，挤出成条的压力为100kpa，挤条机的孔径为3mm；
(4)挤出造粒：条状的湿泥经过轴刀切割挤出成粒，颗粒粒径为3mm；
(5)滚动增强：将成型的骨料放入圆锅造粒机中滚动，滚动时间为30min，并进行裹壳处理；
(6)制品养护，对成型的骨料表面覆盖保鲜膜养护，养护湿度为85％-95％，养护10天，即得到成品免烧骨料。
本实施例所得的废弃湿泥免烧骨料的筒压强度值为6.7Mpa，吸水率为5.4％，完全符合GBT17431.1—2010《轻集料及其试验方法》的标准要求。
对比例1
与实施例5的区别在于，未经过滚动增强步骤。将其用于与实施例5相同的评价体系，所得的废弃湿泥免烧骨料的筒压强度值为0.7Mpa，吸水率为35.9％。说明滚动增强步骤对挤出造粒制备的废弃土免烧骨料的强度和吸水率具有较大影响。
对比例2
与实施例5的区别在于，所述的固化剂组分中未包含水玻璃。将其用于与实施例5相同的评价体系，所得的废弃湿泥免烧骨料的筒压强度值为2.8Mpa，吸水率为18.6％。说明水玻璃能够促进废弃土和胶凝材料间相互粘结，缺少水玻璃的添加将严重影响本免烧骨料的强度和吸水率。
对比例3
与实施例5的区别在于，所述的固化剂组分中未包含KH550。将其用于与实施例5相同的评价体系，所得的废弃湿泥免烧骨料的筒压强度值为3.7Mpa，吸水率为14.8％。硅烷偶联剂的水解产物有助于促进核壳间的粘结作用，缺少硅烷偶联剂的添加将严重影响本免烧骨料的强度和吸水率。
表1各实验组和对比组内参数汇总
Figure BDA0003649403070000071
图1所示本发明骨料制备的混凝土试件及其微观图，说明了使用挤出造粒制备的免烧骨料在应用于混凝土时，其与水泥石连接紧密，界面性能良好。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种挤出造粒制备废弃土免烧骨料的方法，其特征在于：步骤如下：
(1)废弃湿泥的预处理：将废弃湿泥经过脱水处理，脱水后的废弃湿泥含水率为25％-55％；
(2)将固化剂与处理后的废弃湿泥混合搅拌，固化剂与废弃湿泥的质量比例为1-5：70-80；
(3)挤出成条：使用挤条机将加入固化剂后的湿泥挤出成条，挤出成条的压力为50-150kpa；挤条机的孔径为1-10mm；
(4)挤出造粒：条状的湿泥经过轴刀切割挤出成粒，颗粒粒径为1-10mm；
(5)滚动增强：将成型的骨料放入圆锅造粒机中滚动，并进行裹壳处理，滚动时间为10-60min；
(6)制品养护，对成型的骨料表面覆盖保鲜膜养护，即得到成品免烧骨料。
2.根据权利要求1所述的利用废弃湿泥挤出制备免烧骨料的方法，其特征在于：所述步骤(1)脱水后的废弃湿泥含水率为30％-50％。
3.根据权利要求1所述的利用废弃湿泥挤出制备免烧骨料的方法，其特征在于：步骤(2)所述的固化剂为淤泥固化剂。
4.根据权利要求3所述的淤泥固化剂，其特征在于：所述固化剂由以下按质量份数计的组份组成：水玻璃0.1-1.2份，阳离子聚丙烯酰胺0.1-1.5份，硅烷偶联剂KH-5500.1-0.7份，三异丙醇胺0.005-0.10份，有机硅助剂0.02-0.20份，水13-28份。
5.根据权利要求4所述的淤泥固化剂，其特征在于：所述固化剂由以下按质量份数计的组份组成：水玻璃0.4-0.8份，阳离子聚丙烯酰胺0.6-0.8份，硅烷偶联剂KH-5500.25-0.35份，三异丙醇胺0.02-0.05份，有机硅助剂0.07-0.11份，水18-22份。
6.根据权利要求1所述的利用废弃湿泥挤出制备免烧骨料的方法，其特征在于：所述步骤(2)固化剂与废弃湿泥的质量比例为1.5-2.5：75-80。
7.根据权利要求1所述的利用废弃湿泥挤出制备免烧骨料的方法，其特征在于：所述步骤(3)挤出成条的压力为80-100kpa；挤条机的孔径为2-6mm。
8.根据权利要求1所述的利用废弃湿泥挤出制备免烧骨料的方法，其特征在于：所述步骤(4)颗粒粒径为2-6mm。
9.根据权利要求1所述的利用废弃湿泥挤出制备免烧骨料的方法，其特征在于：所述步骤(5)滚动时间为30-50min。
10.根据权利要求1所述的利用废弃湿泥挤出制备免烧骨料的方法，其特征在于：所述步骤(5)养护湿度为85％-95％，养护7-14天，即得到成品免烧骨料。
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