CN114956752A - 一种基于通沟底泥的免烧陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于通沟底泥的免烧陶粒及其制备方法。该制备方法，包括以下步骤：将通沟底泥和粉煤灰混合，得到混合物料A；向混合物料A中加入碱活化剂，混合均匀，得到混合物料B；其中，碱活化剂为氧化钙和氢氧化钠的混合物；将混合物料B进行碱热活化，得到活化物料C；将活化物料C制成陶粒生球D；将陶粒生球D室温养护得到免烧陶粒。本发明将通沟底泥、粉煤灰作为制备陶粒的主要原料，使得通沟底泥等固体废弃物得到了有效的资源化利用，提高了通沟底泥的附加值，并且降低了陶粒的生产成本；所得免烧陶粒的筒压强度为4.32～7.43MPa，1h吸水率为7.23％～14.4％；本发明的制备方法大大降低了生产陶粒所需能耗。

Description

一种基于通沟底泥的免烧陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及免烧陶粒的制备技术领域，尤其是涉及一种基于通沟底泥的免烧陶粒及其制备方法。
背景技术
通沟底泥是指排水管道养护中疏通清捞上来的沉积物，如不及时清理，既容易减弱排水管道的输送功能造成排水不畅、引发积水和污水冒溢，沉积在管道内的淤泥在雨天又会随雨水进入河道造成对水体的污染。很多城市将通沟底泥未经处理就直接填埋，底泥未经处理，运输成本高、环境代价大、底泥中的有用成分也没有得到较好地利用。如何解决通沟底泥的利用难题成为了一项重要工作。
陶粒是一种轻质骨料，具有球状的外形，表面坚硬，内部呈蜂窝状。根据陶粒制备工艺的不同可将陶粒分为焙烧陶粒和免烧陶粒两种。焙烧陶粒具有良好的性能和孔隙结构，但是焙烧工艺能耗高、成本高以及在1100-1300℃下的高温焙烧产生的有害气体会对环境安全及人类健康造成危害。免烧陶粒生产工艺简单，但其性能较差，主要体现在养护后其强度低，吸水率高等方面，因此迫切需要一种合适的方法来提高免烧陶粒的性能。
中国专利CN112209731A公开了一种纺织类物化污泥基免烧陶粒的制备方法，该发明以水泥、粉煤灰和污泥为原料、水玻璃和聚乙烯醇作为添加剂经过水养过程得到陶粒产品，该制备方法有着废物利用率高，生产能耗低的优点，并且其吸水率最低可达到5％，但是其筒压强度仅为2MPa～4.2MPa。中国专利CN109721297A公开了一种含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒及其制备方法，该发明以污泥、砖渣微粉、矿渣微粉、水泥、珍珠岩、水玻璃、氢氧化钠、氢氧化钙、石膏为主要成分经过蒸汽养护和室温养护过程得到陶粒产品，该发明的优点是基于碱激发胶凝材料体系大量消耗工业固废并利用珍珠岩和石膏水化反应的膨胀性以及砖混微粉的多孔性降低了免烧陶粒的密度，但是其筒压强度仅为2MPa～4MPa，并且其1h吸水率高达15％～25％。
因此，提供一种筒压强度高、吸水率低的免烧陶粒具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于通沟底泥的免烧陶粒及其制备方法，解决现有技术中免烧陶粒筒压强度低、吸水率高的技术问题。
本发明的第一方面提供一种基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
将通沟底泥和粉煤灰混合，得到混合物料A；
向混合物料A中加入碱活化剂，混合均匀，得到混合物料B；其中，碱活化剂为氧化钙和氢氧化钠的混合物；
将混合物料B进行碱热活化，得到活化物料C；
将活化物料C制成陶粒生球D；
将陶粒生球D室温养护得到免烧陶粒。
本发明的第二方面提供一种基于通沟底泥的免烧陶粒，该基于通沟底泥的免烧陶粒通过本发明第一方面提供的基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明将通沟底泥、粉煤灰作为制备陶粒的主要原料，使得通沟底泥等固体废弃物得到了有效的资源化利用，提高了通沟底泥的附加值，并且降低了陶粒的生产成本；通过采用氢氧化钠和氧化钙作为碱活化剂对通沟底泥和粉煤灰进行碱热活化，利用后期水化产物中三维硅铝结构的无定形凝胶N-A-S-H和C-A-S-H/C-S-H凝胶提高免烧陶粒的机械性能，最终使免烧陶粒的筒压强度为4.32～7.43MPa，1h吸水率为7.23％～14.4％；本发明的免烧陶粒的制备方法大大降低了生产陶粒所需能耗。
附图说明
图1是本发明实施例1～6制备的免烧陶粒的筒压强度和吸水率结果图；
图2是本发明实施例5和实施例7～10制备的免烧陶粒的筒压强度和吸水率结果图；
图3是本发明实施例9和实施例11～14制备的免烧陶粒的筒压强度和吸水率结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的第一方面提供一种基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
S1、将通沟底泥和粉煤灰混合，得到混合物料A；
S2、向混合物料A中加入碱活化剂，混合均匀，得到混合物料B；其中，碱活化剂为氧化钙和氢氧化钠的混合物；
S3、将混合物料B进行碱热活化，得到活化物料C；
S4、将活化物料C制成陶粒生球D；
S5、将陶粒生球D室温养护得到免烧陶粒。
本发明所采用的原料为通沟底泥与粉煤灰。通沟底泥成分较复杂，矿物相以石英为主，反应活性较差；粉煤灰在常温下的活性较差，需要经过高温来提高其反应活性。本发明通过碱热活化提高底泥与粉煤灰在常温下的反应活性，加快混合物的水化反应，从而提高产品的性能。本发明的碱活化剂为氧化钙和氢氧化钠的混合物，在这种碱热活化体系下，陶粒在后期养护中的水化反应过程会产生水化硅铝酸钙(C-A-S-H)、水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)，从而更好的提升陶粒的机械性能。
本发明中，按重量百分数计，混合物料A由以下原料组成：通沟底泥20％～100％和粉煤灰0％～80％。优选为，通沟底泥50％～80％和粉煤灰20％～50％。在该范围内，不仅有利于提高免烧陶粒的性能，还减少了粉煤灰的用量，进一步提高了污泥的利用率。更优选为，通沟底泥60％～80％和粉煤灰20％～40％。
本发明中，碱活化剂占混合物料A的10％～20％，优选为12％～18％，更优选为15％。
本发明中，碱活化剂中，氧化钙和氢氧化钠的质量比为1：(0.25～4)，优选为1：(0.9～4)，更优选为1：(0.9～1.8)，更优选为1：(1～1.5)。
在本发明的一些具体实施方式中，通沟底泥中SiO2含量为50％～70％，Al2O3含量为10％～20％；粉煤灰中SiO2含量为30％～55％，Al2O3含量为20％～40％。
在本发明的一些具体实施方式中，通过振磨的方式将混合物料A与碱活化剂混合均匀。
本发明中，碱热活化的温度为450～650℃，优选为550～650℃，更优选为550～600℃，碱热活化的时间为1～3h。
本发明中，将活化物料C加水制成陶粒生球D，且活化物料C与水的用量比为100g：(25～30)mL。
在本发明的一些具体实施方式中，陶粒生球的直径为5～15mm。
在本发明的一些具体实施方式中，将活化物料C置于成球装置中，每100g活化物料C加水25～30mL，启动成球装置使活化物料C成为球形，筛分后得到直径5～15mm的陶粒生球D。进一步地，成球装置为圆盘造粒机，转速为40～60rpm，角度为30°～50°。
本发明中，室温养护的时间为3～28天。
本发明的第二方面提供一种基于通沟底泥的免烧陶粒，该基于通沟底泥的免烧陶粒通过本发明第一方面提供的基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法得到。
本发明以下各实施例中，通沟底泥和粉煤灰的组成和含量见表1。
表1
Figure BDA0003715739310000061
实施例1
本实施例所提供的基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量百分数计，将通沟底泥20％和粉煤灰80％混合，得到混合物料A；
(2)向混合物料A中加入占混合物料A质量7.5％的氢氧化钠和7.5％的氧化钙，混合振磨1min，得到混合物料B；
(3)将混合物料B置于550℃马弗炉中碱热活化1h得到活化物料C；
(4)将活化物料C置于转速50rpm、角度45°的成球盘中，每100g活化物料C加水25mL，启动成球装置使活化物料C成为球形，筛分后得到直径5～15mm的陶粒生球D；
(5)将陶粒生球D放于室温下经过28天的养护过程得到免烧陶粒产品。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为867kg/m3，筒压强度为4.32MPa，1h吸水率为11.74％，其中筒压强度及吸水率性能指标不符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例2
与实施例1不同的是，以重量百分数计，混合物料A由以下原料组成：通沟底泥40％、粉煤灰60％。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为882kg/m3，筒压强度为4.76MPa，1h吸水率为9.60％，其中筒压强度性能指标不符合GB/T 17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例3
与实施例1不同的是，以重量百分数计，混合物料A由以下原料组成：通沟底泥50％、粉煤灰50％。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为875kg/m3，筒压强度为5.27MPa，1h吸水率为7.85％，其中筒压强度及吸水率性能指标符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例4
与实施例1不同的是，以重量百分数计，混合物料A由以下原料组成：通沟底泥60％、粉煤灰40％。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为863kg/m3，筒压强度为5.91MPa，1h吸水率为7.23％，其中筒压强度及吸水率性能指标符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例5
与实施例1不同的是，以重量百分数计，混合物料A由以下原料组成：通沟底泥80％、粉煤灰20％。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为856kg/m3，筒压强度为6.42MPa，1h吸水率为7.41％，其中筒压强度及吸水率性能指标符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例6
与实施例1不同的是，以重量百分数计，混合物料A由以下原料组成：通沟底泥100％。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为841kg/m3，筒压强度为4.92MPa，1h吸水率为11.63％，其中筒压强度及吸水率性能指标不符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例7
与实施例5不同的是，碱热活化温度为450℃。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为887kg/m3，筒压强度为5.24MPa，1h吸水率为11.24％，其中吸水率性能指标不符合GB/T 17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例8
与实施例5不同的是，碱热活化温度为500℃。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为872kg/m3，筒压强度为5.86MPa，1h吸水率为11.16％，其中吸水率性能指标不符合GB/T 17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例9
与实施例5不同的是，碱热活化温度为600℃。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为852kg/m3，筒压强度为6.88MPa，1h吸水率为8.37％，其中筒压强度及吸水率性能指标符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例10
与实施例5不同的是，碱热活化温度为650℃。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为849kg/m3，筒压强度为6.01MPa，1h吸水率为9.61％，其中筒压强度及吸水率性能指标符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例11
与实施例9不同的是，氢氧化钠占混合物料A质量12％、氧化钙占混合物料A质量3％。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为850kg/m3，筒压强度为6.29MPa，1h吸水率为8.95％，其中筒压强度及吸水率性能指标符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例12
与实施例9不同的是，氢氧化钠占混合物料A质量9％、氧化钙占混合物料A质量6％。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为862kg/m3，筒压强度为7.43MPa，1h吸水率为8.27％，其中筒压强度及吸水率性能指标符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例13
与实施例9不同的是，氢氧化钠占混合物料A质量6％、氧化钙占混合物料A质量9％。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为837kg/m3，筒压强度为5.25MPa，1h吸水率为14.4％，其中吸水率性能指标不符合GB/T 17431.1-2010轻集料性能标准。
实施例14
与实施例9不同的是，氢氧化钠占混合物料A质量3％、氧化钙占混合物料A质量12％。
本实施例制备的免烧陶粒，以固体废弃物为原料，在得到养护完成的底泥免烧陶粒后，对陶粒的堆积密度、筒压强度和1h吸水率等性能指标进行测量，其堆积密度为822kg/m3，筒压强度为6.66MPa，1h吸水率为9.83％，其中筒压强度及吸水率性能指标符合GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
为了使本发明的效果更加直观，将以上各实施例制备的免烧陶粒的筒压强度和吸水率结果总结至图1～3。通过图1～3可以看出，本发明制备的免烧陶粒的筒压强度为4.32～7.43MPa，1h吸水率为7.23％～14.4％，均优于现有技术水平。并且，通过进一步优化配方含量以及碱热活化温度，能够进一步提高筒压强度、降低吸水率，使所得免烧陶粒的性能满足GB/T17431.1-2010轻集料性能标准。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将通沟底泥和粉煤灰混合，得到混合物料A；
向所述混合物料A中加入碱活化剂，混合均匀，得到混合物料B；其中，所述碱活化剂为氧化钙和氢氧化钠的混合物；
将所述混合物料B进行碱热活化，得到活化物料C；
将所述活化物料C制成陶粒生球D；
将所述陶粒生球D室温养护得到免烧陶粒。
2.根据权利要求1所述基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，按重量百分数计，所述混合物料A由以下原料组成：通沟底泥20％～100％和粉煤灰0％～80％。
3.根据权利要求1所述基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，按重量百分数计，所述混合物料A由以下原料组成：通沟底泥50％～80％和粉煤灰20％～50％。
4.根据权利要求1所述基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，所述碱活化剂占所述混合物料A的10％～20％。
5.根据权利要求1所述基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，所述碱活化剂占所述混合物料A的15％。
6.根据权利要求1所述基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，所述碱活化剂中，氧化钙和氢氧化钠的质量比为1：(0.25～4)。
7.根据权利要求1所述基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，所述碱热活化的温度为450～650℃，碱热活化的时间为1～3h。
8.根据权利要求1所述基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，所述碱热活化的温度为550～650℃。
9.根据权利要求1所述基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，将活化物料C加水制成陶粒生球D，且活化物料C与水的用量比为100g：(25～30)mL。
10.一种基于通沟底泥的免烧陶粒，其特征在于，所述基于通沟底泥的免烧陶粒通过权利要求1～9中任一项所述基于通沟底泥的免烧陶粒的制备方法得到。
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