申请日2011.05.25
公开(公告)日2011.11.30
IPC分类号C04B18/30; C04B30/00
摘要
本发明涉及一种高掺量自来水厂污泥烧结砖及其制备方法，属于制砖技术领域。其特征在于其固化材料和内燃料的选取及含量为：自来水厂污泥：以含水率6%干重计30%~40%;淤泥：以含水率6%干重计30%~40%;膨润土尾矿：0%~15%;粉煤灰：5%~10%;煤矸石或炉渣：10%~25%;各组分均为重量干重百分比计。本发明采用目前废弃的自来水厂污泥为主要制砖原料，污泥利用率高，自然资源用量少，相对传统普通烧结砖自重轻，能耗少，强度高，并具有较好的保温效果和隔声性能，可产生显著的经济效益和环境效益。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.一种高掺量自来水厂污泥烧结砖，其特征在于其固化材料和内燃料的选取及含量为：
自来水厂污泥：以含水率6%干重计30%~40%;
淤泥：以含水率6%干重计30%~40%;
膨润土尾矿：0%~15%;
粉煤灰：5%~10%;
煤矸石或炉渣：10%~25%;
各组分均为重量干重百分比计。
2.根据权利要求1所述的高掺量自来水厂污泥烧结砖，其特征在于：上述淤泥为太湖淤泥。
3.根据权利要求1所述的高掺量自来水厂污泥烧结砖，其特征在于：上述粉煤灰为F类二级粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的高掺量自来水厂污泥烧结砖，其特征在于：上述膨润土尾矿的粒径≤0.5mm。
5.根据权利要求1所述的高掺量自来水厂污泥烧结砖，其特征在于：上述煤矸石或炉渣的粒径≤1mm。
6.权利要求1至5所述高掺量自来水厂污泥烧结砖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、将自来水厂污泥、淤泥、膨润土尾矿、粉煤灰、煤矸石或炉渣送入箱式给料机混合，然后通过皮带机传送到双轴搅拌机中强力搅拌均匀;
(2)、将上述混合料陈化后用双级真空挤砖机挤压制成不同形状和尺寸的砖坯;
(3)、利用焙烧窑余热对砖坯进行干燥，使砖坯含水率在10%以下;
(4)、将干燥好的砖坯在隧道窑中以900℃~1000℃高温焙烧。
7.根据权利要求6所述自来水厂污泥烧结砖的制备方法，其特征在于：该方法用于烧结实心砖，或多孔砖，或空心砖。
说明书 [支持框选翻译]
高掺量自来水厂污泥烧结砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高掺量自来水厂污泥烧结砖及其制备方法，属于制砖技术领域。
背景技术
随着我国大规模土木工程建设的不断推进，砖作为围护结构材料的需求量也日益增大。在很多地区，烧结砖还是以粘土为主要原料，不仅破坏耕地，而且这种实心粘土砖生产能耗高、保温效果差、砖体笨重，应用过程中有诸多不便。随着国家“禁实限粘”政策的深入贯彻和落实，采用非粘土原料制备新型墙体材料的研究已如火如荼，这对保护耕地、节约能源、改善建筑功能和提高住宅质量具有重要意义。
自来水厂经对原水处理后产生大量有毒有害污泥，该污泥主要来自絮凝沉淀池和滤池反冲洗排泥水，经浓缩-消化-机械脱水处理后所得。目前自来水厂污泥经机械脱水后是陆上堆弃或卫生填埋，这样不仅占用大量土地资源，增加自来水公司处理污泥的成本，也对周边环境甚至地下水及江、河水资源造成污染。鉴于污泥中的矿物成分是许多建材的主要组分，将污泥作为一种资源加以有效利用，是实现其无害化的有效方式，且城镇都有自来水厂，污泥量有保证，可实现规模化生产。同时，近年来太湖淤泥的清理量很大，如不加以有效处置亦将占用大量田地，造成二次污染。
目前，有关的专利报道主要有以下这些：
中国专利文献CN 101830687A公开的《淤污泥制砖方法》，其配比为：淤泥和污泥60~70%(含水率60%左右)，粉煤灰5~8%，糠或木屑3~5%，细煤渣18~20%，黑砂4~7%，已有部分产品投入生产应用。
中国专利文献CN 1413939A公开的《污泥烧结砖生产方法》，其方案是：污泥一般为5~50%(湿污泥)，常用为30~50%，其余为页岩份，常规制坯烧砖。该方案虽能消耗一定量污泥，但其未掺量内燃料，烧砖能耗高，且仍需要大量消耗页岩资源。
中国专利文献CN 101219887A公开的《城市污泥砖及城市污泥砖的制备方法》，其配比为：城市污泥30份，页岩粉40~80份，三氧化二铝0~5份，优选2~4份，三氧化二铁0~4份，优选1~3份，氧化钙优选0~8份，优选4~6份。该方案的缺陷在于所用原料组分多，成本高且难以控制。
关于自来水厂给水污泥的综合利用鲜有报道，将其用于制砖研究还是空白，且大多污泥烧结砖中污泥利用率较低，掺量均低于25%(以干重计)。因此，采用高掺量的给水污泥开展制砖研究具有显著的经济和环境效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种高掺量自来水厂污泥烧结砖及其制备方法。
一种高掺量自来水厂污泥烧结砖，其特征在于其固化材料和内燃料的选取及含量为：自来水厂污泥：以含水率6%干重计30%~40%;淤泥：以含水率6%干重计30%~40%;膨润土尾矿：0%~15%;粉煤灰：5%~10%;煤矸石或炉渣：10%~25%;各组分均为重量干重百分比计。
所述高掺量自来水厂污泥烧结砖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、将自来水厂污泥、淤泥、膨润土尾矿、粉煤灰、煤矸石或炉渣送入箱式给料机混合，然后通过皮带机传送到双轴搅拌机中强力搅拌均匀;(2)、将上述混合料陈化后用双级真空挤砖机挤压制成不同形状和尺寸的砖坯;(3)、利用焙烧窑余热对砖坯进行干燥，使砖坯含水率在10%以下;(4)、将干燥好的砖坯在隧道窑中以900℃~1000℃高温焙烧。
自来水厂污泥一般不同于城市污水厂活性污泥或造纸厂污泥，其有机物含量通常在15%~25%之间，无机物含量较高。以来自无锡自来水厂污泥为例其主要成分是：SiO2，44.26%;Al2O3，23.62%;Fe2O3，6.3%;CaO，1.36%;MgO，0.68%;K2O，1.85%;Na2O，0.65%;烧失量为19.96%。而城市污水厂活性污泥或造纸厂污泥有机物含量通常在30%~45%之间，烧失量高，这就限制了其高掺量的应用。然而，如果仅利用自来水厂污泥来制砖，砖体强度低(实心砖强度不超过4.0~6.0MPa)，吸水率高达40%，线性收缩大，易松散开裂，综合性能较差，达不到一般建筑用墙体材料的性能要求，需采用固化材料对其改性。本发明以自来水厂污泥为主要原料，掺量淤泥、膨润土尾矿或两者复掺作为固化材料，掺量粉煤灰和煤矸石或炉渣作为内燃料生产烧结砖。
膨润土尾矿是优选膨润土后的遗弃物，常常只是用于填坑和筑路，工程经济值较低，但其属强粘结性粘土，结合瘠性料的能力非常强，其可塑性极好，塑性指数可达32~40，高于任何粘土、岩石和煤矸石，化学性能稳定，与其他制砖原料有良好的相容性，可以大幅度提高污泥的用量。太湖淤泥目前的利用率很低，颗粒微细、可塑性高、含砂量少，是可用的制砖原料;考虑到制砖经济性以及提高烧砖过程中的热值，同时掺加适量的无锡或周边热电厂提供的粉煤灰、煤矸石或炉渣。
为此，本发明提供一种环保型、节能型烧结砖，污泥作为制砖原料在高温焙烧时使得污泥无害化，重金属得到有效固化，防止二次污染，污泥中有机物质又可以作为烧结砖的内燃料，降低了能源消耗，且有机物经高温焙烧后分解逸出而留下微孔，质轻，空隙多，具有一定的保温隔热和隔音性能。
本发明不改变现行的制砖工艺流程，但通过原料优选和科学配伍，以自来水厂污泥作为主要制砖原料，有效解决自来水厂污泥处置难的问题，且烧结砖性能良好，无泛霜或石灰爆裂，砖体吸水率在19%~24%之间，抗压强度在10MPa~20MPa之间，可做承重墙体使用。本技术可复制性较好，具有极大的示范推广价值和广阔的市场应用前景。
本发明可以用于烧结实心砖，或多孔砖，或空心砖。
如上所述粉煤灰为F类二级粉煤灰，F类粉煤灰CaO含量低，对烧结砖有利，且来源较广、价格便宜，综合效果好。
如上所述膨润土尾矿的粒径≤0.5mm、煤矸石或炉渣的粒径≤1mm，原料粒度越细，其比表面积越大，水分渗透越好，坯料的塑性也越好，有利于坯体的成型。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1
污泥烧结砖，由下列原料按重量百分比配比：
无锡自来水厂污泥：40%，以含水率6%干重计
太湖淤泥：30%，以含水率6%干重计
膨润土尾矿：10%
粉煤灰：10%
煤矸石：10%
上述原料中，作为原料的自来水厂污泥为机械脱水或晒干后的污泥;作为原料的太湖淤泥为晒干且为除杂后的淤泥。按照权利要求说明书中的第4条进行焙烧即成烧结砖成品。砖体密度为1.41g/cm3，实测实心砖抗压强度为13.3MPa，吸水率为22%，外观质量好，可作承重墙体使用。
实施例2
污泥烧结砖，由下列原料按重量百分比配比：
无锡自来水厂污泥：30%，以含水率6%干重计
太湖淤泥：30%，以含水率6%干重计
膨润土尾矿：15%
粉煤灰：10%
煤矸石：15%
上述原料中，作为原料的自来水厂污泥为机械脱水、晒干后的污泥;作为原料的太湖淤泥为晒干且为除杂后的淤泥。按照权利要求说明书中的第4条进行焙烧即成烧结砖成品。砖体密度为1.45g/cm3，实测实心砖抗压强度为15.9MPa，吸水率为20%，外观质量好，可作承重墙体使用。
实施例3
污泥烧结砖，由下列原料按重量百分比配比：
无锡自来水厂污泥：40%，以含水率6%干重计
太湖淤泥：40%，以含水率6%干重计
膨润土尾矿：0%
粉煤灰：10%
煤矸石：10%
上述原料中，作为原料的自来水厂污泥为机械脱水、晒干后的污泥;作为原料的太湖淤泥为晒干且为除杂后的淤泥。按照权利要求说明书中的第4条进行焙烧即成烧结砖成品。砖体密度为1.38g/cm3，实测实心砖抗压强度为11.8MPa，吸水率为25%，外观质量好。
实施例4
污泥烧结砖，由下列原料按重量百分比配比：
无锡自来水厂污泥：30%，以含水率6%干重计
太湖淤泥：40%，以含水率6%干重计
膨润土尾矿：0%
粉煤灰：5%
煤矸石：25%
上述原料中，作为原料的自来水厂污泥为机械脱水、晒干后的污泥;作为原料的太湖淤泥为晒干且为除杂后的淤泥。按照权利要求说明书中的第4条进行焙烧即成烧结砖成品。砖体密度为1.32g/cm3，实测实心砖抗压强度为12.6MPa，吸水率为23%，外观质量好，可作承重墙体使用。
本发明采用目前废弃的自来水厂污泥为主要制砖原料，无需粘土，不仅可对弃置的自来水厂污泥进行有效的资源化利用，还可解决太湖生态清淤过程中的淤泥处置问题，避免了市政污泥堆积或填埋对耕地造成的破坏及对环境带来的污染。本发明污泥利用率高，自然资源用量少，相对传统普通烧结砖自重轻，能耗少，强度高，并具有较好的保温效果和隔声性能，可产生显著的经济效益和环境效益。应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明而并不用于限定本发明。凡依本发明申请专利范围所作的变动，皆为本发明专利的涵盖范围。
