申请日2019.02.27
公开(公告)日2019.05.07
IPC分类号C04B28/00; C04B28/14; C04B38/00; C04B38/08; B28B1/00; B28B11/24; B28B17/02; B28C5/00; C04B111/40
摘要
本发明公开了一种含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒及制备方法，以质量份数计，所述免烧陶粒组成包括：污泥20～30份，砖混微粉20～40份，矿渣微粉10～30份，水泥10～20份，石膏0～4份，珍珠岩0～4份，氢氧化钙0～8份，水玻璃0～4份，氢氧化钠0～2份，水6～12份;制备方法包括干燥、搅拌混合、初制坯、造粒、养护等步骤/本发明工艺与传统的烧结式工艺相比具有较多优势，污泥可不需处理，直接用于陶粒生产，降低陶粒成本和技术困难;生产工艺简单，无需大型煅烧设备，且不会产生因煅烧污泥陶粒给环境造成二次污染现象，有利于大量消纳污泥和建筑垃圾，缓解环境污染给城市发展造成的压力。
权利要求书
1.一种含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒，其特征在于：包括以下组分，以质量份数计，
污泥20～30份，
砖混微粉20～40份，
矿渣微粉10～30份，
水泥10～20份，
石膏0～4份，
珍珠岩0～4份，
氢氧化钙0～8份，
水玻璃0～4份，
氢氧化钠0～2份，
水6～12份。
所述污泥含水率大于80%;所述砖混微粉粒径为0～4.75mm，比表面积大于200m2/kg;
所述矿渣微粉的比表面积大于300m2/kg;所述珍珠岩细度为100目以下;所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥;所述氢氧化钠纯度达99%以上;所述水玻璃为液态，质量分数为30%～34%，水玻璃模数为3.0～3.3;所述氢氧化钙为粉末状，纯度99%以上。
2.根据权利要求1所述的含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒，其特征在于：所述砖混微粉为建筑垃圾去除木屑、塑料等杂质后，将剩余废旧砖块和混凝土块混合破碎至粒径不大于4.75mm，比表面积大于200m2/kg;所述矿渣微粉采用高炉炼铁矿渣经磨细所得，比表面积大于300m2/kg;所述珍珠岩为市售膨胀岩，磨细至细度为100目以下;所述氢氧化钠为工业级片碱，纯度达99%以上;水玻璃为液态，质量分数为30%～34%，水玻璃模数为3.0～3.3;所述石膏为工业副产石膏、天然石膏的任意一种或多种的混合物;水为普通自来水。
3.根据权利要求1或2任一所述的含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒，其特征在于：包括以下组分，以质量份数计，
污泥25～30份，
砖混微粉20～30份，
矿渣微粉10～20份，
水泥10～20份，
珍珠岩2～4份，
水玻璃0～4份，
氢氧化钠0～2份，
水6～12份。
4.根据权利要求1或2任一所述的含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒，其特征在于：包括以下组分，以质量份数计，
污泥20份，
砖混微粉32份，
矿渣微粉21份，
水泥10份，
珍珠岩4份，
水玻璃2份，
氢氧化钠1份，
水10份。
5.一种含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤如下：
(1)将待制备使用的水泥、砖混微粉、矿渣微粉、石膏充分干燥;准确测出所述污泥的含水率，计算出所述污泥中的实际含水量，并计算出外掺水的用水量;
(2)将水泥、矿渣微粉、砖混微粉、石膏与氢氧化钙按比例掺入所述污泥中进行混合搅拌，搅拌时间为20～30秒;再将所述外掺水的70%～80%加入混合料中，继续搅拌20～30秒;
(3)将搅拌好的混合料在练泥机中练泥10～20秒，然后从所述练泥机的挤嘴中挤出，再切割成粒径4～20mm的泥丁;
(4)将步骤(3)中生成的泥丁放入圆盘造粒机中，成球盘倾角控制在40～50度之间，转速控制在10～15r/min之间，在所述圆盘造粒机运行的前1～10min，将所述外掺水20%～30%以喷雾形式加入所述成球盘中，然后继续运行圆盘造粒机5～10min，所述泥丁被滚圆成丸状坯体，即陶粒生料球;
(5)将步骤(4)制成的陶粒生料球放入60～65℃蒸汽环境中养护22～24小时后取出，再放入18～22℃、湿度大于95%的环境中养护6～8天，即制成含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒。
6.一种含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤如下：
(1)将待制备使用的水泥、砖混微粉、矿渣微粉、珍珠岩、石膏充分干燥;准确测出所述污泥的含水率，计算出所述污泥中的实际含水量，并计算出外掺水的用水量;
(2)将水泥、矿渣微粉、砖混微粉、珍珠岩按比例掺入污泥中进行混合搅拌，搅拌时间为20～30秒，将所述既定比例的水玻璃和氢氧化钠加入70%～80%的所述外掺水中，充分溶解后，将溶液加入混合料中，继续搅拌20～30秒;
(3)将搅拌好的混合料在练泥机中练泥10～20秒，然后从所述练泥机的挤嘴中挤出，再切割成粒径4～20mm的泥丁;
(4)将步骤(3)中生成的泥丁放入圆盘造粒机中，成球盘倾角控制在40～50度之间，转速控制在10～15r/min之间，在所述圆盘造粒机运行的前1～10min，将所述外掺水20%～30%以喷雾形式加入所述成球盘中，然后继续运行圆盘造粒机5～10min，所述泥丁被滚圆成丸状坯体，即陶粒生料球;
(5)将步骤(4)制成的陶粒生料球放入60～65℃蒸汽环境中养护22～24小时后取出，再放入18～22℃、湿度大于95%的环境中养护6～8天，即制成含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒。
说明书
一种含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及资源再生利用技术领域，具体涉及一种含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒及其制备方法。
背景技术
截至2016年3月，我国已建约4千座城镇污水处理厂，污水处理能力已达到1.7亿m3/d，城市污水处理厂污泥是污水净化过程中产生的沉淀物质，我国每年产生4000万吨市政污泥，预计到2020年，我国的市政污泥产量将达到6000万吨以上。2015年住建部调查显示，我国对污泥的最终处置，堆肥农用约展44%，陆地填埋约占31%，其他处置约占25%，而很多采取了处置形式的，并未得到有效的处理处置。《十三五规划》要求到2020年，城市污泥无害化处理率达到90%，县城达到70%，建制镇达到50%。另外，我国每年产生建筑垃圾20亿吨以上，其中砖块、瓦砾、混凝土块、渣土约占80%。从存量来看，过去50年，中国至少生产了300亿立方米的黏土砖，这在未来50年大都会转化成建筑垃圾。目前，我国建筑垃圾资源化利用率不到10%，远低于西方发达国家90%以上利用率。
污泥再生利用是节约土地、节约资源的重要举措，而现阶段研究较多的是将污泥用于作烧结砖和烧结陶粒，在这方面虽有一定效果，但并未进一步推广。主要原因是烧结工艺要求高，成本较大，且高温生产时会产生大量毒气，严重影响生态环境健康，增大了这项技术运用的困难。另外，近年来我国建筑垃圾增量逐年上涨，我国建筑垃圾一个显著特点是黏土砖和瓷片占主要部分，而纯混凝土块占比小。怎样再生利用污泥和以砖渣为主的建筑垃圾，缓解污泥和建筑垃圾对城市建设和环保所造成的压力，又降低再生产品生产成本和工艺难度，是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明综合利用污泥和建筑垃圾，采用免烧工艺生产陶粒，彻底解决烧结陶粒带来的“二次污染”问题，降低生产成本同时保证陶粒质量。有效缓解污泥和建筑垃圾对城市建设和环保所造成的压力，又有效降低再生产品生产成本和工艺难度，真正做到变废为宝，提高城市固废利用率和环境质量，具有可观的社会效益和环保效益。
为解决上述技术问题，本发明提出一种含污泥和建筑垃圾为主要成分的免烧陶粒，所述免烧陶粒由以下质量份数的组分混合而成：
污泥20～30份，
砖混微粉20～40份，
矿渣微粉10～30份，
水泥10～20份，
石膏0～4份，
珍珠岩0～4份，
氢氧化钙0～8份，
水玻璃0～4份，
氢氧化钠0～2份，
水6～12份;
所述污泥含水率大于80%;所述砖混微粉粒径为0～4.75mm，比表面积大于200m2/kg;
所述矿渣微粉的比表面积大于300m2/kg;所述珍珠岩细度为100目以下;所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥;所述氢氧化钠纯度达99%以上;所述水玻璃为液态，质量分数为30%～34%，水玻璃模数为3.0～3.3;所述氢氧化钙为粉末状，纯度99%以上。
优选地，所述砖混微粉为建筑垃圾去除木屑、塑料等杂质后，将剩余废旧砖块和混凝土块混合破碎至粒径不大于4.75mm，比表面积大于200m2/kg;所述矿渣微粉采用高炉炼铁矿渣经磨细所得，比表面积大于300m2/kg;所述珍珠岩为市售膨胀岩，磨细至细度为100目以下;所述氢氧化钠为工业级片碱，纯度达99%以上;水玻璃为液态，质量分数为30%～34%，水玻璃模数为3.0～3.3;所述石膏为工业副产石膏、天然石膏的任意一种或多种的混合物;水为普通自来水。
优选地，含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒包括以下组分，以质量份数计，
污泥25～30份，
砖混微粉20～30份，
矿渣微粉10～20份，
水泥10～20份，
珍珠岩2～4份，
水玻璃0～4份，
氢氧化钠0～2份，
水6～12份。
优选地，含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒包括以下组分，以质量份数计，
污泥20份，
砖混微粉32份，
矿渣微粉21份，
水泥10份，
珍珠岩4份，
水玻璃2份，
氢氧化钠1份，
水10份。
一种含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤如下：
(1)将待制备使用的水泥、砖混微粉、矿渣微粉、石膏充分干燥;准确测出所述污泥的含水率，计算出所述污泥中的实际含水量，并计算出外掺水的用水量;
(2)将水泥、矿渣微粉、砖混微粉、石膏与氢氧化钙按比例掺入所述污泥中进行混合搅拌，搅拌时间为20～30秒;再将所述外掺水的70%～80%加入混合料中，继续搅拌20～30秒;
(3)将搅拌好的混合料在练泥机中练泥10～20秒，然后从所述练泥机的挤嘴中挤出，再切割成粒径4～20mm的泥丁;
(4)将步骤(3)中生成的泥丁放入圆盘造粒机中，成球盘倾角控制在40～50度之间，转速控制在10～15r/min之间，在所述圆盘造粒机运行的前1～10min，将所述外掺水20%～30%以喷雾形式加入所述成球盘中，然后继续运行圆盘造粒机5～10min，所述泥丁被滚圆成丸状坯体，即陶粒生料球;
(5)将步骤(4)制成的陶粒生料球放入60～65℃蒸汽环境中养护22～24小时后取出，再放入18～22℃、湿度大于95%的环境中养护6～8天，即制成含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒。
优选地，含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤如下：
(1)将待制备使用的水泥、砖混微粉、矿渣微粉、珍珠岩、石膏充分干燥;准确测出所述污泥的含水率，计算出所述污泥中的实际含水量，并计算出外掺水的用水量;
(2)将水泥、矿渣微粉、砖混微粉、珍珠岩按比例掺入污泥中进行混合搅拌，搅拌时间为20～30秒，将所述既定比例的水玻璃和氢氧化钠加入70%～80%的所述外掺水中，充分溶解后，将溶液加入混合料中，继续搅拌20～30秒;
(3)将搅拌好的混合料在练泥机中练泥10～20秒，然后从所述练泥机的挤嘴中挤出，再切割成粒径4～20mm的泥丁;
(4)将步骤(3)中生成的泥丁放入圆盘造粒机中，成球盘倾角控制在40～50度之间，转速控制在10～15r/min之间，在所述圆盘造粒机运行的前1～10min，将所述外掺水20%～30%以喷雾形式加入所述成球盘中，然后继续运行圆盘造粒机5～10min，所述泥丁被滚圆成丸状坯体，即陶粒生料球;
(5)将步骤(4)制成的陶粒生料球放入60～65℃蒸汽环境中养护22～24小时后取出，再放入18～22℃、湿度大于95%的环境中养护6～8天，即制成含污泥和建筑垃圾的免烧陶粒。
本发明的有益效果：
1、本发明将污泥、矿渣微粉和砖混微粉作为免烧陶粒的主要原材料，并添加适量化学剂激发上述材料的火山灰活性成分，形成类似于水泥作用的凝胶，使陶粒具有一定强度。本发明采用的化学激发剂为水玻璃，水玻璃模数和碱含量对胶凝材料的性能影响重大，本发明采用的水玻璃模数和碱含量是通过大量试验验证得出，在此模数和碱含量条件下，上述材料所激发出的凝胶性能最优。另外，由于污泥掺量大，陶粒强度难以保证，且砖混微粉火山灰活性低，早期强度低，所以在陶粒中添加少量组分水泥，既能提高陶粒早期强度，同时又能为后期材料水化反应以及强度发展提供相应碱环境。本发明是基于碱激发胶凝材料体系原理，碱激发胶凝材料被认为是替代水泥的最佳绿色材料，不仅能大量消耗工业废渣，而且所制备的混凝土制品强度高、耐久性好。所以通过后期的养护，本发明陶粒具有较好的强度。另外，珍珠岩和石膏在水化反应后具有一定膨胀性，能降低免烧陶粒的密度，且主材所用的砖混微粉为多孔材料，密度小，同样降低了陶粒密度。
2、本发明工艺与传统的烧结工艺相比具有较多优势。首先，污泥不需处理，如污泥干化处理等都会增加陶粒成本和技术困难;其次，本发明生产工艺简单，无需大型煅烧设备，不会产生因污泥陶粒煅烧过程中给环境带极大污染问题，且陶粒性能达到相关标准要求，有利于大量消纳污泥和建筑垃圾，缓解环境污染给城市发展造成的压力;最后，本发明免烧陶粒以污泥和建筑垃圾为主要成分，原材料成本低，生产一立方本发明陶粒只需200元，现在市场性能指标相当陶粒价格在400元左右一立方，因此本发明具有较好的经济效益。
3、本发明陶粒可用于制备混凝土构件，还可用作各类填充材料，以及用于室内植物种植。
4、本发明免烧陶粒可达到如下技术指标：
(1)粒径范围：4～20mm;
(2)堆积密度：650～800kg/m3;
(3)筒压强度：2～4MPa;
(4)1h吸水率：15%～25%;
(5)煮沸质量损失量：<1%;
(6)硫化物和硫酸盐含量：<0.5%;
(7)有机物含量：合格。
