申请日2019.02.25
公开(公告)日2019.05.03
IPC分类号C04B33/132; C04B38/02
摘要
本发明公开了城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒及其制备方法。一种发泡型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒是由以下的原料组成：城镇污水处理污泥、陶瓷抛光渣、掺合料和发泡剂。一种烧结型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒是由以下的原料组成：城镇污水处理污泥、陶瓷抛光渣和掺合料。同时也公开了这些城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒的制备方法。本发明综合利用城镇污水处理污泥和陶瓷工业固废陶瓷抛光渣粉，提供一种固废资源化新技术，该技术对处理难度较大的城镇污水处理污泥，提供了一种避免二次污染的有效途径。本发明的制备方法具有废渣利用率高、原料来源广泛、工艺清洁环保、步骤简单、生产周期缩短、节约能源等优点。
权利要求书
1.一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，其特征在于：是由以下质量份的原料组成：城镇污水处理污泥10～30份，陶瓷抛光渣35～70份，掺合料15～25份，发泡剂0.5～15份;
所述陶瓷抛光渣中的SiC质量含量≥3.5%。
2.一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，其特征在于：是由以下质量份的原料组成：城镇污水处理污泥15～40份，陶瓷抛光渣35～70份，掺合料15～20份，发泡剂3～15份;所述陶瓷抛光渣中的SiC质量含量<3.5%。
3.一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，其特征在于：是由以下质量份的原料组成：城镇污水处理污泥30～50份，陶瓷抛光渣35～60份，掺合料15～20份;所述陶瓷抛光渣中的SiC质量含量<3.5%。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，其特征在于：城镇污水处理污泥符合GB/T 25031和GB 18918的标准要求。
5.根据权利要求1～3任一项所述的一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，其特征在于：陶瓷抛光渣除SiC外，其他按质量百分比计的组成为：16%～18%Al2O3，60%～70%SiO2，0.4%～0.7%Fe2O3，0.7%～4.0%CaO，3.0%～5.0%MgO，1.0%～2.1%K2O，2.5%～4.0%Na2O，0.23%～0.32%TiO2，3.1%～4.2%烧失量。
6.根据权利要求1～3任一项所述的一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，其特征在于：掺合料为建筑基坑泥、废瓷土中的一种或两种。
7.根据权利要求1或2所述的一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，其特征在于：发泡剂为碳化硅泥、铁泥中的一种或两种。
8.一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒的制备方法，其特征在于：按照权利要求1或2所述的原料组成配料，混料，成球，干燥，焙烧，发泡，出料，得到发泡型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒。
9.一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒的制备方法，其特征在于：按照权利要求3所述的原料组成配料，混料，成球，干燥，焙烧，烧结，出料，得到烧结型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于：各原料配料前均制成粒径<1mm的粉料。
说明书
城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒及其制备方法。
背景技术
陶粒是一种人造无机轻集料，主要用于建筑工程中保温、隔热、轻质墙体、轻集料混凝土、结构用轻质混凝土、建筑装饰等方面，也可用于环保过滤、农业种植等领域。目前，制备陶粒的原料主要来源有，包括粘土、页岩、矿山剥离物、黄土、工业固废、河涌、生活污泥等，经加入膨胀材料、配料等辅助添加剂制备而成。由于开挖粘土、页岩等天然资源会造成水土流失，环境污染，破坏生态，因此粘土陶粒属淘汰类产品。当前采用各种工业固废、建筑淤泥、河道淤泥、生活污泥为基本原料制造陶粒，成为开发热点。
城镇污水处理污泥的资源化是每个城市都关注的重大课题。2015年统计，我国城镇污水处理厂湿污泥(含水率80%)，年产生量约为3359万吨。按照一年300元左右的平均运营费用计算，我国污泥处理的运营潜在市场达百亿以上。2017年我国住房城乡建设部公布了全国城镇建成近4000座污水处理厂，污水处理能力约1.7亿立方米/日，年产生约4964万吨污泥(含水率80%)。长期以来，国家重视污泥资源化问题，作为绿色建材、新墙材资源已建立了相关标准，均对污泥及其生产的人造轻集料和应用到绿色建材产品提出了严格的评价指标要求。近年来我国推出相关标准如下：GB 18918《城镇污水处理厂污染物排放标准》，GB/T 23484《城镇污水处理厂污泥处置分类》，GB/T 26402《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》，GB/T 25031-2018《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》，CJ/T 221《城镇污水处理厂污泥检验方法》，GB/T 35605-2017《绿色建材评价技术要求墙体材料》。
陶瓷抛光渣是建筑陶瓷板生产过程排出的废渣，主要由建筑陶瓷板基料和磨头材料组成，其产生量大，颗粒细，对环境造成严重污染。例如广东省清远地区年排放量约200万吨，将其资源化利用是当务之急。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种以城镇污水处理污泥和陶瓷抛光渣为主料的陶粒制备方法，以克服现有的污泥陶粒需加入较多自然资源——粘土为配料来制备污泥陶粒的问题;本发明的目的之二在于利用陶瓷抛光渣在高温煅烧过程中内发泡机理，产生微小封闭气泡的特性，使之与市政污泥配伍，在提供一种协同处理污泥的技术的同时，又制造一种性能较高的陶粒，克服目前污泥陶粒存在密度大、筒压强度小和吸水率高等问题;本发明的目的之三在于提供一种用于制备建筑构件的污泥瓷渣陶粒，特别是适用于配制钢筋陶粒混凝土制品(1200～1800kg/m3)等的高性能(C15～C40)陶粒混凝土的强度较高的陶粒。
本发明提供的城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒有两类，包括发泡型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒和烧结型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒。其中发泡型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，根据原料中污泥的掺量和陶瓷抛光渣中的SiC质量含量，又可分为低污泥含量的污泥瓷渣陶粒和高污泥含量的污泥瓷渣陶粒，两种发泡型污泥瓷渣陶粒。
本发明所采取的技术方案是：
一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，是由以下质量份的原料组成：城镇污水处理污泥10～30份，陶瓷抛光渣35～70份，掺合料15～25份，发泡剂0.5～15份;所述陶瓷抛光渣中的SiC质量含量≥3.5%。本发明中称这种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒为陶粒Ⅰ，也即低污泥含量的发泡型陶粒。
一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，是由以下质量份的原料组成：城镇污水处理污泥15～40份，陶瓷抛光渣35～70份，掺合料15～20份，发泡剂3～15份;所述陶瓷抛光渣中的SiC质量含量<3.5%。本发明中称这种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒为陶粒Ⅱ，也即高污泥含量的发泡型陶粒。
一种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，是由以下质量份的原料组成：城镇污水处理污泥30～50份，陶瓷抛光渣35～60份，掺合料15～20份;所述陶瓷抛光渣中的SiC质量含量<3.5%。本发明中称这种城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒为陶粒Ⅲ，也即烧结型陶粒。
在本发明中，陶粒Ⅰ或陶粒Ⅱ为发泡型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒，陶粒Ⅲ为烧结型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ中，城镇污水处理污泥符合GB/T 25031和GB18918的标准要求。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ中，城镇污水处理污泥是将城镇污水处理收集的污泥经消毒，去杂，压榨，干燥，粉碎处理后得到的;进一步的，城镇污水处理收集的污泥(或称为市政污泥)原料的含水量为70%～85%。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ中，陶瓷抛光渣除SiC外，其他按质量百分比计的组成为：16%～18%Al2O3，60%～70%SiO2，0.4%～0.7%Fe2O3，0.7%～4.0%CaO，3.0%～5.0%MgO，1.0%～2.1%K2O，2.5%～4.0%Na2O，0.23%～0.32%TiO2，3.1%～4.2%烧失量。
进一步的，陶瓷抛光渣中的SiC质量含量为1.3%～4.8%，其中，陶粒Ⅰ所用的陶瓷抛光渣中的SiC质量含量X为：3.5%≤X≤4.8%;陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ所用的陶瓷抛光渣中的SiC质量含量Y为：1.3%≤Y<3.5%。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ中，掺合料为建筑基坑泥、废瓷土中的一种或两种。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ中，掺合料的建筑基坑泥或废瓷土经去杂、干燥、粉碎成粉末状物料后再使用。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ中，掺和料所述的建筑基坑泥为粘性土，按质量百分比的化学组成如下：55%～80%SiO2，2%～15%Al2O3，5%～25%Fe2O3，0～15%CaO，0～5%MgO，0～3%SO3，3%～15%烧失量。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ中，掺和料所述的建筑基坑泥粒径<0.5mm。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ中，掺和料所述的废瓷土按质量百分比的化学组成为：63.34%～69.58%SiO2，16.15%～22.88%Al2O3，6.62%～8.84%Fe2O3，0.21%～0.36%CaO，0.12%～0.23%MgO，1.25%～2.51%K2O，0.10%～0.35%Na2O，3.34%～4.20%烧失量。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ中，发泡剂为碳化硅泥(SiC泥)、铁泥(Fe2O3铁泥)中的一种或两种;进一步优选的，碳化硅泥中的SiC质量含量>60%;铁泥中的Fe2O3质量含量>60%。
本发明还提供了陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ和陶粒Ⅲ的制备方法。
陶粒Ⅰ或陶粒Ⅱ的制备方法，是按照陶粒Ⅰ或陶粒Ⅱ所述的原料组成配料，混料，成球，干燥，焙烧，发泡，出料，得到发泡型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒。
陶粒Ⅲ的制备方法，是按照陶粒Ⅲ所述的原料组成配料，混料，成球，干燥，焙烧，烧结，出料，得到烧结型城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法中，各原料配料前均制成粒径<1mm的粉料。
优选的，陶粒Ⅰ或陶粒Ⅱ的制备方法，包括以下步骤：
1)原料处理：分别将城镇污水处理污泥、陶瓷抛光渣、掺合料和发泡剂制成粒径小于1mm的粉状材料;
2)配料：采用封闭式计量设备进行配料，用紊流式搅拌机进行匀料;
3)混料：采用封闭式搅拌设备将配料后的原料加入水，混合均匀，得到混合料;
4)成球：采用造粒设备将混合料制成球状颗粒;
5)焙烧：用回转窑对球状颗粒进行干燥，焙烧，发泡处理;
6)出料：冷却出料，得到发泡型陶粒产物。
优选的，陶粒Ⅲ的制备方法，包括以下步骤：
1)原料处理：分别将城镇污水处理污泥、陶瓷抛光渣和掺合料制成粒径小于1mm的粉状材料;
2)配料：采用封闭式计量设备进行配料，用紊流式搅拌机进行匀料;
3)混料：采用封闭式搅拌设备将配料后的原料加入水，混合均匀，得到混合料;
4)成球：采用造粒设备将混合料制成球状颗粒;
5)烧结：用回转窑对球状颗粒进行干燥，焙烧、烧结处理;
6)出料：冷却出料，得到烧结型陶粒产物。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法步骤2)中，封闭式计量设备为封闭式螺旋计量设备。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法步骤3)中，混合料的含水率为26wt%～34wt%。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法步骤4)中，造粒设备具体为强力挤压成条、旋转切割、滚动筛网造粒设备。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法步骤5)中回转窑采用清洁能源，如天然气。
优选的，陶粒Ⅲ的制备方法步骤5)中，焙烧设备为瀑落式回转窑，该回转窑采用清洁能源，如天然气。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法步骤5)中，干燥具体为将物料输入干燥带，300℃～600℃下干燥3min～20min;进一步优选的，干燥具体为在350℃～450℃下干燥3min～10min。
进一步的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法步骤5)中，干燥装置设置于回转窑的尾部，经干燥后的渣粒不经冷却连续输送至回转窑的烧结室中，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ进行焙烧至熔融半熔融状进行膨化发泡;陶粒Ⅲ进行烧结。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法步骤5)中，经过干燥前的物料(球状颗粒)粒径为1mm～8mm。
优选的，陶粒Ⅰ或陶粒Ⅱ的制备方法步骤5)中，焙烧具体为在500℃～1000℃下烧结20min～50min;进一步优选的，焙烧具体为先在500℃～800℃下粘接烧结20min～30min，再在800℃～1000℃下半熔融烧结10min～15min。
优选的，陶粒Ⅰ或陶粒Ⅱ的制备方法步骤5)中，发泡具体为在1000℃～1200℃下发泡3min～20min;进一步优选的，发泡具体为在1000℃～1150℃下发泡3min～5min。
优选的，陶粒Ⅲ的制备方法步骤5)中，烧结具体为在400℃～1050℃下烧结5min～30min。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法步骤5)中，通过回转窑产生的尾气经净化后再排放。
优选的，陶粒Ⅰ、陶粒Ⅱ或陶粒Ⅲ的制备方法步骤6)中，冷却出料采用的是节能型冷却装置，回收热风循环使用。
下面进一步对本发明城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒所用的原料说明如下：
城镇污水处理污泥：本发明所用的污泥达到国家标准以下要求，嗅觉、稳定化指标、理化指标、烧失量、放射性核素指标、污染物浓度限值、卫生学指标、大气污染物排放指标以及污泥掺量应少于10%。本发明按污泥泥质不同级别，将污泥掺量分别控制在10～40%，提高污泥掺量。
陶瓷抛光渣：按现有陶瓷抛光渣成份，据SiC质量含量不同，当SiC低于3.5%，采用辅助发泡剂SiC泥或铁泥，制备轻质陶粒;或不掺入辅助发泡剂铁泥，制备烧结型高强陶粒。
掺合料：主要增加物料粘塑性，采用干粉状，充分均匀分散于混合料中。
本发明的有益效果是：
本发明的制备方法具有废渣利用率高、原料来源广泛、工艺清洁环保、步骤简单、生产周期缩短、节约能源等优点。
与现有技术相比，本发明公开的城镇污水处理污泥陶瓷抛光渣陶粒具有以下优点：
第一，综合利用城镇污水处理污泥和陶瓷工业固废陶瓷抛光渣粉，提供一种固废资源化新技术，固废总掺量达70%或以上。该技术对处理难度较大的城镇污水处理污泥，提供了一种避免二次污染的有效途径。
第二，利用陶瓷抛光渣可制备高性能陶粒的特点，在保证陶粒产品性能的条件下，掺入一定量的污泥，既起到协同处理污泥的作用，又可得到较高性能的污泥瓷渣陶粒产品。
第三，为了充分利用不同品质的陶瓷抛光渣，分别利用不同发泡机理制备污泥瓷渣陶粒。对SiC含量高的陶瓷抛光渣，采用加入废陶土类掺合料和利用本身的SiC发泡制得轻质污泥瓷渣陶粒;对SiC含量小的陶瓷抛光渣，采用加粘土类掺合料和铁泥发泡剂，制得轻质污泥瓷渣陶粒。
第四，对SiC含量小的陶瓷抛光渣，采用不掺发泡剂，利用烧结机(瀑落式窑)工艺，制备烧结型高强污泥瓷渣陶粒。
