申请日2019.09.11
公开(公告)日2019.11.22
IPC分类号C04B38/06; C04B38/00; C04B33/32; C04B33/132; C04B33/13
摘要
本发明公开了一种钢铁厂综合废水污泥基保水材料及其制备方法，该方法包括如下步骤：1)经干化工艺，将污泥含水率降低至10%～15%;2)向干化后的污泥中加入熔剂辅料和造孔剂并混合均匀，其中污泥占65%～85%，熔剂辅料占10～30%，造孔剂占2%～5%;3)干燥预热，使物料含水率降低到2%以下，温度升高到240～350℃;4)进行烧结，烧结时间为10～20min，温度为800～1150℃;5)冷却，破碎，筛分，所得粒径小于16mm的物料即为本发明所提供的钢铁厂综合废水污泥基保水材料。本发明保水材料所采用的制备原料绝大部分为废水污泥，污泥掺量高，成本低;产品孔隙率高，功能性好，无污染，附加值高，可广泛应用，具有良好的技术经济性。
权利要求书
1.一种钢铁厂综合废水污泥基保水材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)以钢铁厂综合废水污泥为原料，经干化工艺，将含水率降低至10%～15%;
2)向干化后的污泥中加入熔剂辅料和造孔剂并混合均匀，其中污泥占混合后物料总重的65%～85%，熔剂辅料占混合后物料总重的10～30%，造孔剂占混合后物料总重的2%～5%;
3)对混合后物料进行干燥预热，使物料含水率降低到2%以下，并使物料温度升高到240～350℃;
4)对干燥预热后物料进行烧结，烧结时间为10～20min，烧结温度为800～1150℃;
5)将烧结后的物料冷却至200℃以下，再送入破碎机进行破碎，随后进行筛分，将粒径大于16mm的物料返回破碎机，粒径小于16mm的自然级配作为保水材料产品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，钢铁厂综合废水污泥按干基重量百分比计包括如下化学成分：21%≤Fe2O3≤45%，5%≤CaO≤15%，MgO≤5%，15%≤SiO2≤30%，5%≤Al2O3≤20%，K2O≤2%，Na2O≤2%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，熔剂类辅料包括生石灰、消化石灰中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，造孔剂为淀粉、碳酸氢铵、尿素、PMMA中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，混合时间为30～60s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，采用链篦机进行干燥预热，其步骤为：3.1)通过布料器将混合后物料散布在链篦机的进料口，料层厚度为50～70cm;3.2)通过链篦机进行干燥预热，链篦机入口温度为130～170℃，出口温度为240～350℃，链篦机内加热时间为2～4min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，烧结温度为850～1050℃。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，冷却所采用的冷却设备包括环形炉或竖炉;所述破碎机包括颚式破碎机、圆锥破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、对锟破碎机或立轴破碎机中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，保水材料产品的粒度特征是小于1mm的颗粒质量不大于10%。
10.一种采用如权利要求1～9中任一项所述的制备方法制得的钢铁厂综合废水污泥基保水材料。
说明书
钢铁厂综合废水污泥基保水材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种保水材料，特别是指一种钢铁厂综合废水污泥基保水材料及其制备方法。
背景技术
钢铁厂综合废水水站在污水处理回用及排放过程中产生大量废水污泥，缺乏有效资源化利用手段，对周边环境造成污染。
海绵城市，国际上称为“低影响开发雨水系统构建”，是新一代城市雨洪管理概念，它是指城市能够像海绵一样，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用，实现雨水在城市中自由迁移。在海绵城市的建设过程中，种植土层透水与保水性矛盾突出。一方面，种植土需要有一定的渗透速率，以满足海绵城市雨水下渗排水需求，另一方面，种植土过高的渗透率造成土体水分、营养流失影响植物存活和生长，浇水、补肥量大，维护困难。
无机保水材料是一种具有较大孔隙率和吸水性能的陶质材料，在保水材料干燥，外界湿润时可从外界吸收大量水分，而在外界干燥时又能将吸收的水分释放。在雨水花园等设施中，无机保水材料可铺设在植物根系周围，从而实现在下雨时保水保肥，在干燥时向植物提供水和养分的功能。
水处理污泥作为保水材料已有大量研究。比如，罗艳丽等人研究了城市污泥做保水剂的功能，通过土培实验，在砂土、壤土和粘土中加入不同质量的污泥，研究污泥对不同质地土壤的保水效果，结果表明污泥可显著提高土体持水能力。陈晓蓉等研究了污泥保水功能及放置方式的保水效果，获得了污泥具有较强保水性实验结论。这些研究主要针对将污泥直接混入土体内做保水材料使用，但是由于污泥本身颗粒细，直接应用虽然具有保水效果，但同时降低了土体渗透速率，难以满足海绵城市雨水花园等排水要求。
马小鹏等人提供了一种海绵性绿色无机蓄水材料及其制备方法(申请号CN201610323603.4)，以钼尾矿、关中黄土为主要原料，制造工艺包括混合、烧结、破碎等过程。蹇守卫等人提供了一种高性能蓄水材料的制备方法(申请号CN201610323603.4)，利用黏土质原料、生物质原料、高温液相促进剂，高温发泡剂，塑性增强剂等原料制备，实现河道淤泥的资源化利用。但是，由于原料成分和性质区别，这些方法不能实现对钢铁厂综合废水污泥的大量利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兼具良好保水性与透水性的钢铁厂综合废水污泥基保水材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所提供的钢铁厂综合废水污泥基保水材料的制备方法，包括如下步骤：
1)以钢铁厂综合废水污泥为原料，经干化工艺，将含水率降低至10%～15%(本发明中的百分数，凡未特别指出，均为重量百分数);
2)向干化后的污泥中加入熔剂辅料和造孔剂并混合均匀，其中污泥占混合后物料总重的65%～85%，熔剂辅料占混合后物料总重的10～30%，造孔剂占混合后物料总重的2%～5%;
3)对混合后物料进行干燥预热，使物料含水率降低到2%以下，并使物料温度升高到240～350℃;
4)对干燥预热后物料进行烧结，烧结时间为10～20min，烧结温度为800～1150℃;
5)将烧结后的物料冷却至200℃以下，冷却时可以回收余热用于干化工艺或者发电;物料再送入破碎机进行破碎，随后进行筛分，将粒径大于16mm的物料返回破碎机，粒径小于16mm的自然级配作为保水材料产品。
优选地，所述步骤1)中，干化工艺采用自然干燥和/或强制干燥。
优选地，所述步骤1)中，钢铁厂综合废水污泥按干基重量百分比计包括如下化学成分：21%≤Fe2O3≤45%，5%≤CaO≤15%，MgO≤5%，15%≤SiO2≤30%，5%≤Al2O3≤20%，K2O≤2%，Na2O≤2%，余量为结晶水、有机物及其它不可避免的成分。
优选地，所述步骤2)中，熔剂辅料包括生石灰、消化石灰中的一种或两种的混合物。
优选地，所述步骤2)中，造孔剂为淀粉、碳酸氢铵、尿素、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一种或几种的混合物。
优选地，所述步骤2)中，混合时间为30～60s。
优选地，所述步骤3)中，采用链篦机进行干燥预热，其步骤为：3.1)通过布料器将混合后物料散布在链篦机的进料口，料层厚度为50～70cm;3.2)通过链篦机进行干燥预热，链篦机入口温度为130～170℃，出口温度为240～350℃，链篦机内加热时间为2～4min。链篦机工艺稳定性好，不易发生堵料，预热能力强，不易发生预热不均匀等情况，工作效率高。
优选的，所述步骤4)中，烧结温度为850～1050℃。
优选地，所述步骤5)中，冷却所采用的工艺设备包括环形炉或竖炉;所述破碎机包括颚式破碎机、圆锥破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、对锟破碎机或立轴破碎机中的一种或几种的组合(这里的组合是指先后经过不同破碎机进行破碎)。
优选地，所述步骤5)中，保水材料产品的粒度特征是小于1mm颗粒质量不大于10%。
本发明还提供了经由上述方法制备得到的钢铁厂综合废水污泥基保水材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明中综合废水污泥掺量达到65～85%，可大量消纳难利用的废水污泥，解决钢铁厂综合废水污泥资源化利用问题，降低企业环境风险;
2)本发明提供的保水材料产品蓄水能力达到70%以上，比干化污泥具有更好的保水效果，同时产品颗粒大，直接应用于海绵城市雨水花园种植土层，可改善种植土渗透率，即保证了雨水下渗又为植物生长提供了水分;
3)本发明针对钢铁厂综合废水污泥本身成分特性，添加石灰类物质作为熔剂辅料，一方面，石灰的加入使得混合物熔点降低，易于形成液相，有利于烧结，另一方面，补充了污泥中石灰等碱性物质不足，在高温烧结过程中石灰与污泥中的Fe2O3、SiO2等成分反应生成铁酸钙、硅酸钙等物质形成黏结相，提高产物强度;
4)本发明保水材料制备原料绝大部分为废水污泥，污泥掺量高，成本低;产品孔隙率高，功能性好，无污染，附加值高，可广泛应用，具有良好的技术经济性。（发明人康凌晨;刘瑛;李丽坤;赵春辉;林义）
