CN108101575A - 一种高掺量污泥凹土陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高掺量污泥凹土陶粒及其制备方法，属于建筑材料技术领域。为了解决现有的污泥陶粒易出现黑芯的问题，提供一种高掺量污泥凹土陶粒及其制备方法，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：凹土：65％～73％；压滤污泥：12％～15％；页岩：8.0％～12％；脱水污泥：7.0％～8.0％；方法包括按照上述陶粒中各原料的成分比例选取原料烘干和磨粉处理，得到相应的预处理原料；再与凹土和脱水污泥进行混合后，造粒成球，在300℃～400℃的条件下进行预烘烤处理；再在1100℃～1200℃的条件下进行烧结处理。本发明能够实现低堆积密度，达到300级的要求，且筒压强度高、低吸水率以及无会出现黑芯的效果。

Description

一种高掺量污泥凹土陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高掺量污泥凹土陶粒及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
陶粒大多是以页岩、粉煤灰等为原料，经加工成球形，再经过高温快速焙烧膨胀而成，是一种轻质且有一定强度的内部具有蜂窝状的轻集料。由于陶粒具有优异的性能如密度低、筒压强度高和孔隙率高等性能，被广泛的应用在建材、园艺、耐火保温材料等领域。
但是，现有的陶粒基本是是采用粘土、页岩等天然原料和粉煤灰烧制而成。而采用页岩为主要原料的陶粒，由于各地区的页岩的化学组成情况不同，很难保证页岩陶粒的性能，也相应的增加了工艺难度，且其烧胀温度较高，也增加了生产的能耗。而另一方面，为了提高对污泥的综合利用，也有采用污泥或淤泥作为陶粒的原料掺入进行利用，但是其污泥的掺入量并不高，不超过10％(按干基折算)，并不能很好的利用大量的污泥。虽然，也有大部分采用淤泥和污泥作用陶粒原料进行加工而成的。但是，由于污泥或淤泥中含有大量的有机物，在烧制的过程中产生的多余碳不能被较好的还原完全而残留在陶粒内，从而产生黑芯现象，影响陶粒产品的质量。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种高掺量污泥凹土陶粒及其制备方法，解决的问题是如何实现提高污泥的掺量且避免出现黑芯的现象。
本发明的目的之一是通过以下技术方案得以实现的，一种高掺量污泥凹土陶粒，其特征在于，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：65％～73％；压滤污泥：12％～15％；页岩：8.0％～12％；脱水污泥：7.0％～8.0％；所述压滤污泥的含水率≤2％，所述脱水污泥的质量百分数按干基折算。
本发明通过以凹土为主要原料，能够有效的提高污泥的总含量，使更高效的处理污泥；且通过提高污泥的总掺量后也能够使陶粒的堆积密度达到300级的要求，有利于更好的降低陶粒的容重。虽然，凹土的主要成分是以SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO为主，但是，通常的凹土中Fe2O3含量相对较低，而污泥中存在的大量有机物在高温烧制的过程中有机物被充分氧化还原分解后，形成的多余的碳元素需要有足量的Fe2O3存在下，才能较好且充分的完全分解作用。而如果仅以凹土为主要原料，污泥的总掺量过多的情况下就容易使陶粒出现黑芯现象，所以，通过掺入一定量的页岩，能够使原料中的Fe2O3量保持在较高的范围内，从而能够使污泥中的有机物在分解的过程中产生的多余碳被完全分解，有效的解决出现黑芯现象，提高陶粒的质量，且使制得的陶粒也具有较好的筒压强度性能和吸水率。
在上述高掺量污泥凹土陶粒中，作为优选，所述页岩中Fe2O3的含量为4.0％～7.0％。能够进一步的陶粒的原料中具有足够的Fe2O3来氧化还原分解多余的碳，使更有效的避免出现黑芯的现象，保证陶粒的质量性能。作为进一步的优选，所述页岩中Fe2O3的含量为6.0％～6.5％。
在上述高掺量污泥凹土陶粒中，作为优选，所述凹土中含有52％～55％的SiO2和1.0％～2.0％的Fe2O3。使选取的凹土具有较高的SiO2含量，使烧制成的陶粒具有较高的强度性能和降低烧胀时的温度要求，而使凹土中含有尽量高的Fe2O3目的也是为了提高其在陶粒中总体含量，使能够有效避免出现黑芯的效果。
在上述高掺量污泥凹土陶粒中，其中的脱水污泥一般是指含水量在40％以上的污泥。因此，通常在添加脱水污泥时大多是按照折算成干基计算，使能够提高污泥掺入量的准确性。作为进一步的优选，所述脱水污泥的含水率为50％～80％。由于采用压滤污泥和脱水污泥结合使用，能够使有效的提高掺入脱水污泥的能力，这样就避免了对脱水污泥进行更进一步的脱水处理，避免了复杂的污泥脱水处理，提高生产效率；同时，又能够保证陶粒产品的性能。
在上述高掺量污泥凹土陶粒中，作为优选，所述压滤污泥中有机物的含量为50％～70％。使陶料原料中具有大量的有机物，这样在烧制的过程中有机物会补大量的分解而出现烧失的效果，使陶粒内产生的气体逸出，从而使陶粒达到膨胀的效果；同时，使有机物控制在该范围内还为了使其能够被更充分和有效的分解，保证不会出现黑芯的效果。作为进一步的优选，所述脱水污泥中按干基折算有机物的含量为50％～70％。同样是为了使陶粒能够更好的膨胀和避免出现黑芯现象。进一步的讲，不管是压滤污泥和脱水污泥，其污泥中均会含有无机成份SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO等化合物为主，这些成分与凹土和页岩的成分均较相近，因此，加入的污泥原料同样能够起到保证陶粒强度的性能，且还含有大量的有机物(按干基算，一般约占50％～80％)，有机物的存在，能够使烧制的过程中被烧失而放出气体，使陶粒形成膨胀的效果，提高孔隙率，使具有较好的吸水率的效果。
本发明的目的之二是通过以下技术方案得以实现的，一种高掺量污泥凹土陶粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、按照上述陶粒中各原料的成分比例，选取原料压滤污泥进行烘干处理，使压滤污泥的含水率控制在2％以内，再进行磨粉处理，得到相应的预处理原料；
B、将上述磨粉处理的原料、凹土和脱水污泥进行混合后，进行造粒成球，在300℃～400℃的条件下进行预烘烤处理；
C、将经过预烘烤处理的陶粒加入焙烤窑中并控制温度在1100℃～1200℃的条件下进行烧结处理，得到相应的污泥凹土陶粒。
通过先将压滤污泥进行烘干处理以确保该原料的含水率控制在2％以内，这样使有利于提高污泥总掺量，使能够进一步掺入脱水污泥的量，使陶料的原料中含有大量的有机物，使在烧制的过程中能够实现陶粒的膨胀效果，且通过结合加入的主原料凹土和页岩的协同作用，通过在高温烧制的过程中也能够有效且充分的分解有机物分解过程中产生的多余碳，实现避免陶粒出现黑芯的效果。而通过在300℃～400℃进行预烘烤处理，能够预先降低陶粒中的水份含量，提高成型的陶粒的形状完整性，保证颗粒的粒度要求，最后，再在高温条件下进行烧制，也能够更好的保证形成的陶粒具有较好的筒压强度和吸水率性能。且采用本发明的原料加入陶粒，烧制温度只需在1100℃～1200℃的温度范围即可，有利于降低烧制温度的能耗，达到节能的效果。
在上述高掺量污泥凹土陶粒的制备方法中，作为优选，步骤B中所述预烘烤处理后使陶粒的含水率≤15％。有利于避免后续高温烧制过程中陶粒出现破碎的现象，提高陶粒的颗粒度要求，且也有利于陶粒烧制成型后具有较好的吸水性能。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.通过采用凹土为主原料，结合加入的页岩和污泥含量，使能够实现较低的堆积密度，使陶粒能够达到300级的轻集料的要求，还具有较高的筒压强度和吸水率的性能以及能够有效避免陶粒出现黑芯的现象，提高了陶粒的综合质量。
2.通过先将压滤污泥进行烘干处理，使其水份控制在2％以内，使能够直接添加含水量较高的脱水污泥，有利于提高污泥的总掺入量，使在后续的烧制过程中陶粒能够更好的烧胀，提高陶粒的性能，使具有较好的吸水率效果。
3.通过采用本发明的陶粒原料，能够在较低的烧胀温度下实现陶粒膨胀的效果，有利于实现降低能耗的效果。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：65％；压滤污泥：15％；页岩：12％；脱水污泥：8.0％；其中，压滤污泥的含水率≤2％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为50％。
上述高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法如下：
按照上述陶粒中各原料的成分比例，选取原料压滤污泥进行烘干处理，烘干温度控制在50℃～60℃，烘干过程中进行跟踪检测，直到使压滤污泥的含水率控制在2％以内，结束烘干处理，再将烘干后的压滤污泥进行磨粉处理，使颗粒的粒度控制在200-300目，得到相应的预处理原料压滤污泥颗粒物；在处理压滤污泥的同时或前后将选取的凹土进行烘干和粉碎处理，得到相应的凹土颗粒物，备用，这里凹土是一种稀有非金属矿产资源，它是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。
然后，将上述磨粉处理的原料压滤污泥颗粒物、凹土颗粒物和脱水污泥按比例进行混合后，投入到造粒机进行进行造粒成球，得到湿料球，将湿料球在300℃～330℃的条件下进行预烘烤处理15min，使烘去部分水份，使湿料球的水份含量控制在15％以内；最后，将经过预烘烤处理的湿料球加入焙烤窑中并控制温度在1100℃～1150℃的条件下进行烧胀处理15min，得到相应的成品污泥凹土陶粒。将得到的陶粒进行化学成分检测，结果表明本成品污泥凹土陶粒中主要成分如下：Si02含量在48％～79％；A1203含量在8％～25％；氧化物溶剂(CaO+MgO+Fe203+Na20+K20)的含量在8％～24％。
实施例2
本实施例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：73％；压滤污泥：12％；页岩：8.0％；脱水污泥：7.0％；其中，压滤污泥的含水率≤2％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为70％。
上述高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法如下：
按照上述陶粒中各原料的成分比例，选取原料压滤污泥进行烘干处理，烘干温度控制在50℃～60℃，烘干过程中进行跟踪检测，直到使压滤污泥的含水率控制在2％以内，结束烘干处理，再将烘干后的压滤污泥进行磨粉处理，使颗粒的粒度控制在100-200目，得到相应的预处理原料压滤污泥颗粒物；在处理压滤污泥的同时或前后将选取的凹土进行烘干和粉碎处理，得到相应的凹土颗粒物，备用。
然后，将上述磨粉处理的原料压滤污泥颗粒物、凹土颗粒物和脱水污泥按比例进行混合后，投入到造粒机进行进行造粒成球，得到湿料球，将湿料球在350℃～400℃的条件下进行预烘烤处理10min，使烘去部分水份，将湿料球的水份含量控制在15％以内；最后，将经过预烘烤处理的湿料球加入焙烤窑中并控制温度在1150℃～1200℃的条件下进行烧胀处理10min，得到相应的成品污泥凹土陶粒。将得到的陶粒进行化学成分检测，结果表明本成品污泥凹土陶粒中Si02含量在48％～79％；A1203含量在8％～25％；氧化物溶剂(CaO+MgO+Fe203+Na20+K20)的含量在8％～24％，其余为杂质或非相关成分的物质。
实施例3
本实施例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：65.5％；压滤污泥：15％；页岩：12％；脱水污泥：7.5％；其中，压滤污泥的含水率为1.5％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为60％。
上述高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例4
本实施例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：70％；压滤污泥：13％；页岩：10％；脱水污泥：7.0％；其中，压滤污泥的含水率为1.0％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为70％。其中，上述凹土中SiO2的含量为52％，且凹土中Fe2O3的含量为2.0％，页岩中Fe2O3的含量为4.0％，且压滤污泥和脱水污泥中有机物的含量为50％，脱水污泥的质量百分数的含量按干基折算。
上述高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例5
本实施例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：67％；压滤污泥：14％；页岩：11％；脱水污泥：8.0％；其中，压滤污泥的含水率为1.5％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为80％。其中，上述凹土中SiO2的含量为55％，且凹土中Fe2O3的含量为1.0％，页岩中Fe2O3的含量为7.0％，且压滤污泥和脱水污泥中有机物的含量为70％，脱水污泥的质量百分数的含量按干基折算。
上述高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例6
本实施例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：65％；压滤污泥：12％；页岩：15％；脱水污泥：8.0％；其中，压滤污泥的含水率为1.5％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为80％。其中，上述凹土中SiO2的含量为54％，且凹土中Fe2O3的含量为1.5％，页岩中Fe2O3的含量为6.5％，且压滤污泥和脱水污泥中有机物的含量为55％，脱水污泥的质量百分数的含量按干基折算。
上述高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例7
本实施例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：68％；压滤污泥：13％；页岩：12％；脱水污泥：7.0％；其中，压滤污泥的含水率为1.5％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为55％。其中，上述凹土中SiO2的含量为53％，且凹土中Fe2O3的含量为2.0％，页岩中Fe2O3的含量为6.5％，且压滤污泥和脱水污泥中有机物的含量为55％，脱水污泥的质量百分数的含量按干基折算。
上述高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例8
本实施例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：67.5％；压滤污泥：13％；页岩：12％；脱水污泥：7.0％；纳米铝粉：0.5％，其中，压滤污泥的含水率为1.5％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为55％。其中，上述凹土中SiO2的含量为53％，且凹土中Fe2O3的含量为2.0％，页岩中Fe2O3的含量为6.5％，且压滤污泥和脱水污泥中有机物的含量为55％，脱水污泥的质量百分数的含量按干基折算。一般使纳米铝粉的添加量为0.3％～0.5％内即可，使具有更具的还原性能，且本发明人还发现加入纳米铝粉后还具有提高陶粒筒压强度的性能，使保证其它性能的基础上，筒压强度达到2.0％以上，纳米铝粉的粒径最好为200nm～500nm之间，使能够更均匀的混合在陶粒的原料内。
上述高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
实施例9
本实施例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：65％；压滤污泥：12.7％；页岩：14％；脱水污泥：8.0％；纳米铝粉：0.3％，其中，压滤污泥的含水率为1.5％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为55％。其中，上述凹土中SiO2的含量为53％，且凹土中Fe2O3的含量为2.0％，页岩中Fe2O3的含量为6.0％，且压滤污泥和脱水污泥中有机物的含量为60％，脱水污泥的质量百分数的含量按干基折算。一般使纳米铝粉的添加量为0.3％～0.5％内即可，使具有更具的还原性能，且本发明人还发现加入纳米铝粉后还具有提高陶粒筒压强度的性能，使保证其它性能的基础上，筒压强度达到2.0％以上。
上述高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
比较例1
本比较例通过不添加页岩，并将页岩的添加量采用凹土进行替换进行具体的比较实施
本比较例的高掺量污泥凹土陶粒，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：80％；压滤污泥：13％；脱水污泥：7.0％；其中，压滤污泥的含水率为1.5％，脱水污泥的质量百分数按干基折算，且加入的脱水污泥的含水率为55％。其中，上述凹土中SiO2的含量为53％，且凹土中Fe2O3的含量为2.0％，且压滤污泥和脱水污泥中有机物的含量为55％，脱水污泥的质量百分数的含量按干基折算。
上述比较例中高掺量污泥凹土陶粒的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
随机选取上述实施例和比较例得到的陶粒进行相关的性能测试，具体的测试结果如下表1所示：
从上述表1中可以看出，本发明的陶粒的堆积密度能够达到300级的要求，具体轻质的性能，而比较例1中的陶粒只有达到300级以上的水平。同时，通过本发明人通过测试发现，本发明的实施例1-9得到的相应陶粒均没有出现黑芯的现象，陶粒质量优越。而比较例1中的陶粒出现了黑芯现象，影响了产品的品质。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种高掺量污泥凹土陶粒，其特征在于，该陶粒主要由以下成分的质量百分数组成：
凹土：65％～73％；压滤污泥：12％～15％；页岩：8.0％～12％；脱水污泥：7.0％～8.0％；所述压滤污泥的含水率≤2％，所述脱水污泥的质量百分数按干基折算。
2.根据权利要求1所述高掺量污泥凹土陶粒，其特征在于，所述页岩中Fe2O3的含量为4.0％～7.0％。
3.根据权利要求2所述高掺量污泥凹土陶粒，其特征在于，所述页岩中Fe2O3的含量为6.0％～6.5％。
4.根据权利要求1所述高掺量污泥凹土陶粒，其特征在于，所述凹土中含有52％～55％的SiO2和1.0％～2.0％的Fe2O3。
5.根据权利要求1-4任意一项所述高掺量污泥凹土陶粒，其特征在于，所述脱水污泥的含水率为50％～80％。
6.根据权利要求1-4任意一项所述高掺量污泥凹土陶粒，其特征在于，所述压滤污泥中有机物的含量为50％～70％。
7.根据权利要求1-4任意一项所述高掺量污泥凹土陶粒，其特征在于，所述脱水污泥中按干基折算有机物的含量为50％～70％。
8.一种高掺量污泥凹土陶粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、按照权利要求1所述陶粒中各原料的成分比例，选取原料压滤污泥进行烘干处理，使压滤污泥的含水率控制在2％以内，再进行磨粉处理，得到相应的预处理原料；
B、将上述磨粉处理的原料、凹土和脱水污泥进行混合后，进行造粒成球，在300℃～400℃的条件下进行预烘烤处理；
C、将经过预烘烤处理的陶粒加入焙烤窑中并控制温度在1100℃～1200℃的条件下进行烧胀处理，得到相应的污泥凹土陶粒。
9.根据权利要求8所述高掺量污泥凹土陶粒的制备方法，其特征在于，步骤B中所述预烘烤处理后使陶粒的含水率≤15％。
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