CN110467470A - 一种利用电镀污泥烧结建筑陶粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法。陶粒的原料比例为云母砂（金矿选矿尾砂）50%‑70%、给水厂铝污泥20%、电镀工业园电镀污泥10%‑30%。将原料进行干燥、破碎磨粉预处理，混合搅拌均匀，然后加入3%～5%的硅酸钠溶液作为陶粒的粘结剂，混合造粒得生陶粒，再经过干燥、预热、烧结、冷却等步骤制成陶粒。本发明采用铝泥和云母砂代替黏土提供Al2O3、SiO2,电镀污泥提供助熔剂，显著的降低了陶粒制作成本。所制作的陶粒具有抗压强度高、浸出毒性低等优点，可大规模处置电镀污泥、给水厂污泥，实现危险废物无害化处理、资源化利用，同时节约了电镀污泥、铝污泥处置成本，作为建材，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种利用电镀污泥烧结建筑陶粒的制备方法
技术领域
本发明涉及危险废物的回收利用，污泥废物利用技术领域，尤其涉及一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法。
背景技术
电镀污泥是指电镀废水处理过程中产生副产物，由于电镀废水中含有各类强酸、强 碱及金属溶液，甚至氰化物、铬酸酐等有毒有害的化学品，因此电镀污泥为铜、铬、镍等重 金属氧化物为主的沉淀物。我国电镀污泥年产数百万吨，其主要污染物为各种重金属，若处 置不当会对环境造成二次污染。电镀污泥是国家危险废物名录中非常明确的、具有毒性的固 体废物。如今电镀污泥常见的处置方式为填埋，既没有对电镀污泥中得重金属进行回收利 用，同时还有污染环境的风险。云母砂为金矿尾砂，金矿的半生元素有铜、锌、铅、锑、砷 等，若尾矿处理不当，经风吹雨淋，尾砂粉或其中的有毒有害物质易扩散到大气、水体和土 壤中，造成环境污染；给水厂铝污泥作为固体废物也存在危害大、难处置等问题。在以往研 究发明中并没有有关此三类固体废物协同处置利用的研究，因此需要找到一种节能、环保、 绿色、高效的再利用此类固体废物的方法去改善现有的处理处置问题。
陶粒作为一种建筑用轻骨料，其具有体轻、强度高、吸水率低、保温、隔热、抗震及耐火等特性，因而受到了人们的极大重视。它的用途广泛，可取代普通砂石配置轻集料混凝土。但当前我国陶粒主要以黏土和页岩陶粒为主，而黏土原料的来源绝大部分取自于耕地，页岩陶粒原料须开山取石破坏生态环境，不符合可持续发展战略。因此需寻找新的陶粒制造材料并尽可能的降低其原料成本，减少粘结剂、膨胀剂等添加剂的使用量，从而提高陶粒的经济效益和社会效益。
发明内容
现有克服现有的技术缺点，本发明的目的在于提供一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，将电镀污泥作为烧结陶粒的原料，一方面可以将其中的铬等重金属元素固化在陶粒中，极大的降低其浸出浓度，实现无害化处置；另一方面可以取代部分粘土、页岩等天然材料，节约日益减少的天然粘土质原材料的使用量，达到无害化处置的目的。使之成为有实际应用价值的建材产品，成为此类固体废弃物资源化利用的新途径，同时保护环境、节约自然资源，实现良好的经济效益和社会效益。
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，为了实现上述目的，本发明结合实例在本申请中进行清楚、完整的描述。
一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将电镀污泥、云母砂、铝污泥分别干燥至恒重、研磨成粉过筛80目筛；
(2)将电镀污泥、云母砂、铝污泥混合搅拌均匀得到陶粒原料；
(3)将3%～5%的硅酸钠溶液作为陶粒粘结剂加入到步骤(2)中得到的陶粒原料，混合造粒得生陶粒；
(4)将步骤(3)所得的生陶粒放入到马弗炉中，升温速率为10ºC/min，先升至105 ºC干燥1h，然后升温至500 ºC预热15min，最后升温至1200 ºC烧结25min；
(5) 让烧结后的陶粒在炉内缓慢降温至室温即可得到陶粒。
按质量份计，所述电镀污泥、云母砂、铝污泥的比例分别为10%-30%、50%-70%、20%。
所述电镀污泥来自于电镀工业园区；所述云母砂取自选矿公司，为金矿选矿尾砂，SiO2含量为73.6%、Al2O3含量为11.4%；所述铝污泥取自自来水厂。
所得陶粒主要的矿物为石英（Quartz，SiO2）；重金属浸出率合格，陶粒单粒抗压强度达15MPa以上，可应用于建筑领域。
本发明以电镀污泥、云母砂、铝污泥作为陶粒制作的原料，化学成分满足SiO248%-68%，Al2O3 12%-18%，Fe2O3 5-10%，Na2O+K2O 2.5%-7.0%。采用的制备方案是原料预处理-混合-造粒-干燥-预热-烧结-冷却。
本发明的有益效果：
（1）与现有技术相比，本发明采用电镀污泥、云母砂、铝污泥作为陶粒制作的原料，不但工艺简单、成本低，还可以使危险废物、固体废物得到充分利用，达到“三化”和“3R”原则的要求。通过烧结将重金属固化在陶粒中，既极大的降低了重金属的浸出浓度，降低了环境污染的风险，同时也是将重金属作为助熔剂再利用，降低了烧结温度。烧结出来的陶粒也存在一定的经济价值，实现了变废为宝。另一方面来讲也降低了黏土、页岩等天然不易再生资源的使用量，符合我国节能减排政策；
（2）云母砂、铝污泥主要提供陶粒中的Si和Al的含量，增强陶粒的强度；电镀污主要提供助熔剂（Fe2O3、MgO、Na2O、K2O、CaO），增强陶粒的强度、降低陶粒的烧结温度；
（3）添加3%～5%的硅酸钠溶液作为陶粒粘结剂，在造球的过程中起到粘结作用，提高成球率。
附图说明
为了更清楚的介绍说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单的介绍。
图1是本发明工艺流程图；
图2是电镀污泥粒径分布图；
图3是实施例一和实施例二烧结所得陶粒的XRD图；
图4是实施例一烧结所得陶粒在1000倍镜下的SEM图；
图5是实施例一烧结所得陶粒在10000倍镜下的SEM图；
图6是实施例二烧结所得陶粒在1000倍镜下的SEM图；
图7是实施例二烧结所得陶粒在10000倍镜下的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和实例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将电镀污泥、云母砂、铝污泥分别干燥至恒重、研磨成粉过筛80目筛；
(2)将电镀污泥、云母砂、铝污泥混合搅拌均匀得到陶粒原料；
(3)将3%～5%的硅酸钠溶液作为陶粒粘结剂加入到步骤(2)中得到的陶粒原料，混合造粒得生陶粒；
(4)将步骤(3)所得的生陶粒放入到马弗炉中，升温速率为10ºC/min，先升至105 ºC干燥1h，然后升温至500 ºC预热15min，最后升温至1200 ºC烧结25min；
(5)让烧结后的陶粒在炉内缓慢降温至室温即可得到陶粒。
本发明设计基于固体废物的的 “三化”和“3R”原则，原材料的选择主要考虑危险废物资源化利用、节约材料成本、提高经济效益及社会效益等因素。电镀污泥粒径较大（如图2）且含水率较高，对混合造粒有明显影响，因此需对原材料进行统一的预处理，以免影响陶粒的性能。
具体地，电镀污泥来自于电镀工业园区；云母砂取自选矿公司，为金矿选矿尾砂；铝污泥取自自来水厂。所述电镀污泥、云母砂、铝污泥的比例分别为10%-30%、50%-70%、20%。
对所选材料进行成分分析，所得结果如表1所示。
表1
云母砂、铝污泥主要提供陶粒中的Si和Al的含量，增强陶粒的强度；电镀污主要提供助熔剂（Fe2O3、MgO、Na2O、K2O、CaO），增强陶粒的强度、降低陶粒的烧结温度。
实施例一
一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，陶粒的原料组成为：电镀污泥15%，云母砂65%，铝污泥20%。
(1)将电镀污泥、云母砂、铝污泥分别放置于105ºC的烘箱干燥至恒重，取出后研磨成粉过筛80目筛待用；
(2)将电镀污泥、云母砂、铝污泥按比例混合搅拌均匀得到陶粒原料；
(3)将3%～5%的硅酸钠溶液作为陶粒粘结剂加入到步骤(2)中得到的陶粒原料，混合造粒得生陶粒；
(4)将步骤(3)所得的生陶粒放入到马弗炉中，升温速率为10ºC/min，先升至105 ºC干燥1h，然后升温至500 ºC预热15min，最后升温至1200 ºC烧结25min；
(5) 让烧结后的陶粒在炉内缓慢降温至室温即可得到陶粒。
对陶粒进行性能测试：
本发明以陶粒的单粒压碎强度表征陶粒强度，实验使用微机控制电子万能试验机对单粒陶粒进行加载破坏，测得单粒被压碎的破坏荷载Pc，根据式S=2.8Pc/(π*2)进行计算。其中：S为单粒的压碎强度，Mpa；Pc为破坏荷载，N；X为陶粒起始受力时与上下承压板接触两点间的距离，mm。通过计算，在此配比下陶粒的单粒压碎强度为17.48MPa，强度较高可应用于建筑领域。
在酸性、中性及碱性三种条件下对陶粒进行重金属浸出，6种常见重金属（Cr、Ni、Cd、Pb、Cu、Zn）浸出浓度均远低于标准《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3—2007）。同时将重金属浸出浓度分别与《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）、《地表水环境质量标准》（GB/T 3838-2002）对比，发现浸出浓度符合地下水水质Ⅲ类标准、地表水环境质量Ⅱ类标准。
对陶粒进行XRD扫描，其结果如图3所示，发现陶粒的主要成分是石英，正是由于在高温下原料粉末之间熔融烧结，形成石英等硅酸盐晶体和玻璃相无定型物质，才使得陶粒具有较高的强度。对陶粒进行SEM扫描，有图4和图5可知，陶粒内部较为光滑，存在一定的空隙，结构紧密，强度较高。
实施例二
一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，陶粒的原料组成为：电镀污泥20%，云母砂60%，铝污泥20%。
(1)将电镀污泥、云母砂、铝污泥分别放置于105ºC的烘箱干燥至恒重，取出后研磨成粉过筛80目筛待用；
(2)将电镀污泥、云母砂、铝污泥按比例混合搅拌均匀得到陶粒原料；
(3)将3%～5%的硅酸钠溶液作为陶粒粘结剂加入到步骤(2)中得到的陶粒原料，混合造粒得生陶粒；
(4)将步骤(3)所得的生陶粒放入到马弗炉中，升温速率为10ºC/min，先升至105 ºC干燥1h，然后升温至500 ºC预热15min，最后升温至1200 ºC烧结25min；
(5) 让烧结后的陶粒在炉内缓慢降温至室温即可得到陶粒。
对陶粒进行性能测试：
本发明以陶粒的单粒压碎强度表征陶粒强度，实验使用微机控制电子万能试验机对单粒陶粒进行加载破坏，测得单粒被压碎的破坏荷载Pc，根据式S=2.8Pc/(π*2)进行计算。其中：S为单粒的压碎强度，Mpa；Pc为破坏荷载，N；X为陶粒起始受力时与上下承压板接触两点间的距离，mm。通过计算，在此配比下陶粒的单粒压碎强度为16.16MPa，强度较高可应用于建筑领域。
在酸性、中性及碱性三种条件下对陶粒进行重金属浸出，6种常见重金属（Cr、Ni、Cd、Pb、Cu、Zn）浸出浓度均远低于标准《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3—2007）。同时将重金属浸出浓度分别与《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）、《地表水环境质量标准》（GB/T 3838-2002）对比，发现浸出浓度符合地下水水质Ⅲ类标准、地表水环境质量Ⅱ类标准。
对陶粒进行XRD扫描，其结果如图3所示，发现陶粒的主要成分是石英，正是由于在高温下原料粉末之间熔融烧结，形成石英等硅酸盐晶体和玻璃相无定型物质，才使得陶粒具有较高的强度。对陶粒进行SEM扫描，有图6和图7可知，陶粒内部较为光滑，存在一定的空隙，结构紧密，强度较高。
在本发明更多的实施例中，电镀污泥、云母砂、铝污泥的质量比例组合形式可以为10%，70%，20%；25%，55%，20%；30%，50%，20%。
在本发明更多的实施例中，预热条件可以在400—600ºC/10—30min内根据实际情况调整；烧结条件在1050—1200 ºC/15—30min内根据实际情况调整。

Claims (4)

1.一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将电镀污泥、云母砂、铝污泥分别干燥至恒重、研磨成粉过筛80目筛；
(2)将电镀污泥、云母砂、铝污泥混合搅拌均匀得到陶粒原料；
(3)将3%～5%的硅酸钠溶液作为陶粒粘结剂加入到步骤(2)中得到的陶粒原料，混合造粒得生陶粒；
(4)将步骤(3)所得的生陶粒放入到马弗炉中，升温速率为10ºC/min，先升至105 ºC干燥1h，然后升温至500 ºC预热15min，最后升温至1200 ºC烧结25min；
(5) 让烧结后的陶粒在炉内缓慢降温至室温即可得到陶粒。
2.根据权利要求1所述一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，其特征在于，按质量份计，所述电镀污泥、云母砂、铝污泥的比例分别为10%-30%、50%-70%、20%。
3.根据权利要求1或2所述一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，其特征在于，所述电镀污泥来自于电镀工业园区；所述云母砂取自选矿公司，为金矿选矿尾砂，SiO2含量为73.6%、Al2O3含量为11.4%；所述铝污泥取自自来水厂。
4.根据权利要求1所述一种电镀污泥烧结陶粒的制备方法，其特征在于，所得陶粒主要的矿物为石英（Quartz，SiO2）；重金属浸出率合格，陶粒单粒抗压强度达15MPa以上，可应用于建筑领域。
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