CN112266229A - 一种利用工业废弃物制备高强陶粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用工业废弃物制备的高强陶粒，还涉及一种制备该高强陶粒的方法，其特征在于：所述陶粒采用的原料为：污染土30～50质量份，废盐混合渣30～45质量份，电厂飞灰10～20质量份，表面处理污泥15～25质量份，硅酸钠3～10质量份，腻子粉5～10质量份，所述陶粒先经原料配比混合后进行造粒，再进行陈化，最后采用高温烧结得到。本发明优点是：本方法既能够解决多种固废的处理问题，又实现了资源的循坏再利用，且制得的陶粒强度高，可达16MPa以上，且材料均匀致密，不易酸碱腐蚀，具有抗压、抗碱、抗酸等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用工业废弃物制备高强陶粒，还涉及一种制备该高强陶粒的方法。
背景技术
固废资源化处理是应用相对广泛的处理技术，固体废弃物内部常常包含了很多可以二次回收的成分，通过对其实施资源化利用，不仅能够减少固体废弃物对生态环境的污染，还能够让其转化成为实际的经济效益。
目前固废资源化回收处理制备陶粒的方法一般是利用单一飞灰或单一氯化钠废盐制备得到，又或是添加少量粘土、煤矸石、粉煤灰混合烧结来得到，其能够变废为宝，为危废治理及应用提供了更经济的方法。但，其处理的固废种类单一，且陶粒的强度较低，仍然存在一定的应用局限性。经检索，未发现同时利用飞灰、氯化钠废盐、硫酸钠废盐及各种杂盐制备高强陶粒的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用多种工业废弃物制备的高强陶粒，同时还提供一种制备高强陶粒的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种利用工业废弃物制备的高强陶粒，其创新点在于所述陶粒采用的原料为：
污染土，30～50质量份，污染土中SiO2的含量在65～72wt％，Al2O3的含量在10～15wt％，Fe2O3的含量在3wt％以上；
废盐混合渣，30～45质量份，废盐混合渣中钠离子含量在12～20wt％，氯离子含量在35～55wt％，硫酸根离子含量在5～15wt％；
电厂飞灰：10～20质量份；
金属表面处理污泥：15～25质量份，含水量在30-80wt％；
硅酸钠：3～10质量份，粒径为500-800目；
腻子粉：5～10质量份，粒径为500-800目；
所述陶粒先经原料配比混合后进行造粒，再进行陈化，最后采用高温烧结得到。
还提供一种利用多种工业废弃物制备高强陶粒的方法，所述方法为：
S1：准备原料，废盐混合渣通过采用氯化钠废盐与硫酸钠废盐进行预混合得到，并控制废盐混合渣中钠离子含量在12～20wt％，氯离子含量在35～55wt％，硫酸根离子含量在5～15wt％；
S2：将污染土、废盐混合渣、电厂飞灰、表面处理污泥、硅酸钠、腻子粉进行充分搅拌混合；
S3：然后进行造粒，粒径控制在5-20mm之间；
S4：进行陈化，得到陶粒生料，陈化温度30-50℃，陈化时间2-4天；
S5：高温烧结，在1000℃-1250℃的回转窑中烧结45-120分钟，得到高强陶瓷颗粒。
优选的，所述步骤S2前，对废盐混合渣进行预处理，采用湿磨机将废盐混合渣研磨成500目以上的盐浆，盐浆的含水量在20～50wt％。
优选的，所述步骤S2中，添加顺序依次为：表面处理污泥、硅酸盐、废盐混合渣、污染土、电厂飞灰和腻子粉。
优选的，所述步骤S4中，陈化过程中相对湿度保持在60％rh～70％rh。
优选的，所述金属表面处理污泥为含铁污泥或含铝污泥，含铝污泥中三氧化二铝含量在18～60wt％，含铁污泥中三氧化二铁含量在20～50wt％，且PH不能低于6且不能高于9。
本发明的优点在于：同时利用飞灰、氯化钠废盐、硫酸钠废盐及各种电厂飞灰、污泥等多种工业废弃物来制备陶粒。其在烧结过程的结构形态变化和晶体相反应机理将废物中重金属固化，陶粒结构中结晶化学特征之一是在其晶格中具有分布各种杂质离子的能力，这些杂质离子以类质同晶的方式取代主要结构元素。正是这些晶体的特殊结构及杂质离子的取代行为，为利用陶粒固化重金属元素在物质结构上提供了基础，且重金属被固定在陶粒晶格中之后，存在形态不再是某种简单的化合物形式，而是分布在熟料矿物相晶格的主要金属元素如Ca、Al、Si之间，即在晶格中某处取代了这些元素的位置。此时重金属若再想从体系中迁移出，必须在矿物相再次被破坏的情况下才可能发生，即高温、酸碱腐蚀等，而陶粒中矿物相的存在形态又是相当稳定的，重金属被“固溶”在内，确保了安全性。
本发明的陶粒制备方法既能够解决多种固废的处理问题，又实现了资源的循坏再利用，且制得的陶粒强度高，可达16MPa以上，且材料均匀致密，不易酸碱腐蚀，具有抗压、抗碱、抗酸等特点，可用于尾矿的滤水导渗替代材料、用于围堰吹填工程的围堰建材、用于海绵城市建设的基础填充材料和水泥搅拌站替代石子等。
对废盐进行超细研磨预处理，可保证陶粒结构均匀，避免烧结过程中出现爆裂或局部塌陷，提升陶粒了的外观成型性。
具体实施方式
本发明中，利用工业废弃物制备的高强陶粒，其采用的原料为：
污染土，30～50质量份，污染土中SiO2的含量在65～72wt％，Al2O3的含量在10～15wt％，Fe2O3的含量在3wt％以上；
废盐混合渣，30～45质量份，废盐混合渣中钠离子含量在12～20wt％，氯离子含量在35～55wt％，硫酸根离子含量在5～15wt％；
电厂飞灰：10～20质量份；
金属表面处理污泥：15～25质量份，含水量在30-80wt％；金属表面处理污泥为含铁污泥或含铝污泥，含铝污泥中三氧化二铝含量在18～60wt％,含铁污泥中三氧化二铁含量在20～50％，且污泥的PH不能低于6且不能高于9。
硅酸钠：1～10质量份，粒径为500-800目；
腻子粉：1～10质量份，粒径为500-800目；
陶粒主要先经原料配比混合后进行造粒，再进行陈化，最后采用高温烧结得到，具体方法为：
S1：按上述原料的配比准备原料；
其中，废盐混合渣通过采用氯化钠废盐与硫酸钠废盐进行预混合得到，控制废盐混合渣中钠离子含量在12～20wt％，氯离子含量在35～55wt％，硫酸根离子含量在5～15wt％；此外，为了保证陶粒结构均匀，避免烧结过程中出现爆裂或局部塌陷，提升陶粒的外观成型性，需要对废盐混合渣进行预处理，采用湿磨机将废盐混合渣研磨成500目以上的盐浆，盐浆的含水量控制在20～50wt％。
S2：将污染土、废盐混合渣、电厂飞灰、表面处理污泥、硅酸钠、腻子粉进行充分搅拌混合；具体添加顺序依次为：表面处理污泥、硅酸盐、废盐混合渣、污染土、电厂飞灰和腻子粉。
S3：然后进行造粒，粒径控制在5-20mm之间；
S4：进行陈化，得到陶粒生料，陈化温度30-50℃，陈化时间2-4天；
由于入库后的陶粒生料在30-50℃下，相对湿度保持在60％rh～70％rh。不断的松解、变细，达到原料比表面积增大，吸附水膜能力增强的目的，使生料中的颗粒能最大限度的呈现片状或管状，陈化时间控制在2-4天，改变内部结构，提高粘结性能，挤压造粒后的颗粒更为紧密粘结，达到提高可塑性的目的。
S5：高温烧结，在1000℃-1250℃的回转窑中烧结45-120分钟，得到高强陶瓷颗粒。
实施例一
本实施例中原料如下：
污染土，30质量份，本实施例中，采用某土壤修复过程中产生的污染土作为原料之一，样品代号1111-1#，其具体技术参数如下表：
废盐混合渣，40质量份，本实施例中，将氯化钠废盐/硫酸钠废盐配比后得到的工业废盐混合渣其重金属具体技术参数如下表：
电厂飞灰，10质量份，本实施例中电厂飞灰采用上海电气环保热电(南通)有限公司飞灰库内的飞灰，其重金属具体技术参数如下表：
金属表面处理污泥：15质量份，具体为金属表面处理行业产生的含铝污泥，其含水量在70wt％，三氧化二铝含量在18wt％，PH不能低于6且不能高于9。
硅酸钠：5质量份，粒径为500-800目；
腻子粉：8质量份，粒径为500-800目。
本实施例陶粒具体的制备工艺步骤为：
S1：按上述配比准备原料，其中，包括废盐混合渣的预混合，废盐混合渣通过采用氯化钠废盐与硫酸钠废盐进行预混合得到；
此外，为了保证陶粒结构均匀，避免烧结过程中出现爆裂或局部塌陷，提升陶粒的外观成型性，需要对废盐混合渣进行预处理，采用湿磨机将废盐混合渣研磨成500目以上的盐浆，盐浆的含水量控制在30wt％。
S2：将污染土、废盐混合渣、电厂飞灰、表面处理污泥、硅酸钠、腻子粉进行充分搅拌混合；具体添加顺序依次为：表面处理污泥、硅酸盐、废盐混合渣、污染土、电厂飞灰和腻子粉，以便后续能够获得更好的陈化效果。
S3：然后进行造粒，粒径控制在5-20mm之间；
S4：进行陈化，得到陶粒生料，陈化温度30℃，陈化时间2天；陈化过程中相对湿度保持在60％rh～70％rh。
S5：高温烧结，在1000℃的回转窑中烧结45分钟，得到高强陶瓷颗粒。
制得的陶粒技术指标如下：堆积密度在500～600kg/m3，属于连续粒级，公称粒径5～25mm，强度大于25MPa，煮沸质量损失小于3.5％,烧失量小于4.9％，硫化物和硫酸盐含量小于1％，氯化物(以氯离子含量计)检出值含量低于0.02％，放射性符合GB6566的规定。采用其制作的陶粒混凝土抗渗等级达到P10。
实施例二
本实施例中原料如下：
污染土，40质量份，本实施例中，采用某土壤修复过程中产生的污染土作为原料之一，样品代号1111-2#，其具体技术参数如下表：
废盐混合渣，30质量份，本实施例中，将氯化钠废盐/硫酸钠废盐配比后得到的工业废盐混合渣其重金属具体技术参数如下表：
电厂飞灰，20质量份，本实施例中电厂飞灰仍然采用上海电气环保热电(南通)有限公司飞灰库内的飞灰，其重金属具体技术参数如下表：
金属表面处理污泥，15质量份，具体为金属表面处理行业产生的含铝污泥，其含水量57％，三氧化二铝含量在37wt％。
硅酸钠：10质量份，粒径为500-800目；
腻子粉：10质量份，粒径为500-800目。
本实施例陶粒具体的制备工艺步骤为：
S1：按上述配比准备原料，其中，包括废盐混合渣的预混合，废盐混合渣通过采用氯化钠废盐与硫酸钠废盐进行预混合得到；
此外，为了保证陶粒结构均匀，避免烧结过程中出现爆裂或局部塌陷，提升陶粒的外观成型性，需要对废盐混合渣进行预处理，采用湿磨机将废盐混合渣研磨成500目以上的盐浆，盐浆的含水量控制在50wt％。
S2：将污染土、废盐混合渣、电厂飞灰、表面处理污泥、硅酸钠、腻子粉进行充分搅拌混合；具体添加顺序依次为：表面处理污泥、硅酸盐、废盐混合渣、污染土、电厂飞灰和腻子粉。
S3：然后进行造粒，粒径控制在5-20mm之间；
S4：进行陈化，得到陶粒生料，陈化温度50℃，陈化时间4天,陈化过程中相对湿度保持在60％rh～70％rh。
S5：高温烧结，在1200℃的回转窑中烧结120分钟，得到高强陶瓷颗粒。
制得的陶粒技术指标如下：堆积密度在500～600kg/m3，属于连续粒级，公称粒径5～25mm,强度大于21MPa，煮沸质量损失小于4％,烧失量小于5％，硫化物和硫酸盐检出值含量小于1％，氯化物(以氯离子含量计)检出值含量低于0.01％，放射性符合GB6566的规定。采用其制作的陶粒混凝土抗渗等级达到P10。
实施例三
本实施例中原料如下：
污染土，50质量份，本实施例中，采用某土壤修复过程中产生的污染土作为原料之一，样品代号1111-3#，其具体技术参数如下表：
废盐混合渣，45质量份，本实施例中，将氯化钠废盐/硫酸钠废盐配比后得到的工业废盐混合渣其重金属具体技术参数如下表：
电厂飞灰，17质量份，本实施例中电厂飞灰采用实施例一、二中相同的上海电气环保热电(南通)有限公司飞灰库内的飞灰。
金属表面处理污泥，17质量份，具体为金属表面处理行业产生的含铁污泥，其含水量75％，含铁污泥中三氧化二铁含量在21％，且污泥PH不能低于6且不能高于9。
硅酸钠：3质量份，粒径为500-800目；
腻子粉：5质量份，粒径为500-800目。
本实施例陶粒具体的制备工艺步骤为：
S1：按上述配比准备原料，其中，包括废盐混合渣的预混合，废盐混合渣通过采用氯化钠废盐与硫酸钠废盐进行预混合得到。
此外，为了保证陶粒结构均匀，避免烧结过程中出现爆裂或局部塌陷，提升陶粒的外观成型性，需要对废盐混合渣进行预处理，采用湿磨机将废盐混合渣研磨成500目以上的盐浆，盐浆的含水量控制在20％。
S2：将污染土、废盐混合渣、电厂飞灰、表面处理污泥、硅酸钠、腻子粉进行充分搅拌混合；具体添加顺序依次为：表面处理污泥、硅酸盐、废盐混合渣、污染土、电厂飞灰和腻子粉。
S3：然后进行造粒，粒径控制在5-20mm之间；
S4：进行陈化，得到陶粒生料，陈化温度45℃，陈化时间3天；陈化过程中相对湿度保持在60％rh～70％rh。
S5：高温烧结，在1250℃的回转窑中烧结45分钟，得到高强陶瓷颗粒。
制得的陶粒技术指标如下：堆积密度在500～600kg/m3，属于连续粒级，公称粒径5～25mm,强度大于16MPa，煮沸质量损失小于4％,烧失量小于5％，硫化物和硫酸盐检出值含量小于1％，氯化物(以氯离子含量计)检出值含量低于0.02％，放射性符合GB6566的规定。采用其制作的陶粒混凝土抗渗等级达到P8。
对比例一
陶粒采用的原料为：
污染土，30质量份；废盐混合渣，40质量份，电厂飞灰：10质量份；金属表面处理污泥：15质量份；硅酸钠：5质量份；腻子粉：8质量份。该原料与实施例一采用相同的原料样品，其参数一致。
本实施例的制造工艺如下：
S1：准备原料，废盐混合渣通过采用氯化钠废盐与硫酸钠废盐进行预混合得到，并控制废盐混合渣中钠离子含量在12～20wt％，氯离子含量在35～55wt％，硫酸根离子含量在5～15wt％；
S2：将污染土、废盐混合渣、电厂飞灰、表面处理污泥、硅酸钠、腻子粉一起加入后再进行充分搅拌混合；
S3：然后进行造粒，粒径控制在5-20mm之间；
S4：高温烧结，在1000℃的回转窑中烧结60分钟，得到陶瓷颗粒。
制得的陶粒技术指标如下：堆积密度在500～600kg/m3，公称粒径5～25mm,强度大于10MPa，煮沸质量损失小于4.6％,烧失量小于6。2％，硫化物和硫酸盐检出值含量大于2％，氯化物(以氯离子含量计)检出值含量低于0.06％，采用其制作的陶粒混凝土抗渗等级达到P4。
综上所述，在制造工艺中，进行了废盐混合渣预混合、预处理，以及后续陈化工序，得到的陶粒各项参数优于传统陶粒制造工艺。
Claims (6)
1.一种利用工业废弃物制备的高强陶粒，其特征在于：
所述陶粒采用的原料为：
污染土，30～50质量份，污染土中SiO2的含量在65～72wt％，Al2O3的含量在10～15wt％，Fe2O3的含量在3wt％以上；
废盐混合渣，30～45质量份，废盐混合渣中钠离子含量在12～20wt％，氯离子含量在35～55wt％，硫酸根离子含量在5～15wt％；
电厂飞灰：10～20质量份；
金属表面处理污泥：15～25质量份，含水量在30-80wt％；
硅酸钠：3～10质量份，粒径为500-800目；
腻子粉：5～10质量份，粒径为500-800目；
所述陶粒先经原料配比混合后进行造粒，再进行陈化，最后采用高温烧结得到。
2.一种实现权利要求1所述的高强陶粒的方法，其特征在于：所述方法为：
S1：准备原料，废盐混合渣通过采用氯化钠废盐与硫酸钠废盐进行预混合得到，并控制废盐混合渣中钠离子含量在12～20wt％，氯离子含量在35～55wt％，硫酸根离子含量在5～15wt％；
S2：将污染土、废盐混合渣、电厂飞灰、表面处理污泥、硅酸钠、腻子粉进行充分搅拌混合；
S3：然后进行造粒，粒径控制在5-20mm之间；
S4：进行陈化，得到陶粒生料，陈化温度30-50℃，陈化时间2-4天；
S5：高温烧结，在1000℃-1250℃的回转窑中烧结45-120分钟，得到高强陶瓷颗粒。
3.根据权利要求2所述高强陶粒的方法，其特征在于：所述步骤S2前，对废盐混合渣进行预处理，采用湿磨机将废盐混合渣研磨成500目以上的盐浆，盐浆的含水量在20～50wt％。
4.根据权利要求2所述高强陶粒的方法，其特征在于：所述步骤S2中，添加顺序依次为：表面处理污泥、硅酸盐、废盐混合渣、污染土、电厂飞灰和腻子粉。
5.根据权利要求2所述高强陶粒的方法，其特征在于：所述步骤S4中，陈化过程中相对湿度保持在60％rh～70％rh。
6.根据权利要求2所述高强陶粒的方法，其特征在于：所述金属表面处理污泥为含铁污泥或含铝污泥，含铝污泥中三氧化二铝含量在18～60wt％，含铁污泥中三氧化二铁含量在20～50wt％，且PH不能低于6且不能高于9。
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