一種粉煤灰包覆污泥陶粒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污泥陶粒及其制備方法，尤指一種粉煤灰包覆污泥陶粒及其制備方法，目的在于實現(xiàn)污泥的資源化綜合利用，同時提供一種性能優(yōu)良的人造輕骨料建筑用材料。
【背景技術(shù)】
[0002]城市污水處理廠污泥是污水處理的伴生產(chǎn)物，組成極其復(fù)雜，體積大、易腐敗、有惡臭。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，我國工業(yè)污水和城市生活污水的排放量日益增多，污水收集處理率和處理深度不斷提高，污泥產(chǎn)量也正以每年10%的速度急劇增加。由于我國污水廠建設(shè)普遍存在“重水輕泥”現(xiàn)象，導(dǎo)致污泥的處理仍處于機械脫水后外運堆存或簡易填埋階段，不僅侵占了大量土地，對土壤、地下水、地表水及空氣也造成了嚴重的二次污染。污泥處理處置問題已經(jīng)成為城市污水廠的沉重負擔(dān)，甚至成為某些污水廠正常運營的巨大障礙。我國2009年實施的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策(試行)》特別強調(diào)“污泥處理設(shè)施必須與污水處理設(shè)施同時投入運行”，因此，污泥的處理處置成為亟待解決的重大難題。
[0003]污泥的處置方法主要有衛(wèi)生填埋、焚燒和資源化利用。衛(wèi)生填埋成本低、操作簡單，曾經(jīng)是發(fā)達國家普遍采用的污泥處置方式。但是，污泥含水率高，遇雨季更加難以壓實，加之填埋場占地大、有惡臭，其選址越來越困難，最近幾年，德國、美國等發(fā)達國家己經(jīng)開始禁止污泥填埋。污泥焚燒是最徹底的污泥減量化和無害化方式，在土地稀缺的日本等發(fā)達國家被廣泛采用。但污泥的高含水量使得焚燒能耗巨大，焚燒設(shè)備投資和運行費用都很高，發(fā)展中國家難以承受。國內(nèi)只有上海市石洞口污水處理廠采用廠內(nèi)直接焚燒，而利用附近電廠的余熱干化焚燒可大大降低成本。
[0004]污泥中除了有機物外往往還含有20-30%的無機物，主要是硅、鋁、鐵、鈣等，與許多建筑材料常用的原料成分相近，利用污泥中的有機和無機成分，高溫?zé)浳勰嗵樟?、污泥磚、生態(tài)水泥等建筑材料，可同時實現(xiàn)污泥的減量化、無害化和資源化利用，漸漸成為近年來污泥處理處置領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展方向。研究普遍認為，由于有機質(zhì)含量高以及污泥中氧化物組成配比偏離陶粒燒成膨脹判據(jù)區(qū)間較大，污泥不能單獨燒制陶粒，必須添加硅、鋁含量高的粉煤灰、粘土、頁巖等輔助材料，來提高陶粒強度。粉煤灰作為我國產(chǎn)量極大的典型工業(yè)固體廢物，顆粒松散，疏松多孔，機械強度較高，價廉易得，具有作為物理調(diào)理劑的顯著優(yōu)勢。粉煤灰對污泥陶粒的制備而言，是一種重要的輔助材料。
[0005]污泥陶粒具有優(yōu)異的理化性能，如密度低、筒壓強度高、孔隙率高，軟化系數(shù)高、抗凍性良好、抗堿集料反應(yīng)性優(yōu)異等。特別由于陶粒密度小，內(nèi)部多孔，形態(tài)、成分較均勻，且具一定強度和硬度，因而具有質(zhì)輕，耐腐蝕，抗凍，抗震和良好的隔絕性等多功能特點，可廣泛應(yīng)用于建材、園藝、耐火保溫材料、化工、石油等部門，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。
[0006]以城市污水廠污泥為主要原料制取陶粒，不僅可以解決污水廠污泥出路壓力的問題，使城市污水廠污泥的利用朝著無害化、減量化和資源化的方向發(fā)展。另一方面，提供了一種性能優(yōu)良的人造輕骨料建筑用材料，具有顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。
[0007]采用回轉(zhuǎn)窯制備污泥陶粒，進行動態(tài)燒成時(尤其是在高溫?zé)蛇^程)，陶粒生坯顆粒表面易生成熔融態(tài)粘性物質(zhì)，陶粒顆粒在回轉(zhuǎn)窯中滾動燒成時顆粒之間極易發(fā)生粘連，無法獲得表面質(zhì)硬規(guī)整的單一陶粒，嚴重影響了陶粒的成品率，增加了發(fā)泡陶粒生產(chǎn)成本，極大的制約了發(fā)泡陶粒的生產(chǎn)規(guī)?；?。因此，發(fā)泡陶粒燒成過程中的粘連問題是我們亟待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對【背景技術(shù)】中目前存在的問題，本發(fā)明提供了一種以污泥為主要原料并輔以粉煤灰、頁巖、長石粉以及發(fā)泡劑制備粉煤灰包覆污泥陶粒的方法，根據(jù)本發(fā)明中所述的污泥陶粒高溫發(fā)泡過程中發(fā)生的粘連行為以及粉煤灰特性提出了粉煤灰包覆污泥陶粒制備新工藝，通過在污泥顆粒表面包覆一層粉煤灰層，一舉攻克了污泥陶粒發(fā)泡燒成過程中的顆粒間的粘連難題。本發(fā)明制備的粉煤灰包覆污泥陶粒具有優(yōu)異的理化性能，可廣泛應(yīng)用于建材、園藝、耐火保溫材料、化工、石油等部門。
[0009]另外，本發(fā)明不僅提供一種資源化綜合利用城市污水廠污泥以及粉煤灰制備粉煤灰包覆污泥陶粒的方法，最主要的是可以解決污水廠污泥出路壓力的問題，使城市污水廠污泥的利用朝著無害化、減量化和資源化的方向發(fā)展。另一方面，提供了一種性能優(yōu)良的人造輕骨料建筑用材料，具有顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。
[0010]為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下具體的方案來實現(xiàn):
[0011](I)原料:將污泥置于100-150°c干燥箱烘干、粉碎或直接采用含有一定水分的濕污泥做原料，本發(fā)明中采用的污泥含水率為78.12%，燒失量為48.86%。燒失之后污泥無機成分為(按質(zhì)量分數(shù)):24.35% Si02、5.72^Fe2O3、8.39%Al203、2.44%Mg0、43.72%Ca0、1.37%Na20、1.26%K20、0.82%Ti02、4.55%P205、0.14%Mn0、7.04%S03、0.04%Cu0、0.05%Zn0、0.01%Zr02、0.05%Sr0、0.03%Cr203、0.01%Ni0、0.01%Rb20。
[0012]本發(fā)明中采用的其他輔助原料的成分如下:
[0013]頁巖成分為(按質(zhì)量分數(shù)):0.34%恥20、1.27%1^0、27.73^^1203、44.40%5102、0.32%P205、6.21%S03、1.24%Κ20、10.86%CaO、1.21%T12、0.09^Cr2O3、0.07%MnO、5.56%Fe203、0.02%Ni0、0.01%Cu0、0.05%Zn0、0.06%Ga203、0.01%Se02、0.09%Sr0、0.06%Zr02、0.03%La203、0.02%Pb0、0.35%F;
[0014]長石粉成分為(按質(zhì)量分數(shù)):4.19%Na20、0.43%Mg0、19.53%Al203、66.53%Si02、0.04%P205、0.02%S03、6.19%K20、1.49%Ca0、0.15%Ti02、0.03%Mn0、1.32%Fe203、
0.05%Sr0^0.03%Ba0；
[0015]粉煤灰成分為(按質(zhì)量分數(shù)):0.49%Na20、0.87%Mg0、27.80%Al203、43.99%Si02、0.25%P205、2.19%S03、0.57%K20、16.02%Ca0、1.10%Ti02、0.19%Mn0、6.14%Fe203、
0.01%Ni0、0.01%Cu0、0.02%Zn0、0.01%Ga203、0.24%Sr0、0.06%Zr02、0.03%Ba0、
0.01%Pb0；
[0016]本發(fā)明采用碳化硅(SiC)、碳粉(C)中的一種或兩種作為污泥陶粒的發(fā)泡劑。
[0017](2)配料:按照成分配比精確稱量占原材料總重量35.0-58.0wt %的干基污泥或一定含水率的濕污泥，占原材料總重量30.0-38.0wt %的頁巖，占原材料總重量15.0-23.0wt.%的長石粉，占原材料總重量0.1-10.0wt%的發(fā)泡劑，碳化娃(SiC)作為單一發(fā)泡劑時的添加比例為0.1-3.0%;碳粉(C)作為單一發(fā)泡劑時的添加比例為2.0%-10.0%;碳化硅(SiC)和碳粉(C)復(fù)合作為發(fā)泡劑時，添加的比例為:0.1-2.3 %、2.0-8.5 %。
[0018](3)混料:將精確稱量的污泥、頁巖、長石粉及發(fā)泡劑放入混料機混合均勻，得到污泥陶?；A(chǔ)混合料，調(diào)整其含水率范圍為25.0-40% ；
[0019](4)造粒:采用對輥成型機或平模成型機對步驟(3)中的基礎(chǔ)混合料進行造粒處理，制成直徑為5-20mm的污泥顆粒。
[0020](5)粉煤灰包覆:采用粉煤灰對步驟(4)中的污泥顆粒進行包覆，主要包括靜態(tài)包覆和動態(tài)包覆兩個方面。靜態(tài)包覆主要指:(I)將污泥顆粒放入干基粉煤灰粉中過濾，使污泥顆粒表層自然粘附一層粉煤灰；(2)將污泥顆粒放入粉煤灰漿料中進行浸潤，在污泥顆粒表層粘附一層粉煤灰漿料。動態(tài)包覆指:污泥顆粒在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒成時，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加入一定量的粉煤灰粉，使污泥顆粒處于粉煤灰粉包覆中，加入粉煤灰粉的比例為污泥顆粒堆積體積的10.0-50.0%。
[0021](6)干燥:將步驟(5)中的粉煤灰包覆污泥陶粒生坯置于100_150°C烘箱中烘干；
[0022](7)燒成:在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加入一定量的粉煤灰粉，使步驟(6)中的粉煤灰靜態(tài)包覆的污泥陶粒處于粉煤灰粉包覆中，加入粉煤灰粉的比例為污泥顆粒堆積體積的10.0-50.0 %。之后對粉煤灰靜態(tài)包覆污泥陶粒生坯進行燒成，燒成制度為:以10.0-15.0°C/min的速率升溫至 600-650°C，保溫 5.0-10.0min;以 20.0-25.0°C/min 的速率升溫至 800-1150°C，保溫
15.0-60.0min ；自然冷卻至50°C以下，得到粉煤灰包覆污泥陶粒；
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024](I)本發(fā)明針對污泥陶粒在回轉(zhuǎn)窯中燒成時顆粒間極易發(fā)生粘連行為，提出在污泥陶粒表面包覆一層粉煤灰的方法，污泥陶粒在高溫?zé)蓵r粉煤灰層的存在避免了陶粒間的粘連。另一方面，粉煤灰促進陶粒表層粘性物質(zhì)粘度增大，有效抑制發(fā)泡氣體從坯體中逸出，減少在陶粒表面形成的微孔，使得污泥陶粒獲得一個外觀規(guī)整質(zhì)硬的外表面，而未逸出的氣體使得污泥顆粒內(nèi)部形成均勻多孔結(jié)構(gòu)。
[0025](2)本發(fā)明以污泥為主要原料生產(chǎn)輕質(zhì)高強多用途陶粒，實現(xiàn)了污泥的資源化綜合利用，干基污泥在陶粒原材料中的摻量高達58.0wt.%，降低了陶粒生產(chǎn)成本，避免了污泥任意堆放對大氣、水體、土壤產(chǎn)生二次污染。
[0026](3)根據(jù)本制備方法制得的粉煤灰包覆污泥陶粒外表堅硬，內(nèi)部有許許多多的微孔，筒壓強度高達6.0MPa，堆積密度最低可達到554kg/m3，可廣泛應(yīng)用于建材、園藝、耐火保溫材料、化工、石油等部門。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明中粉煤灰包覆污泥陶粒制備工藝流程；
[0028]圖2粉煤灰包覆污泥陶粒生坯示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖及具體實施例詳細介紹本發(fā)明。但以下的實施例僅限于解釋
[0030]本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，不僅僅限于本實施例。而且本發(fā)明通過下面實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員是能夠完全實現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求記載的所有內(nèi)容的。
[0031]實施例1
[0032]—種粉煤灰包覆污泥陶粒及其制備方法，包括以下步驟:
[0033](I)將污泥置于110°C干燥箱烘干粉碎，按照成分配比精確稱量45.0g脫水污泥，30.Sg頁巖，22.0g長石粉，2.2g碳化硅。將精確稱量的脫水污泥、頁巖、長石粉及碳化硅放入混料機混合均勻，得到污泥陶?；A(chǔ)混合料；
[0034](2)對污泥陶?；A(chǔ)混合料進行造粒處理，制成直徑為5_20mm的球狀顆粒，之后在球狀顆粒表面包覆一層粉煤灰層，即得到粉煤灰包覆污泥陶粒生坯；
[0035](3)將得到的粉煤灰包覆污泥陶粒生坯置