專利名稱：一種利用黃河泥沙和污泥制備超輕陶粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用黃河泥沙和污泥制備超輕陶粒的方法，屬于環(huán)保材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
污泥是指水處理過程中產(chǎn)生的絮狀體，含有大量的水分、有機(jī)物以及N、P、K等營養(yǎng)元素，同時(shí)還含有病原菌及重金屬等有害物質(zhì)。隨著污水廠的大量新建，污水污泥以每年10%的速度增加；如果我國污水全部得到處理，則將會(huì)產(chǎn)生840萬t的脫水污泥，占我國總固體廢棄物的3. 2%。由于現(xiàn)有的城市排水系統(tǒng)大多有工業(yè)廢水排入，致使脫水污泥中有害物質(zhì)增多，如果處理不當(dāng)，很容易造成二次污染。目前污泥處置的方法主要有填埋、焚燒、填海及土地利用等，雖然這些傳統(tǒng)的處置方式在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了一定的作用，但是隨著公眾認(rèn)識(shí)和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的提高，上述處置方式的弊端就逐漸顯現(xiàn)出來。例如，傳統(tǒng)的污泥處理工藝費(fèi)用較高，其運(yùn)行費(fèi)約占污水廠總運(yùn)行費(fèi)用的20% 50%，投資占污水處理廠總投資的30% 40%。因此，傳統(tǒng)的污泥處置方式已經(jīng)不能夠適應(yīng)今后環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求。開發(fā) 高效環(huán)保的污泥處理處置方法顯得刻不容緩。黃河泥沙是一種大自然廢棄物,屬于硅酸鹽類礦物原料。黃河流域面積79. 5萬km2，其中水土流失面積43. 4萬km2，占流域面積的55%，嚴(yán)重的水土流失，造成進(jìn)入黃河的泥沙量多年平均達(dá)16億噸。長期以來這些泥沙一方面塑造了美麗富饒的平原陸地；另一方面也給人民的生活帶來了災(zāi)害。隨著人們對(duì)社會(huì)環(huán)境需求和水沙資源認(rèn)識(shí)的不斷提高，黃河泥沙的資源化已逐漸被認(rèn)識(shí)和接受。但如何使黃河泥沙得到資源化利用，是目前亟待解決的問題。目前，超輕陶粒主要是利用粘土、頁巖等與其他廢棄物按比例混合后進(jìn)行燒制，由于原料中均含有不可再生的礦產(chǎn)類資源，導(dǎo)致生產(chǎn)超輕陶粒對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大破壞。如公開號(hào)為CN101386525A (申請(qǐng)?zhí)?00810157489. 8)公開了一種超輕陶粒的制備方法，屬于污水處理利用技術(shù)領(lǐng)域。它以城市污水廠脫水污泥、粘土為原料，按比例混合，高溫?zé)Y(jié)即制得陶粒。該陶粒為紅褐色或赤褐色表面粗糙的球狀固體，松散容重為300 500kg/m3，顆粒容重為867 975kg/m3，吸水率為I. 0 10. 4%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用黃河泥沙和污泥制備超輕陶粒的方法。發(fā)明概述本發(fā)明利用黃河泥沙和污泥部分替代粘土和頁巖等不可再生的礦產(chǎn)類資源來制備超輕陶粒。本發(fā)明所述方法中，黃河泥沙(干重)添加量可達(dá)原料總重量的30%，污泥(干重)添加量可達(dá)原料總重量的10%，制備的超輕陶粒堆積密度和顆粒密度小、吸水率低、孔隙發(fā)達(dá)。
發(fā)明詳述術(shù)語說明黃河泥沙來源于黃河中下游泥沙，主要成分為硅鋁酸鹽(石英、鈣長石、伊利石等)組成，還含有少量的碳酸鈣(方解石)。 污泥污水處理廠在凈化污水時(shí)得到的污泥沉淀物質(zhì)，含有混入生活污水或工業(yè)廢水中的泥沙、纖維、動(dòng)植物殘?bào)w等固體顆粒及其凝結(jié)的絮狀物，是各種膠體、有機(jī)質(zhì)及吸附的重金屬、微生物、病菌、蟲卵等物質(zhì)的綜合體。

粘土由多種水合硅酸鹽和一定量的氧化鋁、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物組成，并含有石英、長石、云母及硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽雜質(zhì)。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種利用黃河泥沙和污泥制備超輕陶粒的方法，包括如下步驟(I)取黃河泥沙，經(jīng)干燥，粉碎后過90 110目篩，制得含水率為0. 6wt% 0. 9wt%的黃河泥沙；(2)取污泥，經(jīng)干燥，粉碎后過90 110目篩，制得含水率為9. 4wt% 9. 8wt%的干燥污泥；(3)按重量比(I 3) : (6 8) : I的比例稱取干燥后的黃河泥沙、粘土和干燥污泥，加水?dāng)嚢杈鶆?，制粒，制得直? IOmm的生料球；(4)將步驟(3)制得的生料球在380°C 420°C的條件下，預(yù)熱15min 25min，然后，在1000 1025°C的條件下，焙燒IOmin 15min，室溫冷卻，制得超輕陶粒。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)中，黃河泥沙經(jīng)干燥粉碎后過100目篩。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的,所述步驟(I)中，所述黃河泥沙的含水率為0. 6wt% 0. 8wt%。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中，污泥經(jīng)干燥粉碎后過100目篩。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述干燥污泥的含水率為9. 4wt% 9. 6wt%。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中，干燥后的黃河泥沙、粘土和干燥污泥的重量比為(1 3) :8:1。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)制粒后，還包括在常溫下干燥20 24h。有益效果本發(fā)明利用黃河泥沙、污泥和粘土為原料制備超輕陶粒，工藝簡(jiǎn)單，制備的超輕陶粒外觀為黑褐色或者深褐色、表面粗糙的球狀固體，松散容重為290 410kg/m3，顆粒容重為440 900kg/m3，在水中可以漂浮，吸水率為4. 0 9. 0%，膨脹率為70 140%，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、吸水率小、比表面積大的特點(diǎn)，為黃河泥沙的資源化利用開辟了新的途徑。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例3制得的超輕陶粒表面在100倍顯微鏡下的照片；圖2是本發(fā)明實(shí)施例3制得的超輕陶粒截面在100倍顯微鏡下的照片；圖3是本發(fā)明實(shí)施例3制得的超輕陶粒照片；圖4是本發(fā)明實(shí)施例3制得的超輕陶粒和實(shí)施例3步驟(3)中制得的生料球在水中狀況對(duì)比的照片；其中左燒杯中的為生料球，右燒杯中的為超輕陶粒。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明所保護(hù)范圍不限于此。實(shí)施例中所述粘土取自山東省淄博市磚廠，污泥取自山東省濟(jì)南市光大水務(wù)一廠，黃河泥沙取自山東省濟(jì)南市濼口段黃河河道。上述原料干重時(shí)的主要無機(jī)化學(xué)成分如表I所示表I
原料_SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O Total S Total P TiO2 Na2O other
tt±iwt% 71.34 16.84 6.65 0,90 0.62 3.32 — — 0.32 — 0.01污泥％1% 28.12 9.29 8.17 12.65 16.22 2.14 4.72 15.85 — 2.83 0.01 黃河泥沙/wt% 74.10 12.10 3.46 2.55 4u 1.59 — —_0.17 1.92 0.08實(shí)施例I一種利用黃河泥沙和污泥制備超輕陶粒的方法，包括如下步驟( I)取黃河泥沙，經(jīng)干燥，粉碎后過90目篩，制得含水率為0. 7wt%的黃河泥沙；(2)取污泥，經(jīng)干燥，粉碎后過90目篩，制得含水率為9. 8wt%的干燥污泥；(3)按重量比1:8:1的比例稱取干燥后的黃河泥沙、粘土和干燥污泥，加水?dāng)嚢杈鶆?，直到呈粘稠狀，制粒，然后置于室溫處干?4h，制得直徑5 IOmm的生料球；(4)將步驟(3)制得的生料球放入380°C箱式電阻爐，預(yù)熱時(shí)間15min ;迅速轉(zhuǎn)移到1000°C管式電阻爐焙燒IOmin ；自然冷卻至室溫，制得超輕陶粒。制備的超輕陶粒外觀為深褐色或亮黑色表面粗糙的球狀固體，經(jīng)檢測(cè)，松散容重為294kg/m3，顆粒容重為644kg/m3，在水中可以飄浮，吸水率為5. 2%，膨脹率為138%。實(shí)施例2一種利用黃河泥沙和污泥制備超輕陶粒的方法，包括如下步驟( I)取黃河泥沙，經(jīng)干燥，粉碎后過100目篩，制得含水率為0. 8wt%的黃河泥沙；(2)取污泥，經(jīng)干燥，粉碎后過100目篩，制得含水率為9. 4wt%的干燥污泥；(3)按重量比2:7:1的比例稱取干燥后的黃河泥沙、粘土和干燥污泥，加水?dāng)嚢杈鶆?，直到呈粘稠狀，制粒，然后置于室溫處干?2h，制得直徑5 IOmm的生料球；(4)將步驟(3)制得的生料球放入400°C箱式電阻爐，預(yù)熱時(shí)間20min ;迅速轉(zhuǎn)移到1015°C管式電阻爐焙燒12min ；自然冷卻至室溫，制得超輕陶粒。制備的超輕陶粒外觀為深褐色或者黑褐色表面粗糙的球狀固體，經(jīng)檢測(cè)，松散容重為368kg/m3，顆粒容重為825kg/m3，在水中可以飄浮，吸水率為8. 7%，膨脹率為82. 3%。實(shí)施例3一種利用黃河泥沙和污泥制備超輕陶粒的方法，包括如下步驟( I)取黃河泥沙，經(jīng)干燥，粉碎后過110目篩，制得含水率為0. 6wt%的黃河泥沙；(2)取污泥，經(jīng)干燥，粉碎后過110目篩，制得含水率為9. 5wt%的干燥污泥；(3)按重量比3:6:1的比例稱取干燥后的黃河泥沙、粘土和干燥污泥，加水?dāng)嚢杈鶆颍钡匠收吵頎?，制粒，然后置于室溫處干?0h，制得直徑5 IOmm的生料球；(4)將步驟(3)制得的生料球放入420°C箱式電阻爐，預(yù)熱時(shí)間25min ;迅速轉(zhuǎn)移到1025°C管式電阻爐焙燒15min ；自然冷卻至室溫，制得超輕陶粒，其外觀如圖3所示。制備的超輕陶粒外觀為深褐色或者黑褐色表面粗糙的球狀固體，經(jīng)檢測(cè)，松散容重為404kg/m3，顆粒容重為893kg/m3，在水中可以飄浮，吸水率為4. 4%，膨脹率為70. 0%。通過掃描電子顯微鏡(SEM)放大100倍的超輕陶粒表面100倍超輕陶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的照片如圖I和圖2所示。將步驟(3)制得的生料球和制得的超輕陶粒分別放入水中，結(jié)果如圖4所示。

通過上述實(shí)施例可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黃河泥沙的含量不斷增加時(shí)，燒制出的陶粒顆粒密度和堆積密度會(huì)有所上升；但是，當(dāng)在380 420°C之間預(yù)熱15 25min，在1000 1025°C下燒制10 15min，并且黃河泥沙添加重量百分比在10% 30%時(shí)，燒制出的陶粒是完全可以符合超輕陶粒的標(biāo)準(zhǔn)的。
權(quán)利要求
1.一種利用黃河泥沙和污泥制備超輕陶粒的方法，包括如下步驟 (1)取黃河泥沙，經(jīng)干燥，粉碎后過90 110目篩，制得含水率為0.6wt% 0. 9wt%的黃河泥沙； (2)取污泥，經(jīng)干燥，粉碎后過90 110目篩，制得含水率為9.4wt% 9. 8wt%的干燥污泥； (3)按重量比(I 3): (6 8) : I的比例稱取干燥后的黃河泥沙、粘土和干燥污泥，加水?dāng)嚢杈鶆?，制粒，制得直? IOmm的生料球； (4)將步驟(3)制得的生料球在380°C 420°C的條件下，預(yù)熱15min 25min，然后，在1000 1025°C的條件下，焙燒IOmin 15min，室溫冷卻，制得超輕陶粒。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，黃河泥沙經(jīng)干燥粉碎后過.100目篩。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述干燥后的黃河泥沙的含水率為0. 6wt% 0. 8wt%。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，污泥經(jīng)干燥粉碎后過100目篩。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述干燥污泥的含水率為.9.4wt% 9. 6wt%。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，干燥后的黃河泥沙、粘土和干燥污泥的重量比為(I 3) :8: I。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)制粒后，還包括在常溫下干燥.20 24h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用黃河泥沙和污泥制備超輕陶粒的方法，包括如下步驟(1)取黃河泥沙，經(jīng)干燥，粉碎，制得黃河泥沙；(2)取污泥，經(jīng)干燥，粉碎，制得干燥污泥；(3)按重量比(1～3):(6～8):1的比例稱取干燥后的黃河泥沙、粘土和干燥污泥，加水?dāng)嚢杈鶆颍屏?，制得生料球?4)將生料球在380℃～420℃的條件下，預(yù)熱15min～25min，然后，在1000～1025℃的條件下，焙燒10min～15min，室溫冷卻，制得超輕陶粒。本發(fā)明利用黃河泥沙、污泥和粘土為原料制備超輕陶粒，工藝簡(jiǎn)單，制備的超輕陶粒具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、吸水率小、比表面積大的特點(diǎn)，為黃河泥沙的資源化利用開辟了新的途徑。
文檔編號(hào)C04B30/00GK102765929SQ20121027217
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者何紅桃, 岳東亭, 岳欽艷, 李雁杰, 王勃, 高寶玉 申請(qǐng)人:山東大學(xué)