CN115849943A

CN115849943A - 一种陶粒的合成方法

Info

Publication number: CN115849943A
Application number: CN202211593676.7A
Authority: CN
Inventors: 马丽萍; 王悦; 陈映彤; 张虔榕; 刘宇涵; 潘青唤
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2023-03-28

Abstract

本发明公开了一种陶粒的合成方法，该方法是将原料污泥、微硅粉、铝灰干燥粉碎后，将污泥62‑75%、微硅粉20‑30%、铝灰5‑8%混合均匀后加水，造粒，料球在100‑110℃下干燥1‑2h；干燥后的料球以10℃/min的速率升温到400℃‑600℃，预热10‑35min；再以10℃/min的升温速率升至1000‑1200℃，焙烧20‑45min，自然冷却至室温后，即得陶粒，本发明方法制得的陶粒吸水率≤10%，筒压强度≥3MPa，堆积密度范围≤600kg/m³，技术指标能达到GBT‑17431.1‑2010《轻集料及其试验方法》的标准。

Description

一种陶粒的合成方法

技术领域

本发明涉及一种利用市政污泥、微硅粉和铝灰合成陶粒的方法，属于固废无害化和资源化领域。

背景技术

现有的污泥原料类陶粒中原料添加剂多为不可再生资源，原料污泥的添加量较少，不可再生辅料添加剂多，原料中辅料添加剂的价格高等问题。为降低陶粒生产中不可再生资源的使用率，降低成本，开发利用固废资源成了必经之路。现有的制备工艺为免烧陶粒和焙烧陶粒两大类，焙烧陶粒经过高温反应，内部产气膨胀形成，焙烧陶粒的吸水率较低，一般低于15%，焙烧陶粒的堆积密度普遍比免烧陶粒低，且外观性能更稳定，焙烧陶粒的物理化学性能相较于免烧陶粒要更稳定。

污泥是指在水和污水处理过程中所产生的固体沉淀物质，此发明所用的污泥是生活污水处理厂产生的污泥，又名市政污泥。随着我国城市化进程的加快、污水处理设施的增加、污水厂的数量也越来越多。污水处理率的不断提高，城市污水污泥的产量也不断增加，目前我国市政污泥产量已高达约3500万吨/年。由于技术和经济因素的制约，我国市政污泥深度处理程度远远落后于国际先进水平，大量的污泥随意外运、填埋或堆放。污泥中有机物约占70%，此外，污泥中还含有Cd、Pb、Cr等重金属元素，同时还有病原微生物等有害物质，如果污泥未受到妥善的处理处置，很容易对生态环境造成二次污染。

微硅粉，又叫硅灰，是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成，其主要成分为无定形二氧化硅和少量氧化物。微硅粉颗粒小，附着性强，进入大气中很容易造成空气污染，对人体健康也会造成极大的危害，我国是工业硅生产大国，随之而来的是，副产品微硅粉的量堆积越来越多，成为环境潜在隐患。对微硅粉进行资源化无害化再利用，减少微硅粉堆积量，可减轻微硅粉堆积负担。

铝灰是铝工业生产、成型过程中的主要副产物，铝灰中含有大量的氧化铝、少量的金属铝、氮化铝和其他杂质。铝灰是铝生产中的一种工业副产物，主要来源于电解铝生产、铸造铝生产及废铝再生过程，通常分为一次铝灰和二次铝灰，二次铝灰来源于铝精炼加工过程和一次铝灰提取金属铝后的残余物，也被称为黑灰，也能回收利用，但有害元素较多，处理难度大。铝灰的化学成分与铝加工过程中的原料、操作条件及生产工艺等密切相关。

目前尚未见由污泥、微硅粉和铝灰为主要原料制备陶粒的报道。

发明内容

本发明提供了一种利用污泥、微硅粉和铝灰合成陶粒的方法，以污泥、微硅粉为主要原料，铝灰为辅料，原料干燥粉碎加水混合配料后，经造粒，干燥，预热，焙烧，自然冷却到室温后制成陶粒，本发明制得的成品陶粒吸水率≤10%，筒压强度≥2MPa，堆积密度范围≤800kg/m³；技术指标可达到GBT-17431.1-2010《轻集料及其试验方法》的标准。

本发明方法具体如下：

原料污泥、微硅粉、铝灰干燥粉碎，制得125-250μm的粉末后，将污泥62-75%、微硅粉20-30%、铝灰5-8%混合均匀后加水，造粒，料球在100-110℃下干燥1-2h；干燥后的料球以10℃/min的速率升温到400℃-600℃，预热10-35min；再以10℃/min的升温速率升至1000-1200℃，焙烧20-45min，自然冷却至室温后，即得陶粒。

所述水的添加量为原料重量的45-50%。

所述污泥的主要化学成分（质量百分比）为：30-35% SiO₂、 20-25% Al₂O₃、10-12%Fe₂O₃、15-20% CaO+MgO、6-10% P₂O₅、1-3% SO₃、1-2% TiO₂、1-2% K₂O。

所述微硅粉的主要化学成分（质量百分比）为：92-96% SiO₂、2-4% K₂O、1-2% CaO+MgO、1-2% SO₃。

铝灰的主要化学成分质量百分比：2-5% SiO₂、65-80% Al₂O₃、1-3% K₂O、2-5% CaO+MgO、2-4% SO₃。

3、料球在加热焙烧过程中，需经过干燥、预热、焙烧三个阶段，料球温度控制在100-110℃，干燥1-2h；干燥后料球以10C /min的速率升温到400℃-600℃，预热10-35min；以10C /min的升温速率升至1000-1200℃，焙烧25-45min，最后自然冷却至室温后，即得成品。

与现有技术相比的优点：

使用污泥、微硅粉、铝灰三种固废固废为原料，实现全固废陶粒原料，减少了传统陶粒中黏土、高岭土等不可再生原料的使用，并且污泥添加量高，实现了污泥和微硅粉资源化无害化的利用；成品陶粒质量轻、强度高、吸水率小、比表面积大，应用前景广泛，生产的陶粒成品技术指标能达到GBT-17431.1-2010《轻集料及其试验方法》的标准。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容；实施例中采用GBT17431.1-2010《轻集料及其试验方法》中推荐的方法测定吸水率、堆积密度、筒压强度；

实施例1

将污泥、微硅粉、铝灰干燥后分别粉碎制得125-250μm的粉末，然后将污泥62%、微硅粉30%、铝灰8%混合均匀后，添加原料总量45%的水，搅拌均匀后，在造粒机上制成粒径10-20mm的料球；将料球放入烘干箱在105℃±2℃下干燥2h，再将干燥后的料球放入马弗炉预热烧结，以10℃/min升温速率将温度升至400℃预热30min，再以10℃/min的速率升温至1150℃，烧结33mmin，自然冷却后，即得陶粒成品，制得的陶粒吸水率为5.2%，堆积密度542.7 kg/m³，筒压强度4.6MPa。

实施例2

将污泥、微硅粉、铝灰干燥后分别粉碎制得125-250μm的粉末，然后将污泥70%、微硅粉25%、铝灰5%混合均匀后，添加原料总量50%的水，搅拌均匀后，在造粒机上制成粒径10-20mm的料球；将料球放入烘干箱在105℃±2℃下干燥1h，再将干燥后的料球放入马弗炉预热烧结，以10℃/min升温速率将温度升至500℃预热20min，再以10℃/min的速率升温至1150℃，烧结30mmin，自然冷却后，即得陶粒成品，制得的陶粒吸水率为3.5%，堆积密度542.9 kg/m³，筒压强度4.2MPa。

实施例3

将污泥、微硅粉、铝灰干燥后分别粉碎制得125-250μm的粉末，然后将污泥74%、微硅粉20%、铝灰6%混合均匀后，添加原料总量48%的水，搅拌均匀后，在造粒机上制成粒径10-20mm的料球；将料球放入烘干箱在105℃±2℃下干燥2h，再将干燥后的料球放入马弗炉预热烧结，以10℃/min升温速率将温度升至600℃预热20min，再以10℃/min的速率升温至1200℃，烧结20mmin，自然冷却后，即得陶粒成品，制得的陶粒吸水率为2.3%，堆积密度407.26 kg/m³，筒压强度3.3MPa。

Claims

1.一种陶粒的合成方法，其特征在于：原料污泥、微硅粉、铝灰干燥粉碎后，将污泥62-75%、微硅粉20-30%、铝灰5-8%混合均匀后加水，造粒，料球在100-110℃下干燥1-2h；干燥后的料球以10℃/min的速率升温到400℃-600℃，预热10-35min；再以10℃/min的升温速率升至1000-1200℃，焙烧20-45min，自然冷却至室温后，即得陶粒。

2.根据权利要求1所述的陶粒的合成方法，其特征在于：粉碎制得125-250μm的粉末。

3.根据权利要求1所述的陶粒的合成方法，其特征在于：水的添加量为原料重量的45-50%。