一种污泥基轻质复合陶粒制备技术方法

本发明属于固体废物处理处置与资源化利用，具体涉及一种污泥基轻质复合陶粒制备技术方法。

背景技术：

1、随着国家和社会对环境保护的日益重视，固体废物作为放错位置的资源，其处理处置及资源化利用日益备受关注。污泥是城市污水处理过程产生的有机质固体废物，其成分较为复杂，且往往包含病源微生物、寄生虫卵、有毒有害重金属以及大量难降解物质，如若处理不当，极易对环境造成二次污染。目前，污泥的资源化利用主要包括水泥窑协同焚烧回收热能、提取蛋白或释放污泥内碳源、生产建筑材料、制备rdf燃料、堆肥后土地利用等。污泥建材化利用是一种有效的污泥减量化及资源化手段。污泥作为建材原料的基本途径可按污泥预处理方式的不同分为两类：其一是污泥脱水、干化后直接用于建材制造；其二是污泥进行以化学组成转化为特征的处理后，再用于建材制造，典型的处理方式是焚烧和熔融。目前，污泥建材利用已经被视为一种可持续发展的污泥处置方式在日本及欧美国家和地区迅速发展。

2、已有专利cn108002859a公开了一种利用污泥制作轻质多孔陶粒的工艺，在100 ℃以上对污泥进行干燥处理，再将污泥、高岭土、膨胀剂和caf2研磨成混合粉末，挤压造粒制备陶粒生料，并在高温下长时间预热与烘焙，再在1300 ℃高温条件下煅烧近1 h。该发明可生产较高品质的陶粒，但其工艺过程较为复杂，陶粒烧制时间较长，能耗较高。专利cn112010668a公开了一种免烘干且无需预热的污泥制备陶粒技术方法，脱水污泥与粘土按照既定配比混合均匀并制成陶粒胚体，之后在自然条件下风干，最后在高温炉中烧结处理。该发明简化了工艺流程，节省了成本，但制备陶粒时消纳的污泥量甚少，原料中粘土所占比例达到50%以上，而粘土属于不可再生资源，近些年来国家已经禁止了粘土陶粒的应用。如何因地制宜结合具体情况开发污泥基陶粒制备新技术，大量消纳污水厂污泥且陶粒制备工艺能耗明显降低，亟待技术创新与突破。

技术实现思路

1、本发明提供一种污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，将污水厂脱水污泥与粉末状建筑垃圾作为成陶基体物料，依次加入膨胀剂、调节剂、助熔剂以及复合粘结剂，制备陶粒胚体后将其外部涂覆釉质层物料，自然风干后进行高温烧结处理，自然冷却得到污泥基轻质复合陶粒。制备的陶粒具有良好的孔隙率，堆积密度通常为350~480 kg/m3，抗压强度1.3~1.8 mpa，广泛应用于园林花卉、保温/隔热、透气排水以及建筑回填等领域。

2、本发明实施步骤如下

3、（1）将污水厂脱水污泥与破碎后的建筑垃圾混合作为成陶基体物料，依次加入膨胀剂、调节剂、助熔剂以实现较低温度条件下制备的陶粒具有良好的封闭型孔隙结构，加入固体与液体复合粘结剂，调整物料含水率，搅拌混合均匀，制备质地均匀的圆形陶粒胚体；

4、（2）将所得陶粒胚体外表涂覆釉质层物料0.6~1.5 mm，自然风干24~48小时；

5、（3）对干燥后的陶粒胚体进行高温烧结处理，自然冷却后得到污泥基轻质复合陶粒。

6、优选地，步骤（1）中所述污水厂脱水污泥与建筑垃圾的质量比为10：1~2，所述建筑垃圾包括质量比为8：3~5的粉状废弃砖块与砂浆，所述建筑垃圾中粉状废弃砖块的粒径为0.18~0.45 mm。

7、优选地，步骤（1）按成陶基体物料质量的5%~14%添加膨胀剂，所述膨胀剂由含铁尘泥、fe2o3、赤泥中的两种或多种组成，其中必须包含fe2o3组分且占膨胀剂质量的20%~35%。

8、优选地，步骤（1）按成陶基体物料质量的8%~12%添加农林生物质废弃物作为调节剂，所述调节剂包含锯木屑、花生壳粉、玉米棒粉体，其中锯木屑占调节剂质量的比例为45%~65%。

9、优选地，步骤（1）按成陶基体物料质量的1.5%~2.5%添加助熔剂，所述助熔剂由cao与mgo组成，其质量比为1：0.8~1.2。

10、优选地，步骤（1）中所述复合粘结剂由固体粘结剂与液体粘结剂组成，固体粘结剂添加量为成陶基体物料质量的35%~40%，所述固体粘结剂由膨润土与煤矸石按质量比10：2~4组成。

11、优选地，所述液体粘结剂为聚丙烯酰胺溶液，其母液浓度为1.5~2.5 g/l，每1 kg成陶基体物料加入液体粘结剂母液0.4~0.6 l。

12、优选地，步骤（2）中所述釉质层物料由氧化铁、氧化锰、钙长石矿粉、膨润土组成，其质量分数分别为0~5%，0~15%，35~50%，40~55%。

13、优选地，所述陶粒胚体含水率为64%~72%，风干后的陶粒胚体含水率为12%~20%。

14、优选地，步骤（3）中陶粒胚体的高温烧结温度为1030~1180 ℃，烧制时间为15~40min。

15、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

16、（1）利用污水厂脱水污泥与建筑工业固废、农林固废等制备陶粒，实现了多元固废协同处置与资源化利用，其中的农林固废既可作为燃料提供热能，又能与铁系混合物发生反应从而使陶粒产生膨胀并生成内部封闭型微孔。聚丙烯酰胺液体粘结剂调整陶粒胚体含水率，有效提高陶粒胚体成球性能且减少膨润土用量。

17、（2）陶粒制备过程中，无需对污泥进行预处理；陶粒胚体烧制温度较低且时间短，有效降低生产能耗。制备的陶粒具有甚为发达的封闭型微孔，堆积密度小、质量轻且具有较高的抗压强度。

技术特征：

1.一种污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于步骤（1）中所述污水厂脱水污泥与建筑垃圾的质量比为10：1~2，所述建筑垃圾包括质量比为8：3~5的粉状废弃砖块与砂浆，所述建筑垃圾中粉状废弃砖块的粒径为0.18~0.45 mm。

3.根据权利要求1所述的污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于步骤（1）按成陶基体物料质量的5%~14%添加膨胀剂，所述膨胀剂由含铁尘泥、fe2o3、赤泥中的两种或多种组成，其中必须包含fe2o3组分且占膨胀剂质量的20%~35%。

4.根据权利要求1所述的污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于步骤（1）按成陶基体物料质量的8%~12%添加农林生物质废弃物作为调节剂，所述调节剂包含锯木屑、花生壳粉、玉米棒粉体，其中锯木屑占调节剂质量的比例为45%~65%。

5.根据权利要求1所述的污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于步骤（1）按成陶基体物料质量的1.5%~2.5%添加助熔剂，所述助熔剂由cao与mgo组成，其质量比为1：0.8~1.2。

6.根据权利要求1所述的污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于步骤（1）中所述复合粘结剂由固体粘结剂与液体粘结剂组成，固体粘结剂添加量为成陶基体物料质量的35%~40%，所述固体粘结剂由膨润土与煤矸石按质量比10：2~4组成。

7.根据权利要求6所述的污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于所述液体粘结剂为聚丙烯酰胺溶液，其母液浓度为1.5~2.5 g/l，每1 kg成陶基体物料加入液体粘结剂母液0.4~0.6 l。

8.根据权利要求1所述的污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于步骤（2）中所述釉质层物料由氧化铁、氧化锰、钙长石矿粉、膨润土组成，其质量分数分别为0~5%，0~15%，35~50%，40~55%。

9.根据权利要求1所述的污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于所述陶粒胚体含水率为64%~72%，风干后的陶粒胚体含水率为12%~20%。

10.根据权利要求1所述的污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，其特征在于步骤（3）中陶粒胚体的高温烧结温度为1030~1180 ℃，烧制时间为15~40 min。

技术总结本发明公开了一种污泥基轻质复合陶粒制备技术方法，所述方法将污水厂脱水污泥与建筑垃圾粉料、膨胀剂、调节剂、助熔剂混合均匀，添加复合粘结剂并调整混合物料含水率，制备圆形陶粒胚体后，将其外表涂覆釉质层物料，自然风干24~48小时，干燥后的陶粒胚体于1030~1180℃温度条件下烧结处理15~40 min，自然冷却后得到污泥基轻质复合陶粒。本发明实现了污水厂污泥、含铁尘泥、农作物秸秆等多元固废协同处置与资源化利用，制备的轻质陶粒内部封闭型孔隙发达，堆积密度低，抗压强度高，可广泛应用于园林绿化、保温/隔热建筑材料等领域。技术研发人员：陈国磊,刘树根,彭语欣,田森林,赵群,史建武受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29