CN101585672B - 一种生物污泥和淤泥混合型陶粒 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物污泥和淤泥混合型陶粒，属于轻质材料技术领域。本生物污泥和淤泥混合型陶粒，由包括以下重量配比的原料制成：生物污泥10-30份；淤泥70-90份；其中污泥为脱水污泥，淤泥为河道淤泥、打桩淤泥中的一种或两种。本混合型陶粒有效的利用了城市污泥、实现了工业废土变废为宝、具有原料来源广泛、成本较低的特点。

Description

一种生物污泥和淤泥混合型陶粒

技术领域

本发明涉及一种陶粒，具体地说涉及一种生物污泥和淤泥混合型陶粒。属于轻质材料技术领域。

背景技术

陶粒具有优异的性能，如密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等。特别由于陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具一定强度和坚固性，因而具有质轻，耐腐蚀，抗冻，抗震和良好的隔绝性等多功能特点。利用陶粒这些优异的性能，可以将它广泛应用与建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等部门，应用领域越来越广，还在继续扩大。在陶粒发明和生产之初，它主要用于建材领域，由于技术的不断发展和人们对陶粒性能的认识更加深入，陶粒的应用早已超过建材这一传统范围，不断扩大它的应用新领域。现在陶粒在建材方面的应用，已经由100％下降到80％，在其他方面的应用，已占20％。随着陶粒新用途的不断开发，它在其他方面的比例将会逐渐增大。

陶粒按形状分为碎石型陶粒、圆球形陶粒和圆柱形陶粒。碎石型陶粒一般用天然矿石生产，先将石块粉碎、烧胀，然后进行筛粉；也可用天然及人工轻质原料如浮石、火山渣、煤渣、自然或煅烧煤矸石等，直接破碎筛分而得。圆球形陶粒是采用圆盘造粒机生产。先将原料磨粉，然后加水造粒，制成圆球再进行烧胀或养护而成。目前我国的陶粒大部分是这种品种。圆柱型陶粒一般采用塑性挤出成型。先制成泥条，再切割成圆柱形状。这种陶粒适合于塑性较高的等黏土原料，产量相对较低。圆柱料坯若采用回砖窑烧胀，圆柱体在窑内滚动成椭圆形。按陶粒性能分高性能陶粒和普通性能陶粒。高性能陶粒是指强度较高、吸水率较低、密度较小的烧胀或免烧陶粒。轻集料的资源丰富，品种繁多。它有天然轻集料、固体废弃物轻集料和人造轻集料之分。根据它们的生成条件及性能看来，可以用来配制高性能混凝土的只有经特殊加工的高性能陶粒。国外一般称它为高性能轻集料，在我国也可称它为高强陶粒。高性能陶粒是采用合适的原材料，经特殊加工工艺，所制造出的不同密度等级、高强度、低孔隙率、低吸水率的人造轻集料。这种轻集料的某些性能与普通密实集料相似，与普通轻集料相比性能更为优越。普通性能陶粒是相对于高性能陶粒而言。即它的强度比高性能陶粒略低。孔隙率略高、吸水率也高。但它的综合性能仍优于普通集料。

现有的陶粒主要是采用粉煤灰、粘土、页岩等原料制备而成。如中国专利申请(公开号：CN101182186A)涉及一种粉煤灰陶粒，该陶粒选用含碳量体积比为7％的粉煤灰和水溶液为粉煤灰陶粒的母料，体积比为含碳量体积比为7％的粉煤灰∶水溶液＝99.8％∶0.02％；水溶液由水玻璃、胶凝树脂和水组成，体积比为水玻璃∶胶凝树脂∶水＝0.6％∶0.4％∶99％；将含碳量体积为7％的粉煤灰与水溶液充分搅拌混和，混合均匀后送入球形机进行制球，球径为10-20mm，再送入敞口窑中，在窑口用柴草引着，用鼓风机吹着自燃，待窑顶部粉煤灰球被烧的红透后，停止鼓风，待40分钟后出窑，制成粉煤灰陶粒。虽然该陶粒粉煤灰掺量高、无粘土成分，但是粉煤灰粘性和可塑性较差，必须加入较大量的水玻璃和凝胶树脂，对粉煤灰的化学成分要求较严，烧胀工艺控制较难，易产生结块，结圈，生产成本仍然较高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种充分利用原料的特性，成本较低，产品质量较好的生物污泥和淤泥混合型陶粒。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：一种生物污泥和淤泥混合型陶粒，该陶粒由包括以下重量配比的原料制成：生物污泥：10-30份；淤泥：70-90份，其中所述的污泥为脱水污泥，所述的淤泥为河道淤泥、打桩淤泥中的一种或两种。本发明采用的河道淤泥、打桩淤泥的化学成分与粘土比较接近，可以将其利用为主原料，污水处理厂产生的生物污泥为辅助原料通过混料、造粒、烧胀和冷却后可以获得超轻、普通和高强陶粒。由于陶粒烧成对原料含水率有一定的要求，但生物污泥从离心机卸下时含水率较高，不能直接用于陶粒烧胀，但是生物污泥和淤泥可塑性是一个不可逆现象，生物污泥非常细腻，随着日晒或风吹，污泥中表面水分逐渐丢失后，污泥逐渐变硬，边角锋利，污泥细微颗粒逐渐变粗，失去可塑性能，若再向变硬的污泥中注入水分，经研磨污泥就变成细砂，完全失去了粘性和可塑性，本发明采用的生物污泥和淤泥的含水率为35％-42％。作为优选，所述原料的重量百分配比为：生物污泥：15-25份；淤泥：75-85份。进一步的优选，所述原料的重量百分配比为：生物污泥：20份；淤泥：80份，所述的淤泥为河道淤泥、打桩淤泥中的两种，其中河道淤泥的重量配比50份，打桩淤泥的重量配比为20份。淤泥和生物污泥的比例不同也对生产的陶粒的品质有重大影响，结果如表1、表2和表3所示。

表1：不同重量百分配比的河道淤泥和脱水污泥制备的陶粒品质

从表1可以看出：本发明以河道淤泥作主原料，脱水污泥最佳掺入量为20％，掺入一定量的脱水污泥，料球最佳膨胀温度有所下降；陶粒表观密度最低为800kg/m³。

表2：不同重量百分配比的打桩淤泥和脱水污泥制备的陶粒品质

从表2可以看出：本发明以打桩淤泥作为主原料时，脱水污泥最佳掺入量为10-15％；掺入一定比例的脱水污泥，料球最佳膨胀温度有所下降，样品最低表观密度最低为610kg/m³；脱水污泥掺入比例越大，吸水率亦随之变大，表观密度越大。

表3：不同重量百分配比的河道淤泥、打桩淤泥和脱水污泥制备的陶粒品质

从表3可以看出：本发明以河道淤泥50％+打桩淤泥30％+脱水污泥20％为配比陶粒样品质量最佳，表观密度最低为650kg/m³。

在上述的生物污泥和淤泥混合型陶粒中，所述的脱水污泥的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：18.8％；      Al₂O₃：9.18％；

Fe₂O₃：10.31％；    CaO：5.40％；

MgO：6.40％；       烧失量：47.76％；

其余为杂质。所述的杂质为Na2O、K2O和有机质等杂质。

在上述的生物污泥和淤泥混合型陶粒中，所述的河道淤泥的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：48.27％；    Al₂O₃：12.57％；

Fe₂O₃：4.94％；    CaO：3.81％；

MgO：2.52％；      烧失量：7.19％；

其余为杂质。

在上述的生物污泥和淤泥混合型陶粒中，所述的打桩淤泥的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：60.7％；     Al₂O₃：15.29％；

Fe₂O₃：6.96％；    CaO：1.01％；

MgO：2.10％；      烧失量：7.25％；

其余为杂质。

本发明主要采用是浙江省台州市椒江地区的河道淤泥和浙江省台州市地区打桩淤泥以及浙江省台州地区污水处理厂等产生的生物污泥，其化学成分如表4所示。

表4：浙江省台州市的生物污泥和淤泥的化学成分

	台州椒江地区河道淤泥	台州椒江污水处理厂产生的生物污泥	台州地区打桩淤泥
				SiO2(％)	48.27	18.8	60.7
Al2O3(％)	12.57	9.18	15.29
				Fe2O3(％)	4.94	10.31	6.96
CaO(％)	3.81	5.40	1.01
				MgO(％)	2.52	6.40	2.10
烧失量	7.19	47.76	7.25
				其它	20.70	2.15	6.69

从表4可以看出：本发明采用的河道淤泥和打桩淤泥的化学成分与粘土比较接近，可以利用其为主原料，生物污泥为辅助原料。

在上述的生物污泥和淤泥混合型陶粒中，该陶粒的原料还包括重量份为1-10份的辅助外加剂，所述的辅助外加剂为粉煤灰、石灰石粉、铁矿粉、硼砂中的一种或多种混合物。本发明在原料中加入适量的辅助外加剂混合搅拌，制出的陶粒容重轻但筒压强度较高。在上述的生物污泥和淤泥混合型陶粒中，作为优选，所述的生物污泥和淤泥配制成陶粒原料的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：42％-48％；     Al₂O₃：7％-13％；

Fe₂O₃：7％-14％；     CaO：3％-5％；

MgO：3％-3.5％；      烧失量：14％-16％；

其余为杂质。

在上述的生物污泥和淤泥混合型陶粒中，所述的生物污泥和淤泥制成陶粒性能参数为：堆积密度：510-600kg/m³；筒压强度：2.0-2.5Mpa；1h吸水率：1％-10％。该性能参数的陶粒主要应用于结构保温，墙板，砌块，耐火材料，浇注料，过滤集料中，其制品的隔热保温，耐久等性能优，市场竞争力强。

在上述的生物污泥和淤泥混合型陶粒中，所述的生物污泥和淤泥制成陶粒性能参数还可以为：堆积密度：610-700kg/m³；筒压强度：3.0-3.5Mpa；1h吸水率：1％-10％。该性能参数的陶粒主要应用于保温结构的小构件上，不仅降低物件自重，其优良的耐火性，同时也大大提高结构的安全性。

在上述的生物污泥和淤泥混合型陶粒中，所述的生物污泥和淤泥制成陶粒性能参数为：堆积密度：350-500kg/m³；筒压强度：1.5-2.0Mpa；1h吸水率：1％-10％。该性能参数的陶粒主要应用于自保温，外墙保温和结构保温上，在屋面，车库屋顶上应用其作无土栽培材料。另还大量应用于艺术石行业，花卉种植等，应用范围广，产品竞争力强。

综上所述，本发明的生物污泥和淤泥混合型陶粒具有以下优点：

1、本发明采用生物污泥和淤泥作为原料可以制作出超轻、普通和高强陶粒，节能效果显著，有利于保护河流、湖泊和土地等资源，有效的利用了城市污泥、工业废土实现变废为宝的目的。

2、本发明所采用的原料主要为生物污泥和淤泥，不仅原料来源广泛，成本较低；而且为城市污泥的减量化、无害化、资源化处理提供了有效的利用途径。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明；但是本发明并不限于这些实施例。

表5：实施例1-12制备陶粒的生物污泥和淤泥的重量份

实施例1-12中采用的是浙江省台州市椒江地区的河道淤泥和浙江省台州市地区打桩淤泥以及浙江省台州市椒江污水处理厂产生的生物污泥。所述的河道淤泥的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：48.27％；     Al₂O₃：12.57％；

Fe₂O₃：4.94％；     CaO：3.81％；

MgO：2.52％；       烧失量：7.19％；

其余为杂质。

所述的打桩淤泥的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：60.7％；     Al₂O₃：15.29％；

Fe₂O₃：6.96％；    CaO：1.01％；

MgO：2.10％；      烧失量：7.25％；

其余为杂质。

所述的脱水污泥的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：18.8％；      Al₂O₃：9.18％；

Fe₂O₃：10.31％；    CaO：5.40％；

MgO：6.40％；       烧失量：47.76％；

其余为杂质。

其中实施例1中采用的辅助外加剂为粉煤灰，实施例4中采用辅助外加剂为石灰石粉，实施例7中采用辅助外加剂为硼砂，实施例9中采用的辅助外加剂为粉煤灰，实施例11中采用的辅助外加剂为铁矿粉。

本陶粒的生产方法如下：按表5中实施例1-12重量份的原料混合均匀后，放置常温下陈化，放置7天进行部分脱水，脱水后河道淤泥和脱水污泥的含水率为37.8％，通过给料机放入双轴搅拌机中进行充分混料，混料时间为3分钟；然后将上述混料后的生物污泥和淤泥在对辊破碎机中进行破碎，破碎时间为3分钟，破碎后进行二次造粒，第一次采用对辊造粒机对辊造粒5分钟，第二次采用造粒滚筒造粒5分钟，二次造粒后颗粒料的粒径为5-15mm。

将上述造粒后颗粒料放入双筒回转窑中进行预热，预热温度为300℃，预热时间为20分钟；预热后进行烧胀，烧胀温度为1115℃，烧胀时间10分钟；烧胀后在温度为100℃的条件下冷却20分钟后得到陶粒成品。

随机抽取实施例1-12制作的陶粒样品，对其性能进行检测，检测出陶粒的性能参数如表6所示。

表6：实施例1-12制作的陶粒样品的性能参数

从表6可以看出，本生物污泥和淤泥混合型陶粒的堆积密度、筒压强度、吸水率等性能较好，可以制作出超轻、普通和高强陶粒。节能效果显著，隔热保温性能好，用作建筑材料具有良好的耐火性能、抗震性能、抗渗性能和耐久性能。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (6)

1.一种生物污泥和淤泥混合型陶粒，该陶粒由包括以下重量配比的原料制成：生物污泥：10-30份；淤泥：70-90份，其中所述的生物污泥为脱水污泥，所述的淤泥为河道淤泥、打桩淤泥中的一种或两种，生物污泥和淤泥的含水率为35％-42％；所述的脱水污泥的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：18.8％；        Al₂O₃：9.18％；

Fe₂O₃：10.31％；      CaO：5.40％；

MgO：6.40％；         烧失量：47.76％；

其余为杂质；

该陶粒的原料还包括重量份为1-10份的辅助外加剂，所述的辅助外加剂为粉煤灰、石灰石粉、铁矿粉、硼砂中的一种或多种混合物。

2.根据权利要求1所述的生物污泥和淤泥混合型陶粒，其特征在于：所述的河道淤泥的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：48.27％；         Al₂O₃：12.57％；

Fe₂O₃：4.94％；         CaO：3.81％；

MgO：2.52％；           烧失量：7.19％；

其余为杂质。

3.根据权利要求1所述的生物污泥和淤泥混合型陶粒，其特征在于：所述的打桩淤泥的化学成分及其重量百分比为：

SiO₂：60.7％；           Al₂O₃：15.29％；

Fe₂O₃：6.96％；          CaO：1.01％；

MgO：2.10％；            烧失量：7.25％；

其余为杂质。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的生物污泥和淤泥混合型陶粒，其特征在于：所述的生物污泥和淤泥制成陶粒性能参数为：堆积密度：510-600kg/m³；筒压强度：2.0-2.5MPa；1h吸水率：1％-10％。 

5.根据权利要求1-3任意一项所述的生物污泥和淤泥混合型陶粒，其特征在于：所述的生物污泥和淤泥制成陶粒性能参数为：堆积密度：610-700kg/m³；筒压强度：3.0-3.5MPa；1h吸水率：1％-10％。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的生物污泥和淤泥混合型陶粒，其特征在于：所述的生物污泥和淤泥制成陶粒性能参数为：堆积密度：350-500kg/m³；筒压强度：1.5-2.0MPa；1h吸水率：1％-10％。