CN110041051A

CN110041051A - 一种河道底泥和建筑泥浆陶粒及其制备方法

Info

Publication number: CN110041051A
Application number: CN201910376496.5A
Authority: CN
Inventors: 林春绵; 章泓立; 王军良
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2019-07-23

Abstract

本发明公开了一种河道底泥和建筑泥浆陶粒及其制备方法。它利用河道底泥、建筑泥浆、污水厂污泥和少量黏土作为主要原料，脱水后经细化、混合、造粒、烧结膨胀和自然冷却等步骤制备得到烧胀型陶粒。本发明以河道底泥和建筑泥浆为主要原料，在烧制陶粒过程中淤泥和泥浆中的重金属得到固化，有机有害物在煅烧过程中挥发，基本无二次污染，既减少了污染排放，又降低了烧胀型陶粒生产成本，且制得的烧胀型陶粒符合国家标准，具备质轻、孔隙率高、强度好等优异性能，它可用于轻质混凝土砌块以及水处理滤料等，具有良好的社会效益和经济效益。

Description

一种河道底泥和建筑泥浆陶粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及工程材料技术领域，特别涉及一种河道底泥和建筑泥浆陶粒及其制备方法。

背景技术

河道底泥是土壤、岩石及矿物的自然侵蚀产物、生物过程产物、有机质降解产物、污水排出物与湖底河床母质等随水流迁移而沉降积累在水体底部的堆积物质的统称。一方面，底泥所含有的污染物会随着底泥以推移和悬浮等形式输送至各处，造成大面积污染；另一方面，即使外源污染物排放得到有效控制，底泥当中的污染物也可以发生种种物理、化学和生物作用影响水质，甚至可通过生物富集作用危害人类。目前对于河道底泥的治理基本可分为原位处理和异位处理，传统的原位和异位处理都存在处理工程量大，处置成本高的问题。

如何使河道底泥变废为宝，我国已有利用河底淤泥制备陶粒的技术和实际应用。同济大学2012年6月27日在CN102515605A中公开了一种用纯河底淤泥为原料，河底淤泥经预处理后主要化学成分及其相应的重量百分含量为：SiO₂占55%~60%；Al₂O₃占15%~20%；Fe₂O₃占4%~6%；CaO和MgO共占3%~8%；河底淤泥烧失量占13%~18%。

第一步对原始河底淤泥进行预处理，预处理包括除杂、均化、干燥和陈化；第二步将经过预处理的河底淤泥进行搅拌混合后，用对辊机造粒制成生料球；第三步将生料球投入回转窑中设置干燥温度200-300℃，干燥时间20-30分钟；第四步再将生料球投入烧结窑内，烧结窑预热带温度设置在400-600℃，预热时间控制在10-15分钟；烧成带温度设置在1120-1200℃，烧成时间控制在6-10分钟；进入冷却机冷却获得陶粒，制得陶粒属于300-500级轻质陶粒。

金坛博大陶粒制品有限公司2011年9月27日在CN102173746A公开了一种利用城镇污泥和河底淤泥为原料烧制陶粒的方法，其主要原料及重量百分比为：城镇污泥30~35%，河道淤泥45~50%，膨润土17~23%。利用轮碾进行混合搅拌，经陈化、造粒、筛选、烧结膨胀和空气冷却；所得陶粒堆积密度：400~500kg/m³；筒压强度：1~3MPa；产品粒径1~26mm；1h吸水率≤10%。

虽然现有技术中已有利用污泥或河底淤泥烧制陶粒的方法，但现有的方法还需添加较多的页岩、黏土等粘合剂或者是别的高成本发泡助剂，黏土的过度开采会导致农用耕地减少，而开采页岩通常需要花费大量的人力物力。同时在污泥的脱水烘干过程中，污水气味挥发会导致处理地空气的二次污染，直接影响人们的正常生活和身体健康，既要消耗大量热能，又要消耗大量水，陶粒烧制成本太高，很不经济，因此很难推广应用。

发明内容

为了弥补现有技术的缺陷，本发明提供了一种简单高效的河道底泥和建筑泥浆陶粒及其制备方法。

所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于由以下重量份的原料组成：

河道底泥30~50份，建筑泥浆20~30份，黏土10~20份，污泥10~20份，秸秆粉末2.5~5份。

所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于所述河道底泥为河道清淤产生的淤泥，其化学成分及其重量百分比如下：

SiO₂：56%~60%、Al₂O₃：13%~16%、Fe₂O₃：7%~10%、CaO：3%~4%、

MgO：2%~3%、烧失量：13%~16%，其余为杂质；使用前经压滤脱水、自然干化，含水率为45%~55%。

所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于建筑泥浆为钻孔灌注桩施工产生的废弃泥浆，其化学成分及其重量百分比如下：

SiO₂：66%~70%、Al₂O₃：19%~21%、Fe₂O₃：4%~6%、CaO：1%~2%、

MgO：2%~3%、烧失量：4%~6%、其余为杂质；使用前经自然沉降或离心脱水，含水率为45%~55%。

所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于黏土化学成分及其重量百分比如下：

SiO₂：68%~72%、Al₂O₃：14%~17%、Fe₂O₃：5%~7%、CaO：0.5%~2%、

MgO：1%~2%、烧失量：4%~6%、其余为杂质；使用前经干化，含水率为30%~50%。

所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于污泥为城镇污水处理厂的污泥，其化学成分及其重量百分比如下：

SiO₂：40%~45%、Al₂O₃：10%~13%、Fe₂O₃：2%~3%、CaO：1%~2%、

MgO：1%~2%、烧失量：38%~40%、其余为杂质；使用前经压滤脱水、干化，含水率为50%~60%。

所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于废弃秸秆经自然晒干、除杂和粉碎细化，细化至粉末细度≤35目。

所述的河道底泥和建筑泥浆陶粒的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）分别对河道底泥、黏土和污泥、建筑泥浆、秸秆粉末进行除杂、细化，再按配比计量，将河道底泥、建筑泥浆、黏土、污泥和秸秆粉末搅拌混合均匀后制得生料球；

2）将步骤1）的生料球通过输送带输送至回转窑进行预热、烧结、预冷却，得到预冷却产物；

3）将步骤2）中的预冷却产物出窑后在空气中自然冷却至室温，得到烧胀型陶粒。

所述的河道底泥和建筑泥浆陶粒的制备方法，其特征在于步骤1）中的原料混合时，先将河道底泥、黏土和秸秆粉末搅拌混合均匀，再加入建筑泥浆和污泥继续搅拌混合。

所述的河道底泥和建筑泥浆陶粒的制备方法，其特征在于生料球的粒径为直径10~20mm，优选粒径为15mm，含水率为45%~55%。

所述的河道底泥和建筑泥浆陶粒的制备方法，其特征在于步骤2）中的预热温度为300~450℃，预热时间10~20分钟；烧结温度1150~1200℃，烧结时间20~30分钟；炉内预冷却温度为100-300℃，预冷却后出炉。

本发明的河道底泥和黏土等细化至颗粒大小10-30 mm。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明通过将原料分批加入，先将含水率相对低的河道底泥、黏土和秸杆搅拌混合均匀，再加入含水率相对高的建筑泥浆及污泥，能有效防止含水率较高的建筑泥浆粘结较低含水率的混合料发生拌和不均匀的情况；

2）本发明通过采用河道底泥，建筑泥浆和污泥为主要原料所制得的烧胀型陶粒，它符合国家标准，具备质轻、孔隙率高、强度好等优异性能，其堆积密度为300~400 kg/m³，表观密度为700~900 kg/m³，孔隙率≥45%，筒压强度1~3 MPa；产品粒径10~20 mm；

3）本发明的烧胀型陶粒在生产过程中，通过采用含水量高的建筑泥浆代替部分黏土充当粘合剂用，大大减少了黏土的使用量，而且采用污泥和秸秆粉末作为发泡助剂，本发明的原料河道底泥、建筑泥浆、污泥及秸杆都是废弃物，不但解决了废弃物的处置问题，并且实现了废弃物的综合利用，真正达到了变废为宝；且本发明所得的烧胀陶粒可应用于轻质混凝土砌块以及水处理滤料等，具有很好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处说描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例所用的主要原料化学成分如下，且每个原料在使用前都经过预处理，具体如下：

所述的河道底泥为河道清淤产生的淤泥，其化学成分及其重量百分比如下：SiO₂ ：56%~60%、Al₂O₃：13%~16%、Fe₂O₃：7%~10%、CaO：3%~4%、MgO：2%~3%、烧失量：13%~16%，其余为杂质；使用前经压滤脱水、自然干化，含水率为45%~55%，细化至颗粒大小为10-30 mm；

所述的建筑泥浆为钻孔灌注桩施工产生的废弃泥浆，其化学成分及其重量百分比如下：SiO₂：66%~70%、Al₂O₃：19%~21%、Fe₂O₃：4%~6%、CaO：1%~2%、MgO：2%~3%、烧失量：4%~6%、其余为杂质；使用前经自然沉降或离心脱水，含水率为45%~55%；

所述的黏土化学成分及其重量百分比如下：SiO₂：68%~72%、Al₂O₃：14%~17%、Fe₂O₃：5%~7%、CaO：0.5%~2%、MgO：1%~2%、烧失量：4%~6%、其余为杂质；使用前经干化，含水率为30%~50%，细化至颗粒大小为10-30 mm；

所述的污泥为城镇污水处理厂的污泥，其化学成分及其重量百分比如下：SiO₂：40%~45%、Al₂O₃：10%~13%、Fe₂O₃：2%~3%、CaO：1%~2%、MgO：1%~2%、烧失量：38%~40%、其余为杂质；使用前经压滤脱水、干化，含水率为50%~60%；

所述的秸秆经自然晒干、除杂和粉碎细化，细化至粉末细度≤35目。

实施例1

一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，由以下重量份的原料组成：

河道底泥30份，建筑泥浆30份，黏土20份，污泥20份，秸秆粉末2.5份；

其制备方法包括以下步骤：

1）将河道底泥、黏土、污泥和建筑泥浆脱水干化，此时河道底泥、黏土、污泥和建筑泥浆的含水率均小于60%；

2）将脱水干化后的河道底泥、黏土细化至颗粒大小为10-30mm；

3）将细化后的河道底泥、黏土和秸秆粉末按照配比加入搅拌机中搅拌均匀；

4）再按配比称量建筑泥浆及污泥，加入步骤3）已搅拌均匀的原料中，继续搅拌得混合物；

5）将步骤4）的混合物放至造粒机制得直径为15mm的生料球；

6）将制备好的生料球通过输送带输送至回转窑中，经历预热、烧结、预冷却三个过程得制品，预热温度为300℃，预热时间20分钟；烧结温度控制在1150℃，烧结时间15分钟；在炉内冷却至温度为200℃出炉；

7）将制品在空气中自然冷却，即得烧胀型陶粒。

实施例1所制造的烧胀陶粒的堆积密度为345 kg/m³，表观密度为830 kg/m³，孔隙率≥45%，筒压强度2.1MPa；产品粒径23 mm。

实施例2

一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，由以下重量份的原料组成：河道底泥40份，建筑泥浆30份，黏土20份，污泥10份，秸秆粉末5份；

其制备方法，包括以下步骤：

4）再按配比称量建筑泥浆及污泥，然后加入步骤3）已搅拌均匀的原料中，继续搅拌；

5）将原料放至造粒机制造为直径10mm的生料球；

6）将制备好的生料球通过输送带输送至回转窑中，经历预热、烧结、预冷却三个过程得制品，预热温度为350℃，预热时间15分钟；烧结温度控制在1175 ℃，烧结时间15分钟；在炉内冷却至温度为300 ℃出炉；

7）将制品在空气中自然冷却，即得到烧胀型陶粒。

实施例2所制造的烧胀陶粒的堆积密度为368 kg/m³，表观密度为864 kg/m³，孔隙率≥45%，筒压强度2.4 MPa；产品粒径16 mm。

实施例3

一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，由以下重量份的原料组成：河道底泥50份，建筑泥浆20份，黏土30份，污泥15份，秸秆粉末5份；

其制备方法，包括以下步骤：

1）将河道底泥、黏土、污泥和建筑泥浆脱水干化，此时河道底泥、黏土和污泥的含水率均小于60%；

2）将脱水干化后的河道底泥和黏土细化至颗粒大小为10-30mm；

5）将原料放至造粒机制造为直径20mm的生料球；

6）将制备好的生料球通过输送带输送至回转窑中，经历预热、烧结、预冷却三个过程，预热温度为400 ℃，预热时间10分钟；烧结温度控制在1200 ℃，烧结时间10分钟；在炉内冷却至温度为100 ℃出炉；

7）将制品在空气中自然冷却，即得到烧胀型陶粒。

实施例3所制造的烧胀陶粒的堆积密度为355 kg/m³，表观密度为796 kg/m³，孔隙率≥45%，筒压强度1.9 MPa；产品粒径26 mm。

实施例4

一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，由以下重量份的原料组成：河道底泥40份，建筑泥浆25份，黏土25份，污泥20份，秸秆粉末2.5份；

其制备方法，包括以下步骤：

5）将原料放至造粒机制造为直径15mm的生料球；

6）将制备好的生料球通过输送带输送至回转窑中，经历预热、烧结、预冷却三个过程，预热温度为350 ℃，预热时间10分钟；烧结温度控制在1175 ℃，烧结时间20分钟；在炉内温度为150 ℃出炉；

7）将制品在空气中自然冷却，即可得到烧胀型陶粒。

实施例4所制造的烧胀陶粒的堆积密度为390 kg/m³，表观密度为884 kg/m³，孔隙率≥45%，筒压强度2.8 MPa；产品粒径20 mm。

本发明通过采用上述技术，将废弃物进行重复利用，大大降低了废弃物自身处理所需要的大量人力和物力，缓解了这些废弃物对环境产生的污染，提高了经济效率，所制造的烧胀陶粒的堆积密度为300~400 kg/m³，表观密度为700~900 kg/m³，孔隙率≥45%，筒压强度1~3 MPa；产品粒径15~30 mm；本发明所制造的烧胀陶粒能应用于水处理滤料和轻质混凝土砌块，具有很好的社会经济效益。

Claims

1.一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于由以下重量份的原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于所述河道底泥为河道清淤产生的淤泥，使用前经压滤脱水、自然干化，含水率为45%~55%。

3.根据权利要求1所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于建筑泥浆为钻孔灌注桩施工产生的废弃泥浆，使用前经自然沉降或离心脱水，含水率为45%~55%。

4.根据权利要求1所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于黏土使用前经干化，含水率为30%~50%。

5.根据权利要求1所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于污泥为城镇污水处理厂的泥土，使用前经压滤脱水、干化，含水率为50%~60%。

6.根据权利要求1所述的一种河道底泥和建筑泥浆陶粒，其特征在于废弃秸秆经自然晒干、除杂和粉碎细化，细化至粉末细度≤35目。

7.一种根据权利要求1-6任一所述的河道底泥和建筑泥浆陶粒的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的河道底泥和建筑泥浆陶粒的制备方法，其特征在于步骤1）中的原料混合时，先将河道底泥、黏土和秸秆粉末搅拌混合均匀，再加入建筑泥浆和污泥继续搅拌混合。

9.根据权利要求7所述的河道底泥和建筑泥浆陶粒的制备方法，其特征在于生料球的粒径为直径10~20mm，优选粒径为15mm，含水率为45%~55%。

10.根据权利要求7所述的河道底泥和建筑泥浆陶粒的制备方法，其特征在于步骤2）中的预热温度为300~450℃，预热时间10~20分钟；烧结温度1150~1200℃，烧结时间20~30分钟；炉内预冷却温度为100-300℃，预冷却后出炉。