一種陶粒的合成方法
2024-04-13 22:57:05
1.本發明涉及一種利用市政汙泥、微矽粉和鋁灰合成陶粒的方法，屬於固廢無害化和資源化領域。
背景技術：
2.現有的汙泥原料類陶粒中原料添加劑多為不可再生資源，原料汙泥的添加量較少，不可再生輔料添加劑多，原料中輔料添加劑的價格高等問題。為降低陶粒生產中不可再生資源的使用率，降低成本，開發利用固廢資源成了必經之路。現有的製備工藝為免燒陶粒和焙燒陶粒兩大類，焙燒陶粒經過高溫反應，內部產氣膨脹形成，焙燒陶粒的吸水率較低，一般低於15%，焙燒陶粒的堆積密度普遍比免燒陶粒低，且外觀性能更穩定，焙燒陶粒的物理化學性能相較於免燒陶粒要更穩定。
3.汙泥是指在水和汙水處理過程中所產生的固體沉澱物質，此發明所用的汙泥是生活汙水處理廠產生的汙泥，又名市政汙泥。隨著我國城市化進程的加快、汙水處理設施的增加、汙水廠的數量也越來越多。汙水處理率的不斷提高，城市汙水汙泥的產量也不斷增加，目前我國市政汙泥產量已高達約3500萬噸/年。由於技術和經濟因素的制約，我國市政汙泥深度處理程度遠遠落後於國際先進水平，大量的汙泥隨意外運、填埋或堆放。汙泥中有機物約佔70%，此外，汙泥中還含有cd、pb、cr等重金屬元素，同時還有病原微生物等有害物質，如果汙泥未受到妥善的處理處置，很容易對生態環境造成二次汙染。
4.微矽粉，又叫矽灰，是工業電爐在高溫熔煉工業矽及矽鐵的過程中隨廢氣逸出的煙塵經特殊的捕集裝置收集處理而成，其主要成分為無定形二氧化矽和少量氧化物。微矽粉顆粒小，附著性強，進入大氣中很容易造成空氣汙染，對人體健康也會造成極大的危害，我國是工業矽生產大國，隨之而來的是，副產品微矽粉的量堆積越來越多，成為環境潛在隱患。對微矽粉進行資源化無害化再利用，減少微矽粉堆積量，可減輕微矽粉堆積負擔。
5.鋁灰是鋁工業生產、成型過程中的主要副產物，鋁灰中含有大量的氧化鋁、少量的金屬鋁、氮化鋁和其他雜質。鋁灰是鋁生產中的一種工業副產物，主要來源於電解鋁生產、鑄造鋁生產及廢鋁再生過程，通常分為一次鋁灰和二次鋁灰，二次鋁灰來源於鋁精煉加工過程和一次鋁灰提取金屬鋁後的殘餘物，也被稱為黑灰，也能回收利用，但有害元素較多，處理難度大。鋁灰的化學成分與鋁加工過程中的原料、操作條件及生產工藝等密切相關。
6.目前尚未見由汙泥、微矽粉和鋁灰為主要原料製備陶粒的報導。
技術實現要素：
7.本發明提供了一種利用汙泥、微矽粉和鋁灰合成陶粒的方法，以汙泥、微矽粉為主要原料，鋁灰為輔料，原料乾燥粉碎加水混合配料後，經造粒，乾燥，預熱，焙燒，自然冷卻到室溫後製成陶粒，本發明製得的成品陶粒吸水率≤10%，筒壓強度≥2mpa，堆積密度範圍≤800kg/m3；技術指標可達到gbt-17431.1-2010《輕集料及其試驗方法》的標準。
8.本發明方法具體如下：
原料汙泥、微矽粉、鋁灰乾燥粉碎，製得125-250μm的粉末後，將汙泥62-75%、微矽粉20-30%、鋁灰5-8%混合均勻後加水，造粒，料球在100-110℃下乾燥1-2h；乾燥後的料球以10℃/min的速率升溫到400℃-600℃，預熱10-35min；再以10℃/min的升溫速率升至1000-1200℃，焙燒20-45min，自然冷卻至室溫後，即得陶粒。
9.所述水的添加量為原料重量的45-50%。
10.所述汙泥的主要化學成分（質量百分比）為：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。
11.所述微矽粉的主要化學成分（質量百分比）為：92-96% sio2、2-4% k2o、1-2% cao+mgo、1-2% so3。
12.鋁灰的主要化學成分質量百分比：2-5% sio2、65-80% al2o3、1-3% k2o、2-5% cao+mgo、2-4% so3。
13.3、料球在加熱焙燒過程中，需經過乾燥、預熱、焙燒三個階段，料球溫度控制在100-110℃，乾燥1-2h；乾燥後料球以10c /min的速率升溫到400℃-600℃，預熱10-35min；以10c /min的升溫速率升至1000-1200℃，焙燒25-45min，最後自然冷卻至室溫後，即得成品。
14.與現有技術相比的優點：使用汙泥、微矽粉、鋁灰三種固廢固廢為原料，實現全固廢陶粒原料，減少了傳統陶粒中黏土、高嶺土等不可再生原料的使用，並且汙泥添加量高，實現了汙泥和微矽粉資源化無害化的利用；成品陶粒質量輕、強度高、吸水率小、比表面積大，應用前景廣泛，生產的陶粒成品技術指標能達到gbt-17431.1-2010《輕集料及其試驗方法》的標準。
具體實施方式
15.下面通過實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明保護範圍不局限於所述內容；實施例中採用gbt17431.1-2010《輕集料及其試驗方法》中推薦的方法測定吸水率、堆積密度、筒壓強度；實施例1將汙泥、微矽粉、鋁灰乾燥後分別粉碎製得125-250μm的粉末，然後將汙泥62%、微矽粉30%、鋁灰8%混合均勻後，添加原料總量45%的水，攪拌均勻後，在造粒機上製成粒徑10-20mm的料球；將料球放入烘乾箱在105℃
±
2℃下乾燥2h，再將乾燥後的料球放入馬弗爐預熱燒結，以10℃/min升溫速率將溫度升至400℃預熱30min，再以10℃/min的速率升溫至1150℃，燒結33mmin，自然冷卻後，即得陶粒成品，製得的陶粒吸水率為5.2%，堆積密度542.7 kg/m3，筒壓強度4.6mpa。
16.實施例2將汙泥、微矽粉、鋁灰乾燥後分別粉碎製得125-250μm的粉末，然後將汙泥70%、微矽粉25%、鋁灰5%混合均勻後，添加原料總量50%的水，攪拌均勻後，在造粒機上製成粒徑10-20mm的料球；將料球放入烘乾箱在105℃
±
2℃下乾燥1h，再將乾燥後的料球放入馬弗爐預熱燒結，以10℃/min升溫速率將溫度升至500℃預熱20min，再以10℃/min的速率升溫至1150℃，燒結30mmin，自然冷卻後，即得陶粒成品，製得的陶粒吸水率為3.5%，堆積密度542.9 kg/m3，筒壓強度4.2mpa。
17.實施例3將汙泥、微矽粉、鋁灰乾燥後分別粉碎製得125-250μm的粉末，然後將汙泥74%、微矽粉20%、鋁灰6%混合均勻後，添加原料總量48%的水，攪拌均勻後，在造粒機上製成粒徑10-20mm的料球；將料球放入烘乾箱在105℃
±
2℃下乾燥2h，再將乾燥後的料球放入馬弗爐預熱燒結，以10℃/min升溫速率將溫度升至600℃預熱20min，再以10℃/min的速率升溫至1200℃，燒結20mmin，自然冷卻後，即得陶粒成品，製得的陶粒吸水率為2.3%，堆積密度407.26 kg/m3，筒壓強度3.3mpa。
技術特徵：
1.一種陶粒的合成方法，其特徵在於：原料汙泥、微矽粉、鋁灰乾燥粉碎後，將汙泥62-75%、微矽粉20-30%、鋁灰5-8%混合均勻後加水，造粒，料球在100-110℃下乾燥1-2h；乾燥後的料球以10℃/min的速率升溫到400℃-600℃，預熱10-35min；再以10℃/min的升溫速率升至1000-1200℃，焙燒20-45min，自然冷卻至室溫後，即得陶粒。2.根據權利要求1所述的陶粒的合成方法，其特徵在於：粉碎製得125-250μm的粉末。3.根據權利要求1所述的陶粒的合成方法，其特徵在於：水的添加量為原料重量的45-50%。
技術總結
本發明公開了一種陶粒的合成方法，該方法是將原料汙泥、微矽粉、鋁灰乾燥粉碎後，將汙泥62-75%、微矽粉20-30%、鋁灰5-8%混合均勻後加水，造粒，料球在100-110℃下乾燥1-2h；乾燥後的料球以10℃/min的速率升溫到400℃-600℃，預熱10-35min；再以10℃/min的升溫速率升至1000-1200℃，焙燒20-45min，自然冷卻至室溫後，即得陶粒，本發明方法製得的陶粒吸水率≤10%，筒壓強度≥3MPa，堆積密度範圍≤600kg/m3，技術指標能達到GBT-17431.1-2010《輕集料及其試驗方法》的標準。及其試驗方法》的標準。
技術研發人員：馬麗萍 王悅 陳映彤 張虔榕 劉宇涵 潘青喚
受保護的技術使用者：昆明理工大學
技術研發日：2022.12.13
技術公布日：2023/3/28