专利名称：一种以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法
技术领域：
本发明涉及一种以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法。
背景技术：
利用固体废弃物烧制普通陶粒或轻质陶粒，是近年来快速发展的一门技术。可供利用的固体废弃物包括粉煤灰、工业污泥、矿渣、炉渣、污水污泥、河道淤泥等等，但以自来水厂脱水污泥为主要原料烧制陶粒的研究还很少见。来源于自来水厂或污水厂的固体废弃物主要是以下几种以地表水为水源的城市自来水厂，在生产自来水的过程中会产生大量污泥，污泥含有大量SS (悬浮固体)和从原水中去除的有机污染物，直接排放会对受纳水体造成污染。 近年来我国各大中城市环保部门均要求自来水厂实施污泥处理，污泥处理后产生泥饼的处置目前仍是一个没有很好解决的难题。城市污水处理厂同样会产生大量富含有机质的生物污泥，污水污泥的处置目前在我国也是一个难题。目前污水污泥处置通常有焚烧、填埋及堆肥等几条技术路线。例如上海石洞口污水处理厂产生的污泥就全部进行焚烧处置，但污泥焚烧后仍然会产生灰分，依然存在处置的问题。自来水厂污泥无论从化学组成成分还是颗粒粒径分布来看，都近似于粘土或亚粘土，可以作为粘土资源加以利用。污水厂污泥含有大量有机物、少量矿物质元素。污水污泥焚烧灰均为矿物质成分，其中含有一定量的铁质元素，可作为焙烧陶粒时形成外层熔融包覆材料的原料。以上三种固体废弃物均在单独处置方面存在困难，但它们都可以作为变废为宝的替代资源而越来越受到人们的关注，将它们按一定比例进行配比烧制具有广泛用途的轻质陶粒应用于建材行业，符合我国固体废物处置的无害化、减量化和资源化原则，将有广阔的发展前景。利用固体废弃物烧制陶粒，通常需要原料配比和预处理、制球造粒、预热和焙烧这几道工序。原料的种类和配比决定了料球的化学成分组成，直接影响烧成陶粒的产品性能，预处理包括原料的磨细、均化等，也在一定程度上决定陶粒的质量。焙烧温度的范围也很重要，通常一个陶粒原料配比要实现烧制陶粒的生产应用，要求陶粒的烧成温度范围要 ^ 75°C，这样才能保证生产窑炉控制的灵活性，确保烧成陶粒的质量符合产品质量要求。在申请号为200410093930. 2中公开了《一种用给水厂和污水厂污泥制备轻质陶粒的方法》，该专利申请中以自来水厂和污水厂污泥为原料，且两种原料重量配比为水厂污泥70% 100% ；污水厂污泥0% 30% ；预热温度和时间条件为300°C 500°C，10 30min ；焙烧温度和时间条件为1130°C 1170°C，5 15min。虽然该技术在理论上可以制备出陶粒，但是，由于陶粒焙烧温度在1130°C 1170°C之间，温度范围只有40°C，因此，较难在生产上实现应用，从而造成难以确保烧成陶粒的质量符合产品质量要求的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法，在得到性能优良的轻质陶粒甚至超轻陶粒以应用于建材行业的同时，不仅可以处置大量的自来水厂脱水污泥，还可以适量处置污水厂污泥及污水厂污泥焚烧产生的灰分，实现这三种废弃物的资源化综合利用。本发明所述的一种以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法，包括原料配比步骤、均化步骤、造粒成球步骤、预热步骤、焙烧步骤和冷却步骤，在所述原料配比步骤中，选取的原料包括自来水厂脱水污泥、城市污水厂脱水污泥和城市污水厂污泥焚烧灰分，且各组成成分的干基质量比为自来水厂脱水污泥80% 95%、城市污水厂脱水污泥0% 10%、城市污水厂污泥焚烧灰分5% 15% ；所述预热步骤是将经所述造粒成球步骤形成的料球在温度范围为250°C 400°C 的条件下，预热20min 30min ；所述焙烧步骤是将经所述预热步骤预热的料球在温度范围为1100°C 1175°C的条件下，焙烧IOmin 15min。在上述的以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法中，在所述的造粒成球步骤之前还包括风干步骤，将经所述均化步骤形成的混合料风干至其含水率达到20% 30%。由于采用了上述的技术解决方案，本发明实现了以自来水厂脱水污泥为主料，城市污水厂脱水污泥及城市污水厂污泥焚烧灰分为辅料，资源化处理利用废弃物以混合烧制轻质陶粒的目的，其具体的有益效果如下(1)本发明以自来水厂脱水污泥为主要原料，适量加入污水厂脱水污泥和污水厂污泥焚烧灰分，可以烧制各项指标均符合中华人民共和国国家标准GB/T 17431. 1-1998《轻集料及其试验方法第1部分轻集料》中轻质或超轻陶粒的要求，该陶粒广泛应用于建材；(2)以自来水厂污泥为主要原料，加入污水厂污泥和污水厂污泥焚烧灰分烧制的陶粒，应用价值高，不但处置了大量的自来水厂污泥、污水厂污泥和污水厂污泥焚烧灰分， 实现这三种固体废弃物的综合利用，同时还能得到性能较好的轻质陶粒；(3)污泥陶粒和粘土陶粒相比，具有利废、节能、不毁坏土地，可以保护生态环境的优点，同时还实现了废弃物的资源化循环利用，是绿色建材产品，是实现社会可持续发展的典型技术，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。
图1是本发明一种以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法的流程图。
具体实施例方式如图1所示，本发明，即一种以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法，包括原料配比步骤Si，通过称量设备选取原料，并按适当干基质量比进行配比，即选取 80% 95%的自来水厂脱水污泥、0% 10%的城市污水厂脱水污泥和5% 15%的城市污水厂污泥焚烧灰分；均化步骤S2，通过拌料机将上述原料混合均勻，形成混合料，即烧制陶粒的原料；造粒成球步骤S3，将上述混合料在成球盘上或对辊造粒机上按要求的粒度制成料球；预热步骤S4，将上述料球送入温度为250°C 400°C的高温炉中预热20min 30min ；焙烧步骤S5，将上述预热过的料球转移至温度为1100°C 1175°C的高温炉内焙烧 IOmin 15min ；冷却步骤S6，将上述经焙烧过的料球取出冷却即可获得陶粒产品。上述的预热步骤S4、焙烧步骤S5和冷却步骤S6，在生产上可通过直接将造粒成球步骤S3形成的料球送入双筒回转窑中实现，即在回转窑的前段完成预热步骤S4、中段完成焙烧步骤S5、末段完成冷却步骤S6，冷却后的陶粒最后进行筛分步骤S7,即通过滚筒筛分级，送入陶粒仓库就得到可进入市场销售的陶粒产品。另外，为了去除料球中的部分水分，防止焙烧过程中炸球，料球的含水率应控制在 20% 30%。自来水厂新鲜的脱水污泥含水率50% 70%之间，因此需将其自然风干至含水率约30%左右，外观不至于结块的程度，运送到陶粒厂；污水厂污泥可直接取自脱水机房的泥饼直接运送到陶粒厂；污泥焚烧灰分含水率极低，也可以直接运送到陶粒厂备用。 将这三种原料依据其化学成分的情况按干基质量配比并形成混合料后，视混合料的含水率情况，可能需要在造粒成球步骤之前进行风干步骤S20，即采用在堆场上自然风干或在烘箱中烘干的方式使混合料的含水率达到20% 30% ；达标后的混合料可送入料仓备用，也可直接送造粒机造粒。在陶粒生产过程中，配料的步骤非常重要，除保证混合料中的SW2含量在50%以上外，还需要保证其中含有5% 10%的有机成分和适量的!^e和Al的成分，它们有助于料球在焙烧过程中的膨胀，形成内部有丰富孔隙结构的轻质陶粒；而本发明中的原料配比步骤Sl正能实现上述要求。本发明中进行预热步骤S4的目的有三方面1)进一步降低料球的含水率，防止焙烧时极速升温水分汽化导致炸球；幻提升料球的温度到一定水平；幻进一步调整生料球的化学组成，通过升温的方式使料球中易挥发的有机成分挥发分解，降低烧胀前料球中碳的含量，以达到最佳的烧胀结果。陶粒生产在不同阶段控制不同的温度非常重要，尤其是焙烧步骤S5的温度控制尤其重要，因为烧胀温度是影响烧制陶粒的重要因素。若焙烧温度过低，焙烧过程中的化学反应不完全，烧成的陶粒容重和吸水率高且强度低，陶粒表面的熔融相少，无法包裹和封闭内部产生气体，料球不能膨胀，导致容重和吸水率的增大；若焙烧温度过高，烧成的陶粒气孔冲破液相，气体散逸，在冷却时会塌陷使容重增大，且表面形成联通气孔使吸水率增大， 陶粒质量不佳。陶粒生产必须有一定烧胀温度范围，通常这一范围需要达到75°C，如果烧胀温度范围过窄，在生产过程中难以控制。同时，焙烧步骤持续时间的长短，会对陶粒容重产生很大的影响。若焙烧时间过长，陶粒容重反而会增加，这是由于熔融相比例增大，填充了陶粒在焙烧过程中产生的孔隙，使陶粒收缩，容重升高，吸水率下降。基于上述原因，本发明中焙烧步骤S5采用的温度范围为1100°C 1175°C，焙烧时间控制在IOmin 15min，并且经实践表明，在该条件下，能有效确保陶粒质量。下面对本发明的实施例进行详细说明。实施例1
将含水率约60 %自来水厂脱水污泥，经晾晒到含水率约40 %的污水厂污泥和污泥厂污泥焚烧灰分按干重比为8 1 1的配比，手工混合均勻后，放入105°C的烘箱中烘干约lOOmin，至混合料含水率约30%，取出冷却后继续手工拌料至均勻且混合料具有一定塑性，在造粒机上造粒成球，之后将料球送入300°C 士 12°C的箱式炉内预热20min，最后将预热的料球立即转移至1150°C 士2°C的高温炉内，焙烧lOmin。焙烧完成的料球取出后经冷却可得到表观密度为740kg/m3、堆积密度为410kg/m3、筒压强度为1. 5Mpa的超轻陶粒(1# 陶粒)。实施例2 将含水率约60 %自来水厂脱水污泥，经晾晒到含水率约40 %的污水厂污泥和污泥厂污泥焚烧灰分按干重比为18 1 1的配比，手工混合均勻后，放入105°C的烘箱中烘干约lOOmin，至混合料含水率约30%后取出冷却，继续手工拌料至均勻且混合料具有一定塑性后，在造粒机上造粒成球，之后将料球送入300°C 士 12°C的箱式炉内预热20min，最后将预热的料球立即转移至1150°C 士 2°C的高温炉内，焙烧lOmin。焙烧完成的料球取出后经冷却可得到表观密度为600kg/m3、堆积密度为390kg/m3、筒压强度为1. 4Mpa的超轻陶粒
陶粒)。依据中华人民共和国国家标准《轻集料及其试验方法第1部分》GB/ T17431. 1-1998，《轻集料及其试验方法第2部分》GB/T17431. 2-1998，对1#陶粒和2#陶粒主要性能指标进行测试，结果见表1 表1陶粒主要性能测定结果
权利要求
1.一种以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法，包括原料配比步骤、均化步骤、造粒成球步骤、预热步骤、焙烧步骤和冷却步骤，其特征在于在所述原料配比步骤中，选取的原料包括自来水厂脱水污泥、城市污水厂脱水污泥和城市污水厂污泥焚烧灰分，且各组成成分的干基质量比为自来水厂脱水污泥80 % 95%、城市污水厂脱水污泥0% 10%、城市污水厂污泥焚烧灰分5% 15% ；所述预热步骤是将经所述造粒成球步骤形成的料球在温度范围为250°C 400°C的条件下，预热20min 30min ；所述焙烧步骤是将经所述预热步骤预热的料球在温度范围为1100°C 1175°C的条件下，焙烧IOmin 15min。
2.根据权利要求1所述的以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法，其特征在于， 在所述的造粒成球步骤之前还包括风干步骤，将经所述均化步骤形成的混合料风干至其含水率达到20% 30%。
全文摘要
本发明涉及一种以自来水厂污泥为主料烧制轻质陶粒的方法，包括原料配比步骤、均化步骤、造粒成球步骤、预热步骤、焙烧步骤和冷却步骤，在所述原料配比步骤中，选取的原料包括自来水厂脱水污泥、城市污水厂脱水污泥和城市污水厂污泥焚烧灰分，且各组成成分的干基质量比为自来水厂脱水污泥80％～95％、城市污水厂脱水污泥0％～10％、城市污水厂污泥焚烧灰分5％～15％。发明所用原料均为城市产生的固体废弃物，不仅可以处置大量的自来水厂脱水污泥，还可以适量处置污水厂污泥及污水厂污泥焚烧产生的灰分，实现这三种废弃物的资源化综合利用，同时，还能得到性能优良的轻质陶粒甚至超轻陶粒以应用于建材行业。
文档编号C04B35/622GK102199031SQ20101013042
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者叶辉, 吴今明, 康兰英, 王海亮, 陆在宏, 顾金山 申请人:上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司