一种复合陶粒及其制备方法与流程

1.本发明属于固体废弃物回收利用技术领域，特别涉及一种复合陶粒及其制备方法。


背景技术：

2.随着城市开发进程加大，河流污染日益严重，会导致发生河流黑臭、生态退化等一系列水环境问题。在积极防控污染物进入河道的同时，由污染淤泥造成的河道内源性污染也需重视。
3.河湖淤泥中沉积的大量有机质、氮磷营养盐和重金属，是产生黑臭水体的重要原因。由河道清淤疏浚所产生的大量淤泥，以及高额的运输、处置费用，是开展黑臭水体整治的城市共同面临的重大难题。因此，研究河湖淤泥理化特征及重金属固化稳定化机理，发展成熟可靠且成本低廉的淤泥重金属固化稳定化技术路线，从而实现以废治废，是实现河湖淤泥资源化利用的重要途径。
4.目前随着环保力度的提升和资源利用化的加强，生产陶粒的原料种类也有所扩充，城市垃圾陶粒，生物污泥陶粒，河湖淤泥陶粒逐渐成为研究的新热点，使用这些材料制备陶粒，一方面保护环境、减少了污染治理的开支，另一方面也充分贯彻了变废为宝、以废治废的理念。
5.由于河湖淤泥中含有大量可构成陶粒主要成分的al2o3和sio2，因此，利用河湖淤泥制备陶粒，是其资源化利用、消纳的有效途径。目前，煅烧是陶粒制备的主要方式之一。但传统的陶粒制备方法，焙烧常用煤炭作为燃料，燃烧不够充分，达不到理想的火焰温度，制备的陶粒质量不佳。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供一种复合陶粒及其制备方法，采用淤泥和页岩为主要原料，生物质为燃料，制备得到的复合陶粒成球性能优异，制备方法简单成本低廉。
7.为实现上述目的，采用以下技术方案：
8.一种复合陶粒，以生物质和/或天然气为燃料，对原料进行煅烧得到，所述原料包括淤泥、页岩和粘结剂。
9.优选地，所述淤泥、页岩和粘结剂的质量比为：20
‑
25：50
‑
60：5
‑
10；更优选为25：60：5。
10.优选地，所述生物质为稻壳或秸秆，所述粘结剂为工业水玻璃。
11.一种复合陶粒的制备方法，包括以下步骤；
12.将所述淤泥、页岩和粘结剂混合球磨得到混合粉料；
13.将所述混合粉料造粒，得到生料球；
14.预热烘干所述生料球至含水率小于2％；
15.将烘干后的生料球采用生物质/或天然气焙烧，焙烧结束后冷却得到所述复合陶
粒。
16.优选地，所述页岩粒径小于0.15mm。
17.优选地，所述生料球的粒径为5
‑
15mm。
18.优选地，所述预热烘干的温度为300
‑
500℃。
19.优选地，所述焙烧温度为1100
‑
1230℃，焙烧时间为10
‑
60min。
20.优选地，所述生物质、淤泥、页岩和粘结剂的质量比为10
‑
20：20
‑
25：50
‑
60：5
‑
10，更优选为10：25：60：5。
21.优选地，所述生物质为稻壳或秸秆，所述粘结剂为工业水玻璃。
22.本发明具有以下有益效果：采用淤泥和页岩为主要原料，生物质或天然气为燃料，淤泥经过高温焙烧后，其中的重金属与页岩中的矿物形成固溶体，从而固定在铝硅酸盐的网格中，制备得到的复合陶粒表面为致密的釉化状态，因而可以有效地包裹固化污泥中的重金属组分；以生物质或天然气作为燃料，生物质在炭化过程中以及天然气在燃烧过程中会产生大量二氧化碳，从而形成孔隙结构，有利于陶粒形成多孔结构，成球性能优异，具有良好的成球率、膨胀率和堆积密度；生物质燃料中含挥发分较多，含灰分较低，易于着火，充分燃烧后，烟尘量不大，燃烧后的灰分含有钠、钾等元素，再燃脱硝时这些碱金属元素对nox的还原具有促进作用，制备过程更加绿色环保，成本低廉。
23.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1示出了本发明实施例1所得陶粒样品图；
26.图2示出了本发明实施例2所得陶粒样品图；
27.图3示出了本发明实施例3所得陶粒样品图；
28.图4示出了本发明实施例4所得陶粒样品图；
29.图5示出了本发明实施例5所得陶粒样品图；
30.图6示出了本发明实施例6所得陶粒样品图；
31.图7示出了本发明实施例7所得陶粒样品图；
32.图8示出了本发明实施例8所得陶粒样品图。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发
明中所述淤泥、页岩、生物质均采用干基，也就是将其预先经过干燥形成干基物料。
34.实施例1
35.一种复合陶粒，以稻壳为燃料，对原料进行煅烧得到，所述原料包括淤泥、页岩和粘结剂，按质量百分比构成为：淤泥20％，页岩50％，稻壳20％，工业水玻璃10％。
36.一种复合陶粒的制备方法，包括以下步骤：
37.(1)将页岩干燥粉碎，并过150目筛得到页岩粉料，使页岩粒径小于0.15mm；
38.(2)将页岩粉料和河湖淤泥、工业水玻璃混合配料后在球磨机中粉磨得到混合粉料；
39.(3)将混合粉料在造粒机中进行造粒，得到粒径为5
‑
15mm的生料球，含水率为20％；
40.(4)将造粒后的生料球预热烘干，预热烘干的温度为300℃，时间为10min，使生料球含水率小于2％；
41.(5)将稻壳粉碎、烘干后的生料球和天然气在回转窑中焙烧，在窑内随着不停慢速旋转的窑壁逐渐向前，窑内温度逐渐升温至最高温度1160℃进行焙烧，焙烧时间60min，经过高温烧制生料球得到陶粒产品；
42.(6)最终陶粒经过高效篦式冷却机冷却降温至40℃以下。
43.实施例2
44.一种复合陶粒，以秸秆为燃料，对原料进行煅烧得到，所述原料包括淤泥、页岩和粘结剂，按质量百分比构成为：淤泥20％，页岩60％，秸秆10％，工业水玻璃10％。
45.一种复合陶粒制备方法，包括以下步骤：
46.(1)将页岩干燥粉碎，并过150目筛得到页岩粉料，使页岩粒径小于0.15mm；
47.(2)将步骤(1)得到的页岩粉料和淤泥、粘结剂混合配料后在球磨机中粉磨得到混合粉料；
48.(3)将混合粉料在造粒机中进行造粒，得到粒径为5
‑
15mm的生料球，含水率20％；
49.(4)将造粒后的生料球预热烘干，预热烘干的温度为500℃，时间为10min，使生料球含水率小于2％；
50.(5)将秸秆粉碎和烘干后的生料球在回转窑中焙烧，在窑内随着不停慢速旋转的窑壁逐渐向前，窑内温度逐渐升温至最高温度1210℃,焙烧时间25min，经过高温烧制生料球得到陶粒产品。
51.(6)最终陶粒经过高效篦式冷却机冷却降温至40℃以下。
52.实施例3
53.一种复合陶粒，以稻壳为燃料，对原料进行煅烧得到，所述原料包括淤泥、页岩和粘结剂，按质量百分比构成为：河湖淤泥25％，页岩60％，稻壳10％，粘结剂5％。
54.一种复合陶粒的制备方法，包括以下步骤：
55.(1)将页岩干燥粉碎，并过150目筛得到页岩粉料，使页岩粒径小于0.15mm；
56.(2)将步骤(1)得到的页岩粉料和淤泥、粘结剂混合配料后在球磨机中粉磨得到混合粉料；
57.(3)将混合粉料在造粒机中进行造粒，得到粒径为5
‑
15mm的生料球，含水率小于20％；
58.(4)将造粒后的生料球预热烘干，预热烘干的温度为400℃，时间为10min，使生料球含水率小于2％；
59.(5)将稻壳粉碎和烘干后的生料球在回转窑中焙烧，在窑内随着不停慢速旋转的窑壁逐渐向前，窑内温度逐渐升温至最高温度1190℃，焙烧时间10min,经过高温烧制生料球得到陶粒产品。
60.(6)最终陶粒经过高效篦式冷却机冷却降温至40℃以下。
61.用此方法制得的陶粒，膨胀度适中，成球性好，质量优。
62.实施例4
63.一种河湖淤泥页岩复合陶粒及其制备方法，和实施例3相似，不同之处在于，焙烧的最高温度为1100℃，焙烧时间为10min。
64.实施例5
65.一种河湖淤泥页岩复合陶粒及其制备方法，和实施例3相似，不同的是，焙烧的最高温度为1150℃，焙烧时间为10min。
66.实施例6
67.一种河湖淤泥页岩复合陶粒及其制备方法，和实施例3相似，不同的是，焙烧的最高温度为1180℃，焙烧时间为10min。
68.实施例7
69.一种河湖淤泥页岩复合陶粒及其制备方法，和实施例3相似，不同的是，焙烧的最高温度为1200℃，焙烧时间为10min。
70.用此方法制得的陶粒，膨胀度适中，成球性好，质量优。
71.实施例8
72.一种河湖淤泥页岩复合陶粒及其制备方法，和实施例3相似，不同的是，焙烧的最高温度为1230℃，焙烧时间为10min。
73.用此方法制得的陶粒，膨胀度适中，成球性好，质量优。
74.上述各实施例的实验条件如表1所示，对各实施例所得样品陶粒进行堆积密度、膨胀系数和吸水性能试验测试，所得结果如表2所示。
75.表1各实施例的试验条件
[0076][0077]
表2各实施例所得陶粒的性能数据
[0078][0079][0080]
由表2试验所得数据可知，及各实施例所对应的样品图(如图1
‑
图8所示)制得的陶粒均符合gb
‑
t17431.1
‑
2010《轻集料及其试验方法第1部分轻集料》中密度等级400级的轻粗集料，具有膨胀度适中，成球性好的特点，其中，可从性能数据表看出实施例5的样品最佳，且膨胀系数较高。从图1
‑
8也可看出，实施例5样品陶粒成球性更佳且微球表面更光滑光亮、釉化状态更好。
[0081]
综上，本发明提供的河湖淤泥页岩复合陶粒及制备方法具有如下效果：(1)河湖淤泥含有大量的有机物质，烘干过程中伴有臭味，烘干后的淤泥为粉灰状，而页岩可以吸收淤泥中的水分，降低淤泥的臭味；且页岩较好的塑性可使复合陶粒的成球性能更好；(2)河湖淤泥经过高温焙烧后，其中的重金属与页岩中的矿物形成固溶体，从而固定在铝硅酸盐的网格中。河湖淤泥页岩陶粒表面为致密的釉化状态，因而可以有效地包裹固化污泥中的重金属组分；(3)以生物质作为燃料，生物质在炭化过程中会产生大量二氧化碳，从而形成孔隙结构，有利于陶粒形成多孔结构，成球性能优异，具有良好的成球率、膨胀率和堆积密度；且生物质燃料中含挥发分较多，含灰分较低，易于着火，充分燃烧后，烟尘量不大，燃烧后的灰分含有钠、钾等元素，再燃脱硝时这些碱金属元素对nox的还原具有促进作用，避免nox的释放，绿色环保；(4)利用河湖淤泥废弃物作陶粒原料，实现了淤泥妥善处置消纳，进行资源化利用，成本低廉。
[0082]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。