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污水污泥页岩陶粒及其制备方法

阅读：1023发布：2020-05-27

IPRDB可以提供污水污泥页岩陶粒及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种污水污泥页岩陶粒及其制备方法，涉及轻质节能建材的陶粒及其制备方法。本发明陶粒由污水污泥、页岩、外加剂组成；本发明方法是以污水污泥、页岩、外加剂为原料，先将页岩磨细成页岩粉，再将污水污泥、页岩、外加剂混合揉练后造粒成球，然后入窑经过干燥、预热、焙烧后，出窑自然冷却而成。本陶粒采用污水处理厂直接排放的污水污泥和页岩为主要原料，大量节约了土地资源和部分页岩矿资源，并给污水污泥的无害化、资源化处置提供了很好的途径；本发明方法简单，节约能源，节约资源，制备出陶粒的密度等级为300～700级。本发明的陶粒可广泛用于轻集料砌块、轻集料板材、轻集料混凝土等，也可以作为污水处理滤料、栽培保水剂等。，下面是污水污泥页岩陶粒及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种污水污泥页岩陶粒，其特征在于组分及重量百分数如下：页  岩：50～95％

污水污泥：5～50％

外加剂：  0～5％

其中：污水污泥为污水处理厂直接排放的污水污泥，其含水率允许达到90％；页岩为普通页 岩；外加剂为普通石灰石粉或电石渣粉。

2.按照权利要求1所述的污水污泥页岩陶粒，其特征在于一种污水污泥页岩陶粒的组分 及重量百分数如下：页  岩：        75％

污水污泥：      20％

石灰石粉外加剂：5％

或

页    岩：      50％

污水污泥：      50％

石灰石粉外加剂：0％

或

页  岩：        95％

污水污泥：      5％

石灰石粉外加剂：0％

或

页  岩：        70％

污水污泥：      27％

电石渣粉外加剂：3％。

3.一种污水污泥页岩陶粒的制备方法，其特征在于具体的方法步骤如下：(1)粉磨页岩

先采用球磨机等粉磨设备将页岩磨细后，再采用孔径为0.1～0.315mm的筛子过筛，收集 过筛的页岩粉，未过筛的页岩返回再磨；

(2)混合原料并造粒成球

第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶外加剂的重量比为1∶0.053～1 ∶0～0.1的比例，其外加剂为石灰石粉或电石渣粉，先将页岩粉、污水污泥和外加剂送入混料 练泥机中，进行泥料混合、揉练成为可塑性良好的成色均一的混合物，再将混合物送入对辊 机挤出造粒，然后将挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进行滚圆；

(3)陶粒烧制

第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制，其干燥段的温度为100～300℃、时间20～45min，预热段的温度为 300～600℃、时间5～20min，焙烧段的温度为1050～1250℃、时间5～15min；

(4)冷却

第(3)步完成后，将经三段烧制后出窑的陶粒，送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制 备出密度等级为300～700级的污水污泥页岩陶粒。

4.按照权利要求3所述的污水污泥页岩陶粒的制备方法，其特征在于一种污水污泥页岩 陶粒的制备方法的具体步骤要求如下：(1)粉磨页岩

先采用球磨机粉磨设备将页岩磨细后，采用孔径为0.22mm的振动筛过筛，收集过筛的 页岩粉，未过筛的页岩返回再磨；

(2)混合原料并造粒成球

第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶石灰石粉外加剂的重量比 为1∶0.27∶0.06的比例，先将页岩粉、污水污泥和石灰石粉外加剂送入混料练泥机中，进行 泥料混合、揉练成为可塑性良好的成色均一的混合物，再将混合物送入对辊机挤出造粒，然 后将挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进行滚圆；

(3)陶粒烧制

第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制，其干燥段的温度为200℃、时间30min，预热段的温度为400℃、时 间10min，焙烧段的温度为1150℃、时间10min；

(4)冷却

第(3)步完成后，将经三段烧制后出窑的陶粒，送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制 备出密度等级为300级的污水污泥页岩陶粒。

5.按照权利要求3所述的污水污泥页岩陶粒的制备方法，其特征在于一种污水污泥页岩 陶粒的制备方法的具体步骤要求如下：(1)粉磨页岩

先采用球磨机粉磨设备将页岩磨细后，再采用孔径为0.315mm的振动筛过筛，收集过筛 的页岩粉磨，未过筛的页岩返回再磨；

(2)混合原料并造粒成球

第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶石灰石粉外加剂的重量比 为1∶1∶0的比例，先将页岩粉、污水污泥和石灰石粉外加剂送入混料练泥机中，进行泥料 混合、揉练成为可塑性良好的成色均一的混合物，再将混合物送入对辊机挤出造粒，然后将 挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进行滚圆；

(3)陶粒烧制

第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制，控制干燥段的温度为300℃、时间45min，预热段的温度为600℃、 时间20min，焙烧段的温度为950℃、时间15min。

(4)冷却

第(3)步完成后，将经三段烧制后出窑的陶粒送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制备 出密度等级为700级的污水污泥页岩陶粒。

6.按照权利要求3所述的污水污泥页岩陶粒的制备方法，其特征在于一种污水污泥页岩 陶粒的制备方法的具体步骤要求如下：(1)粉磨页岩

先采用球磨机粉磨设备将页岩磨细，再采用孔径为0.1mm的振动筛过筛，收集过筛的页 岩粉，未过筛的页岩返回再磨；

(2)混合原料并造粒成球

第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶石灰石粉外加剂的重量比 为1∶0.053∶0的比例，先将页岩粉、污水污泥和石灰石粉外加剂送入混料练泥机中，进行 泥料混合、揉练成为可塑性良好的成色均一的混合物，再将混合物送入对辊机挤出造粒，然 后将挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进行滚圆；

(3)陶粒烧制

第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制，起干燥段的温度为100℃、时间20min，预热段的温度为300℃、时 间5min，焙烧段的温度为1250℃、时间5min；

(4)冷却

第(3)步完成后，将经三段烧制后出窑的陶粒送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制备 出密度等级为600级的污水污泥页岩陶粒。

7.按照权利要求3所述的污水污泥页岩陶粒的制备方法，其特征在于一种污水污泥页岩 陶粒的制备方法的具体步骤要求如下：(1)粉磨页岩

先采用振动磨机粉磨设备将页岩磨细，采用孔径为0.15mm的振动筛过筛，收集过筛的 页岩粉，未过筛的页岩返回再磨；

(2)混合原料并造粒成球

第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶电石渣粉外加剂的重量比 为1∶0.9∶0.1的比例，先将页岩粉、污水污泥和电石渣粉外加剂送入混料练泥机中，进行泥 料混合、揉练成为可塑性良好的成色均一的混合物，在将混合物送入对辊机挤出造粒，然后 将挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进行滚圆；

(3)陶粒烧制

第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制，控制干燥段的温度为150℃、时间25min，预热段的温度为400℃、 时间15min，焙烧段的温度为1250℃、时间8min；

(4)冷却

第(3)步完成后，将出窑的陶粒送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制备出密度等级为 500级的污水污泥页岩陶粒。

说明书全文

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于轻质节能建材的陶粒及其制备方法。

背景技术

陶粒是以粘土、页岩、粉煤灰等为原材料，经加工成球形，再经高温快速焙烧膨胀而成， 是一种轻质且有一定强度的内部为蜂窝多孔状的轻集料。陶粒可用于生产轻集料混凝土、混 凝土砌块等建材产品，使用了陶粒的混凝土产品可以明显降低建筑物自重、增强建筑物抗震 能力、显著提高建筑物的保温隔热性能、大幅度降低建筑物的能耗等，其中，陶粒的轻质性 能越好，建筑物的自重降低、保温隔热等性能提升也越大。同时，轻质陶粒不仅是建筑节能 降耗的新型建筑材料，而且还在污水处理、花卉栽培等领域有广泛的应用前途。
目前，我国陶粒的生产总体还处于小规模、高能耗、低品质、品种单一的状况，这很大 程度上是由于很多陶粒厂家选择的原材料不合理、制备工艺不合理等导致的。另外，我国陶 粒市场还主要是以普通陶粒为主，缺乏轻质陶粒，特别是超轻陶粒产品，而建筑节能又对轻 质陶粒，特别是超轻陶粒有大量需求。因此，研究陶粒的原料配方，开发合理的制备方法， 增加轻质陶粒产品的比例，是陶粒工业发展的一个重要方向。目前，我国轻质陶粒产品主要 以粘土陶粒为主，以粘土为原料虽然能生产出相对轻质的陶粒，但是会消耗大量的粘土资源， 破坏耕地，不符合国家保护耕地的政策，现在，以粘土为主要原料的一些陶粒厂家的发展空 间越来越小，甚至已经停产倒闭。另外，以粉煤灰为主要原料的粉煤灰陶粒虽然能大量利废， 但是，陶粒产品吸水率高，膨胀率小，难以生产优质的轻质陶粒。纯粹以页岩为原材料烧制 的陶粒，对页岩矿品质要求苛刻，烧胀温度高，膨胀率低，生产能耗大，经济技术效益较低。 如公开号为CN 1413952A的“超轻页岩陶粒”专利，公开了一种单独采用页岩为原材料的超 轻陶粒的生产方法，虽然其生产的陶粒堆积密度很小，但是，对原料成分要求严格，页岩的 化学成分要求为：SiO2为56.2～59.1％，Al2O3为15.7～17％，Fe2O3为7.2～8.1％，CaO为3.1～4.3％， WgO为2.5～3.2％，SO3为0.04～0.06，烧失量为7.9～8.3％，粘土矿物成分的总量要求大于40％， 对页岩组成范围要求很窄，没有普适性，另外，它需要额外加入10～12％的水分，耗费水资 源，总含水量要控制达到40～45％，总含水量过高，同时烧成温度高达1300℃～1450℃，这使 得窑内烧制的能耗很大。在利用污(淤)泥制备陶粒方面，也已有一些报道，但是由于污(淤) 泥本身的含水率很高，因此，一般制备方法上都有脱水、烘干的过程。如公开号为CN 1149038A 的“淤泥陶粒及其制备方法”专利，公开的制备方法需要自然脱水、机械脱水、烘干等过程， 这就增加了对原材料堆场要求和热能消耗。又如公开号为C04B 18/30的“生产垃圾陶粒和污 泥陶粒的方法”专利中，对污泥陶粒的生产方法中也需要自然脱水和机械脱水过程，并要求 达到污泥含水率≤35％，而且需与粘土进行混合，会消耗一定的粘土资源。

发明内容

本发明目的在于针对现有陶粒产品及其制备方法的不足，提供一种污水污泥页岩陶粒及 其制备方法，具有原料来源广泛而充足，不占用土地资源，而且能有效的利用废弃物，保护 环境，其制备方法简单，能耗较低，陶粒产品的性能好、比强度高、吸水率低等特点，另外， 本发明的方法不但能制备出普通轻陶粒产品，还能制备出300级的超轻陶粒。
本发明的机理为：高温状态下，陶粒原料中的粘土矿物和氧化物等产生一定程度的熔化 形成具有塑性又有一定粘性的玻璃化矿物，同时陶粒中一些组分会产生一定的气体，这部分 气体包含在陶粒之中，陶粒就能产生膨胀，温度降低后陶粒外部形成一层薄的玻化硬壳，从 而形成一种轻质的球形颗粒。本发明的陶粒是利用页岩经高温焙烧后能形成较多的莫来石、 石英等矿物组分，有利于提高陶粒的强度，页岩高温焙烧后，材质致密，吸水率很低的特点， 也使得陶粒的吸水率降低，同时利用污泥的有机质提供陶粒的膨胀组分，也提供了一定的燃 烧热值，减少烧制陶粒的煤耗，另外，利用污水污泥的化学组成来改善混合原料后的化学组 成，既增加陶粒的膨胀性能，也降低了陶粒的焙烧温度，减少了焙烧能耗。此外，适当量的 引入普通石灰石等作为助熔外加剂，改善陶粒的烧胀性能。
实现本发明目的的技术方案是：一种污水污泥页岩陶粒的组分及重量百分数如下：
页  岩：  50～95％
污水污泥：5～50％
外加剂：  0～5％
其中：污水污泥为污水处理厂直接排放的污水污泥，其含水率允许达到90％；页岩为普通页 岩；外加剂为普通石灰石粉或电石渣粉等助熔类外加剂。
一种污水污泥页岩陶粒的制备方法，以污水处理厂直接排放的污水污泥和普通页岩以及 石灰石粉或电石渣粉等助熔类外加剂为原料，先将页岩磨细成页岩粉，再将污水污泥、磨细 的页岩粉以及外加剂混合均匀，再造粒成球，然后入窑经过干燥、预热、焙烧的烧制过程后， 出窑自然冷却而成。具体的方法步骤如下：
(1)粉磨页岩
先采用球磨机或振动磨机等粉磨设备将页岩磨细后，再采用孔径为0.1～0.315mm的筛子 过筛，收集过筛的页岩粉进入后续制备过程，未过筛的页岩返回再磨。
(2)混合原料并造粒成球
第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶外加剂的重量比为1∶0.053～1 ∶0～0.1的比例，其外加剂为石灰石粉或电石渣粉等助熔类外加剂。先将页岩粉、污水污泥和 外加剂送入混料练泥机中，进行泥料混合、揉练，使混合物料成为可塑性良好的成色均一的 混合物，再将混合物送入对辊机挤出造粒，然后将挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进 行滚圆后，就制备出球状颗粒。
(3)陶粒烧制
第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制，其干燥段的温度为100～300℃、时间20～45min；预热段的温度为 300～600℃、时间5～20min；焙烧段的温度为1050～1250℃、时间5～15min。
(4)冷却
第(3)步完成后，将经三段烧制后出窑的陶粒，送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制 备出密度等级为300～700级的污水污泥页岩陶粒，主要性能完全达到或超过GB/T 17431.1- 1998对陶粒的要求。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下特点：
(1)采用污水污泥与页岩为主要原料配方，在超轻陶粒的制备上，避免了使用粘土为原 料，大量节约了土地资源，同时，污水污泥的利用，又能节省部分页岩矿资源。
(2)直接利用污水处理厂的污水污泥，不用对污泥进行脱水、烘干等处理过程，可允许 污水污泥的含水率达到90％，使得制备方法简单，能耗相对较低，经济而可行。
(3)选择使用来源广泛、价格低廉的普通石灰石粉或电石渣粉等助熔类外加剂，能有效 的降低陶粒焙烧温度，增加陶粒的膨胀率。
(4)在环境工程领域，对污水污泥的处置是一个很大的难题，本发明以污水污泥作为原 料也为无害化、资源化处置污水污泥提供了很好的途径。
(5)利用页岩经高温焙烧后形成的莫来石组分，有利于提高超轻陶粒的强度，同时页岩 高温焙烧后，材质致密，能有效降低陶粒吸水率。
(6)污泥本身一般有很高的有机质含量，能提供了一定的陶粒烧制阶段的燃烧热值。据 估算，1m3污泥页岩陶粒中的可燃碳分可达到40kg，按烧胀后1m3陶粒计算，可降低煤耗 10kg左右。
(7)污水处理厂直接排出的污水污泥里含有很高的水分，制备过程中不用外加水分，就 能达到原料造粒成球对含水率的要求，能节约水资源。
(8)本发明方法简单、烧制温度较低，采用本发明方法制备出的陶粒的密度等级为 300～700级，在制备出普通陶粒的同时，能够制备出轻质性能良好的超轻陶粒。
(9)本发明的陶粒可广泛用于轻集料砌块、轻集料板材、轻集料混凝土等轻质节能建筑 材料领域，也可以作为污水处理滤料、栽培保水剂等使用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
实施例1
一种污水污泥页岩陶粒的组分及重量百分数如下：
页  岩：        75％
污水污泥：      20％
石灰石粉外加剂：5％
实施例2
一种污水污泥页岩陶粒的组分及重量百分数如下：
页  岩：        50％
污水污泥：      50％
石灰石粉外加剂：0％
实施例3
一种污水污泥页岩陶粒的组分及重量百分数如下：
页  岩：        95％
污水污泥：      5％
石灰石粉外加剂：0％
实施例4
一种污水污泥页岩陶粒的组分及重量百分数如下：
页  岩：        70％
污水污泥：      27％
电石渣粉外加剂：3％
实施例5
一种污水污泥页岩陶粒的制备方法的具体步骤如下：
(1)粉磨页岩
先采用球磨机粉磨设备将页岩磨细后，采用孔径为0.22mm的振动筛过筛，收集过筛的 页岩粉进入后续制备过程，未过筛的页岩返回再磨。
(2)混合原料并造粒成球
第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶石灰石粉外加剂的重量比 为1∶0.27∶0.06的比例，先将页岩粉、污水污泥和石灰石粉外加剂送入混料练泥机中，进行 泥料混合、揉练，使混合物料成为可塑性良好的成色均一的混合物，再将混合物送入对辊机 挤出造粒，然后将挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进行滚圆后，就制备出球状颗粒。
(3)陶粒烧制
第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制。其干燥段的温度为200℃、时间30min；预热段的温度为400℃、时 间10min；焙烧段的温度为1150℃、时间10min。
(4)冷却
第(3)步完成后，将经三段烧制后出窑的陶粒，送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制 备出密度等级为300级的污水污泥页岩陶粒，即可入库。
实施例6
一种污水污泥页岩陶粒的制备方法的具体步骤如下：
(1)粉磨页岩
先采用球磨机粉磨设备将页岩磨细后，再采用孔径为0.315mm的振动筛过筛，收集过筛 的页岩粉进入后续制备过程，未过筛的页岩返回再磨。
(2)混合原料并造粒成球
第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶石灰石粉外加剂的重量比 为1∶1∶0的比例，先将页岩粉、污水污泥和石灰石粉外加剂送入混料练泥机中，进行泥料 混合、揉练，使混合物料成为可塑性良好的成色均一的混合物，再将混合物送入对辊机挤出 造粒，然后将挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进行滚圆，就制备出球状颗粒。
(3)陶粒烧制
第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制。其干燥段的温度为300℃、时间45min；预热段的温度为600℃、时 间20min；焙烧段的温度为1050℃、时间15min。
(4)冷却
第(3)步完成后，将经三段烧制后出窑的陶粒送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制备 出密度等级为700级的污水污泥页岩陶粒，即可入库。
实施例7
一种污水污泥页岩陶粒的制备方法的具体步骤如下：
(1)粉磨页岩
先采用球磨机粉磨设备将页岩磨细，再采用孔径为0.1mm的振动筛过筛，收集过筛的页 岩粉进入后续制备过程，未过筛的页岩返回再磨。
(2)混合原料并造粒成球
第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶石灰石粉外加剂的重量比 为1∶0.053∶0的比例，先将页岩粉、污水污泥和石灰石粉外加剂送入混料练泥机中，进行 泥料混合、揉练，使混合物料成为可塑性良好的成色均一的混合物，再将混合物送入对辊机 挤出造粒，然后将挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进行滚圆，就制备出球状颗粒。
(3)陶粒烧制
第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制。其干燥段的温度为100℃、时间20min；预热段的温度为300℃、时 间5min；焙烧段的温度为1250℃、时间5min。
(4)冷却
第(3)步完成后，将经三段烧制出窑的陶粒送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制备出 密度等级为600级的污水污泥页岩陶粒，即可入库。
实施例8
一种污水污泥页岩陶粒的制备方法的具体步骤如下：
(1)粉磨页岩
先采用如振动磨机粉磨设备将页岩磨细，采用孔径为0.15mm的振动筛过筛，收集过筛 的页岩粉进入后续制备过程，未过筛的页岩返回再磨。
(2)混合原料并造粒成球
第(1)完成后，按照第(1)步制备出的页岩粉∶污水污泥∶电石渣粉外加剂的重量比 为1∶0.9∶0.1的比例，先将页岩粉、污水污泥和电石渣粉外加剂送入混料练泥机中，进行泥 料混合、揉练，使混合物料成为可塑性良好的成色均一的混合物。在将混合物送入对辊机挤 出造粒，然后将挤出的圆柱状颗粒送入转筒成球机中，进行滚圆，就制备出球状颗粒。
(3)陶粒烧制
第(2)步完成以后，将第(2)步制备出的球状颗粒送入双筒转窑中，依次进行干燥、 预烧、焙烧的三段烧制。其干燥段的温度为150℃、时间25min；预热段的温度为400℃、时 间15min；焙烧段的温度为1250℃、时间8min。
(4)冷却
第(3)步完成后，将经三段烧制后出窑的陶粒送入冷却滚筒，进行自然冷却后，就制备 出密度等级为500级的污水污泥页岩陶粒，即可入库。
实验结果
将实施例5～8制备出的污水污泥页岩陶粒，按照GB/T 17431.1-1998方法进行了主要性 能的检测，其结果如下表：
    实施例   堆积密度(kg/m3)   筒压强度(Mpa)     吸水率(％)     5     294     1.0     10.87     6     692     3.2     4.33     7     557     2.8     6.54     8     462     2.3     9.23
由以上结果表明，采用本发明的方法制备的污水污泥页岩陶粒的主要性能达到或超过 GB/T 17431.1-1998的要求。
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