專利名稱：一種高性能陶粒及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種陶粒，尤其涉及一種高性能陶粒及其制備方法，屬于建筑材料技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
陶粒具有優(yōu)異的性能，如密度低、筒壓強度高、孔隙率高等性能方面，特別由于陶粒密度小，內(nèi)部多孔，形態(tài)、成份較均一，且具有一定強度和堅固性，因而具有質(zhì)輕，耐腐蝕和良好的隔絕性等特點。利用陶粒的這些優(yōu)異的性能，可以將它廣泛應用在建材、園藝、食品飲料、耐火保溫材料等方面。陶粒按其密度和強度的不同可以分為超輕陶粒(堆積密度< 500kg/m3、陶?；炷翉姸? 15MPa)、普通陶粒(堆積密度500 700kg/m3、陶?；炷翉姸?5 35MPa)、 高性能陶粒(堆積密度700 900kg/m3、陶粒混凝土強度30 60MPa)。其中高性能陶粒是指強度較高、吸水率較低、密度較小的焙燒或免燒陶粒，國外一般稱為高性能輕集料，而在我國也可稱為高強陶粒。而在我國上述各種陶粒的應用比例情況為，陶?；炷列⌒推鰤K占75%左右，多數(shù)采用超輕陶粒和普通陶粒；陶?；炷涟宀?包括空心隔墻條板、復合保溫墻板、樓板等)占11%左右，主要采用普通陶粒和超輕陶粒；而現(xiàn)澆高強陶?；炷?超高層框架建筑、大型橋梁工程等)占2. 4%左右，全部采用高強陶粒，高強陶粒在結(jié)構(gòu)工程中的應用，可降低構(gòu)件自重25%左右，節(jié)約鋼筋5%、降低綜合造價3% 4%。另外，高強陶粒在橋梁工程中的應用，尤其是在軟土地基、大跨度橋梁上的應用，更能體現(xiàn)出其技術(shù)經(jīng)濟的優(yōu)勢，可降低造價成本5% 15%。因此，高性能陶粒的優(yōu)越性能，早已引起世界各國的關注。目前，現(xiàn)有的高性能陶粒基本上是采用粘土、頁巖等天然原料和粉煤灰燒制而成的。其中的粘土原料大部分取自耕地，不符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略；另一方面，隨著粉煤灰的綜合利用率的大幅度提高，其價格也隨之提高，相應的增加了陶粒的生產(chǎn)成本。而采用頁巖燒成的頁巖陶粒，雖然采用的頁巖不占用耕地，但是由于各地區(qū)的頁巖的化學組成情況不同，很難保證頁巖陶粒的性能，也相應的增加了工藝難度，頁巖陶粒的燒脹溫度要高出粘土陶粒的燒脹溫度200°C甚至更高，增加了生產(chǎn)能耗；另外，如果跨地區(qū)選用頁巖，同樣增加了生產(chǎn)成本，也不利于實際工業(yè)生產(chǎn)。為此，現(xiàn)有技術(shù)中有利用污泥中含有大量的有機質(zhì)，可有效降低陶粒的燒脹溫度，提高陶粒的燒脹系數(shù)，通過在頁巖粉中摻入一定量的污泥或淤泥改善混合料的組成成份，從而使其燒制的陶粒成品具有更優(yōu)良的性能，但是國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)中利用污泥頁巖燒制的陶粒，主要趨向于超輕陶粒的研究，其污泥的摻入量不超過 10 % (干基)，而頁巖的摻入量在50 % 95 %，主要還是以頁巖為主原料制成陶粒。其工藝過程中污泥的摻入量少，不能大量的消耗城市污泥，從而不能達到污泥資源化的最大化利用，且其工藝過程中的燒成溫度也較高，介于1175°C 1225°C，大大的增加了生產(chǎn)能耗，不符合節(jié)能生產(chǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中也有采用淤泥、污泥為主原料制成陶粒及其陶粒的制備方法。如中國專利申請(公開號CN:101747050A) —種利用城市污泥燒制高性能陶粒的方法，該方法包括以城市污泥、粉煤灰和河底淤泥為原料，將城市污泥、粉煤灰和河底淤泥按如下質(zhì)量百分比進行混合，城市污泥30. 0 % 45. 0 %，粉煤灰20. 0 % 40. 0 %，河底淤泥20. 0 % 40. 0%，將各原料按上述比例加入到預混攪拌機中攪拌，并以每IOOg混合料摻加45 50g 水的比例加水攪拌至粘稠狀后，制成生料球，充分干燥備用。然后將干燥后的生料球放入電阻爐中在700°C 800°C的溫度下預熱40 45分鐘，再迅速轉(zhuǎn)移至高溫爐中，在1200°C 1250°C的溫度下燒制30 35分鐘，然后在15 20分鐘內(nèi)均勻降溫至1130°C 1180°C， 出爐冷卻，即獲得高性能陶粒成品。該方法雖然部分的解決了淤泥、污泥的綜合利用問題， 但是由于該方法采用粉煤灰原料，生產(chǎn)成本較高，而且其燒脹高溫也較高，相應的增加了生產(chǎn)能耗，同樣也增加了生產(chǎn)成本，不利用于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種高性能陶粒及其制備方法，具有陶粒原料組成合理、得到的陶粒性能好，而且該方法具有工藝過程簡單、能耗低的目的。本發(fā)明的目的之一是通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種高性能陶粒，該陶粒包括以下成份的重量百分數(shù)組成的原料制成淤泥40% 60% ；污泥10% 20% ；頁巖30% 40% ；所述的生物污泥為脫水污泥。本發(fā)明的上述一種高性能陶粒，采用淤泥和污泥作為其中的原料，提高了淤泥和污泥資源的綜合利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)較大化的利用污泥，減少淤泥和污泥對環(huán)境污染的壓力。 上述的污泥為污水處理廠中產(chǎn)生的污泥，污水處理廠產(chǎn)生的污泥有機物含量高，污染性大， 所以，本發(fā)明能夠有效的降低污泥對環(huán)境的污染，有利于環(huán)境保護；另一方面，由于污水處理廠產(chǎn)生的污泥中含有大量的有機質(zhì)，可有效的降低陶粒的燒脹溫度，提高陶粒的燒脹系數(shù)。但是由于污水處理廠產(chǎn)生的污泥其自身的含水率較高，不利于直接用于制備陶粒料球。 所以，燒制陶粒用污泥要經(jīng)過深度脫水處理后使其含水率降至燒制陶粒所需的范圍內(nèi)的脫水污泥。而淤泥、污泥在干燥過程中較復雜、能耗也較高；另外，如果單單采用淤泥、污泥，不摻入頁巖材料，燒制的陶粒容重輕，強度較低，達不到高性能陶粒的要求。而本發(fā)明中作為原料之一的頁巖其含水率極低，通過摻入頁巖，一方面，可以有效的改善混合料中的組成成份，使成份得到改性，大大的提高了陶粒成品的強度性能；另一方面，能夠進一步減少混合料的含水率，可以減少對原料的均化、陳化時間。即提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，而且得到的陶粒成品完全能夠達到高性能陶粒的要求。本發(fā)明的上述的一種高性能陶粒中，所述的頁巖的化學成份及其重量百分比如下SiO2 :65% 70% ；Al2O3 21% ；Fii2O3 :5· 0% 6. 0% ； CaO :0. 1 % 0. 5% ；MgO :1· 5% 2. 2% ；燒失量3· 0% 5. 0% ；其余為雜質(zhì)。由于不同地區(qū)的頁巖，其化學成份的組成有一定的差別。因此，其燒制的陶粒成品的性能也會有一定的差別。本發(fā)明主要選用浙江臺州地區(qū)的頁巖作為燒制上述陶粒的原料。且本發(fā)明的上述化學成份組成的頁巖，是結(jié)合了本發(fā)明燒制陶粒的原料中淤泥和脫水污泥的組成情況，同時還考慮到燒脹溫度等工藝條件方面的因素。使本發(fā)明的高性能陶粒的各組成情況更合理，性能更優(yōu)越。作為進一步的優(yōu)選，所述的頁巖的化學成份及其重量百分比如下SiO2 :66% 68% ；Al2O3 19% 20% ；Fii2O3 :5· 3% 5. 8% ； CaO :0· 2% 0. 4% ；MgO :1· 8% 2. 0% ；燒失量3· 5% 4. 5% ；其余為雜質(zhì)。本發(fā)明上述的一種高性能陶粒中所述的脫水污泥的化學成份及其重量百分比如下SiO2 :30% 45% ；Al2O3 :8· 0% 18% ；Fii2O3 :4· 0% 6. 0% ； CaO :2· 0% 3. 0% ；MgO :1· 5% 4. 0% ；燒失量25% 50% ；其余為雜質(zhì)。由于污水處理廠的污泥具有有機質(zhì)含量高和對環(huán)境污染大的特點，其污水處理廠產(chǎn)生的污泥燒失量遠高于一般的城市污泥，在實際燒制陶粒過程中很難控制。一方面，有機質(zhì)能夠有效降低燒脹溫度，降低了生產(chǎn)能耗；另一方面，在改善陶粒燒脹過程中陶粒的膨脹性能的同時，也影響了陶粒成品的強度性能。為了綜合考慮陶粒的性能及工藝過程，本發(fā)明通過對污泥的成份進行一定的改性，使污泥中化學成份的組成及燒失量方面都能夠達到改善，組成更合理，使達到更佳效果。通過在污泥脫水過程中加入頁巖對污泥進行改性后得到脫水污泥。因此，作為進一步的優(yōu)選，上述所述的脫水污泥的化學成份及其重量百分比如下SiO2 :40% 42% ；Al2O3 17% ；Fii2O3 :4· 4. 8% ；CaO :2· 2% 2. 5% ；MgO :2· 5% 3. 8% ；燒失量26% 30% ；其余為雜質(zhì)。采用上述的脫水污泥，能夠進一步保證得到的陶粒達到高性能陶粒的要求，還能夠使工藝過程中能耗降低，更有利于工業(yè)生產(chǎn)；同時，本發(fā)明對污泥的用量相對較大，能夠很好的解決污水處理廠的污泥對環(huán)境的污染問題。本發(fā)明上述的一種高性能陶粒中所述的淤泥選用河道淤泥或打樁淤泥中的一種或兩種。由于上述的淤泥含水率相對較低，經(jīng)過一般處理之后，其含水率都在20%左右，可以直接用于燒制本發(fā)明的高性能陶粒，上述的淤泥的化學成份與粘土的化學成份相近，因而采用上述的淤泥作為本發(fā)明的高性能陶粒的主原料之一能夠保證陶粒的性能。作為進一步的優(yōu)選，上述所述淤泥的化學成份及其重量百分比如下SiO2 :60% 70% ；Al2O3 15% 20% ；Fii2O3 :3· 0% 5. 0% ； CaO :0. 1 % 0. 5% ；MgO :1· 5% 2. 5% ；燒失量5· 0% 8. 0% ；其余為雜質(zhì)。本發(fā)明的上述一種高性能陶粒中所述的淤泥的含水率為10% 15% ；所述的脫水污泥的含水率為50% 66%。由于污泥的含水率高，且污泥非常細膩，在脫水過程很難處理，尤其是將含水率處理到30%以下后更難處理，從而大大的增加了實際生產(chǎn)成本。而本發(fā)明通過改性，使燒制上述陶粒的各原料組成更合理，選用上述的脫水污泥的含水率為 50% 66%，能夠使燒制的陶粒達到高性能陶粒的要求，而且還有利于后續(xù)的陶粒燒制工藝的處理。與現(xiàn)有技術(shù)中選用脫水污泥的含水率要求達到30%左右，甚至更高的要求相比， 遠遠的改進了對污泥的脫水處理過程，降低了污泥脫水處理的生產(chǎn)成本，且性能也較好。本發(fā)明的另一個目的是通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種高性能陶粒的制備方法，該方法包括以下步驟a、混料將污泥脫水后，按照重量百分比為；淤泥為40% 60% ；脫水污泥為 10% 20% ；頁巖為30% 40%的原料比例進行配料后，進行均化、陳化處理，得到混合物料；b、造粒將上述得到的混合物料經(jīng)過擠壓機擠出，再進行造粒，形成料粒；C、預熱、燒脹將上述料粒進行預熱，預熱的溫度為300°C 500°C，預熱的時間為 10 30分鐘；預熱后進行燒脹，燒脹溫度為1075°C 1200°C，燒脹時間為5 30分鐘，燒脹后冷卻，得高性能陶粒成品。上述步驟a中所述的脫水污泥是采用以下方法得到的向污水處理廠產(chǎn)生的污泥中加入絮凝劑和頁巖，攪拌混合均勻后，再放入壓濾機中進行脫水處理，得到陶粒制備用脫水污泥，所述的脫水污泥的含水率為50% 66%。所述的含水率為重量含水率。上述的壓濾機為本領域的常規(guī)設備，作為優(yōu)選，所述的壓濾機為高效隔膜壓濾機，高效隔膜壓濾機也是本領域的常規(guī)設備。由于污水處理廠產(chǎn)生的污泥的含水率在80% 85%左右，含水率高，其較高的有機質(zhì)不利于較大量摻入原料制備陶粒，因此影響污泥的資源化利用。為改善其組成成分及最終含水率，使其達到陶粒原料制備的最佳范圍。本發(fā)明通過加入絮凝劑和頁巖，一方面有利于污泥脫水的處理，另一方面通過加入頁巖對污泥進行改性，使污泥的化學成份組成更合理，能夠提高燒脹過程中陶粒的性能。上述所述的絮凝劑為PAC、PAM中的一種或兩種。所述的PAC為聚合氯化鋁，所述的PAM為聚丙烯酰胺。通過加入上述的絮凝劑能夠有效的控制污泥中的含水率，使最后得到的脫水污泥的含水率達到要求，同時也簡化了污泥脫水的處理過程，操作更容易。作為優(yōu)選，上述絮凝劑由PAC和PAM兩種組成，以污水處理廠產(chǎn)生的污泥的用量為重量基準，絮凝劑PAC的用量為3% 5%，絮凝劑PAM的用量為0. 01% 0. 05%。上述絮凝劑的用量為重量百分數(shù)，即絮凝劑PAC的用量為污水處理廠產(chǎn)生的污泥的用量的重量的3% 5%，絮凝劑PAM的用量為污水處理廠產(chǎn)生的污泥的用量的重量的0. 02% 0. 05%。加入上述優(yōu)選范圍內(nèi)的絮凝劑及用量，污泥脫水處理過程更方便，效果更佳。上述步驟a中所述的均化、陳化處理是將原料按比例配料后放入輪輾機中使混合均勻，然后再堆放陳化5 7天。通過陳化使混合物料中各原料混合更均勻，能使混合物料的含水率降低，所述的混合物料的含水率為18% 22%。上述步驟b中通過將混合物料先經(jīng)過擠出機擠出，是為了提高產(chǎn)品的密實度，從而提高陶粒的強度性能，使混合物料先經(jīng)過擠出機擠出處理后，造粒后得到的料粒密實度更高，從而能夠提高陶粒的強度性能，而且密實度的提高，能夠使陶粒對污泥中重金屬的固化能力更高。上述所述的擠出機為本領域的常規(guī)設備。上述步驟b中所述的造粒采用二次造粒，第一次采用對輥造粒2 5分鐘，第二次采用造粒滾筒造粒4 5分鐘，造粒后的料粒粒徑為5 10mm。上述的對輥造粒采用對輥機進行對輥造粒。對輥機是本領域的常規(guī)設備，對輥機中有一對對輥筒，且對輥機中的一對對輥筒的擠出孔徑Φ的大小是一致的，擠出孔徑Φ為IOmm左右，采用該對輥機生產(chǎn)的陶粒的粒型系數(shù)和級配較差，粒徑在IOmm以下的顆粒含量不足15%，大部分的陶粒的粒徑幾乎都為10 25mm，其中粒徑為15 25mm的顆粒含量占50%以上。為了解決現(xiàn)有的對輥造粒法生產(chǎn)的陶粒粒型系數(shù)大和級配差的問題，本發(fā)明通過合理分布對輥機中對輥筒的孔徑，使對輥機中每個對輥筒分布不同大小的擠出孔徑，孔徑Φ為8 12mm ；更優(yōu)選的，使對輥機中的一個對輥筒的擠出孔徑Φ為8mm，另一個對輥筒的擠出孔徑Φ為12mm。作為更進一步的優(yōu)選，所述的料粒粒徑為6 8mm。上述步驟c中所述的預熱的溫度為350°C 450°C，預熱的時間為15 25分鐘。 預熱溫度及時間對陶粒的品質(zhì)有較大的影響，預熱作用是為了使生料球脫水反應進一步加劇，同時碳酸鹽的分解及有機質(zhì)的氧化，為后期得到優(yōu)異的陶粒成品質(zhì)量創(chuàng)造有利條件。作為優(yōu)選，上述步驟c中所述的燒脹溫度為1150°C 1170°C，燒脹時間為10 20 分鐘。燒脹過程是陶粒成型的關鍵步驟，通過燒脹使料粒內(nèi)部氣體逸出，形成壓力，使坯球膨脹成型為陶粒，而在上述優(yōu)選的燒脹溫度及時間，能夠更進一步的提高陶粒的性能，同時還降低了燒脹的溫度，降低了能耗，既提高了產(chǎn)品的性能，又降低了生產(chǎn)能耗。綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.本發(fā)明的高性能陶粒具有堆積密度在700 900kg/m3、筒壓強度在5. 0 9. OMPa和吸水率在3. 0% 6. 0%的性能參數(shù)，完全能夠達到高性能陶粒的技術(shù)要求，且得到的陶粒的密實性優(yōu)良，使陶粒對污泥中重金屬的固化能力得到了顯著的提高。2.本發(fā)明的高性能陶粒采用淤泥、污泥和頁巖為原料，能夠大量的利用淤泥和污泥，使資源得到更有效的利用，減少了因淤泥和污泥的堆放等因素對環(huán)境的污染，使資源得到了綜合的利用。3.本發(fā)明的一種高性能陶粒的制備方法，具有工藝流程簡單，投資費用低的特點， 且利用該方法結(jié)合所用的原料，降低了生產(chǎn)能耗，燒制的產(chǎn)品性能優(yōu)良。
具體實施例方式下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明，但是本發(fā)明并不限于這些實施例。以下實施例中所選用的淤泥為浙江省臺州市椒江地區(qū)的淤泥和浙江省臺州地區(qū)的頁巖材料。以下表1是實施例1-9用于制備高性能陶粒的各原料的重量百分比(％ )表1
權(quán)利要求
1.一種高性能陶粒，其特征在于該陶粒包括以下成份的重量百分數(shù)組成的原料制成淤泥40% 60% ；污泥10% 20% ；頁巖30% 40% ；所述的污泥為脫水污泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能陶粒，其特征在于所述的頁巖的化學成份及其重量百分比如下SiO2 :65% 70% ；Al2O3 21% ；Fii2O3 :5· 0% 6. 0% ；CaO :0· 0. 5% ；MgO :1· 5% 2. 2% ；燒失量3· 0% 5. 0% ；其余為雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能陶粒，其特征在于所述的脫水污泥的化學成份及其重量百分比如下SiO2 :30% 45% ；Al2O3 :8. 0% 18% ；Fii2O3 :4· 0% 6. 0% ；CaO :2· 0% 3. 0% ；MgO :1. 5% 4. 0% ；燒失量25% 50%;其余為雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高性能陶粒，其特征在于所述的脫水污泥的化學成份及其重量百分比如下SiO2 :40% 42% ；Al2O3 17% ；Fii2O3 :4· 4. 8% ；CaO :2· 2% 2. 5% ；MgO :2. 5% 3. 8% ；燒失量26% 30%;其余為雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的一種高性能陶粒，其特征在于所述的淤泥的含水率為10% 15% ；所述的脫水污泥的含水率為50% 66%。
6.一種高性能陶粒的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟a、混料按照重量百分比為；淤泥為40% 60%；脫水污泥為10% 20% ；頁巖為 30% 40%的原料比例進行配料后，進行均化、陳化處理，得到混合物料；b、造粒將上述步驟a得到的混合物料經(jīng)過擠壓機擠出，再進行造粒，形成料粒；c、預熱、燒脹將上述得到的料粒進行預熱，預熱的溫度為300°C 500°C，預熱的時間為10 30分鐘；預熱后進行燒脹，燒脹溫度為1075°C 1200°C，燒脹時間為5 30分鐘， 燒脹后冷卻，得高性能陶粒成品。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高性能陶粒的制備方法，其特征在于步驟a中所述的脫水污泥是采用以下方法得到的在污水處理廠產(chǎn)生的污泥中加入絮凝劑和頁巖，攪拌混合均勻后，再放入壓濾機中進行脫水處理，得到陶粒制備用脫水污泥，所述的脫水污泥的含水率為50% 66%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種高性能陶粒的制備方法，其特征在于上述步驟b中所述的造粒采用二次造粒，第一次采用對輥造粒2 5分鐘，第二次采用造粒滾筒造粒4 5分鐘，造粒后的料粒粒徑為5 10mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種高性能陶粒的制備方法，其特征在于上述步驟c中所述的預熱的溫度為350°C 450°C，預熱的時間為15 25分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種高性能陶粒的制備方法，其特征在于上述步驟C 中所述的燒脹溫度為1150°C 1170°C，燒脹時間為10 20分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高性能陶粒及其制備方法，屬于建筑材料技術(shù)領域。為解決現(xiàn)有技術(shù)中采用淤泥、污泥燒制的陶粒的性能達不到高性能陶粒的強度要求，且各原料的組成不合理及生產(chǎn)成本高的技術(shù)問題。本發(fā)明提供一種高性能陶料，該陶粒包括以下成份的重量百分數(shù)組成的原料制成淤泥40％～60％；脫水污泥污泥10％～20％；頁巖30％～40％。還提供了該高性能陶粒的制備方法，該方法包括以下步驟a、混料、b、造粒和c、預熱、燒脹三個步驟，得高性能陶粒成品。本發(fā)明的高性能陶粒具有堆積密度、筒壓強度和吸水率性能高。且方法具有工藝流程簡單，投資費用低，能耗低的優(yōu)點。
文檔編號C04B33/132GK102515706SQ201110443380
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者劉健, 崔清泉, 朱國滿, 楊博, 楊曉華, 楊飛, 童麗美 申請人:浙江方遠建材科技有限公司