本發(fā)明屬于陶粒制備領(lǐng)域，具體涉及到一種以城市污泥為原料的陶粒的制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著我國城市的飛速發(fā)展，人口的增多，城市污泥量明顯增加，對于城市污泥傳統(tǒng)的處理方法是堆肥、焚化、填海，其中的大量有害微生物及重金屬及其瀝出物所造成的污染已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。近年來的環(huán)保法規(guī)對城市污泥處理已經(jīng)作出了嚴(yán)格的規(guī)定，如幾年前城市污泥可以直接作農(nóng)業(yè)肥料，由于污泥中的重金屬含量較高，現(xiàn)在已經(jīng)禁止污泥作為肥料使用。利用城市污泥生產(chǎn)陶粒是最有效的城市污泥處理方法之一，不僅有效的解決了城市污泥的堆放問題，避免排放不當(dāng)對環(huán)境造成的二次污染，而且陶粒作為輕骨料可以用于基礎(chǔ)建筑，也緩解了砂、石等建材緊張的資源危機(jī)，符合當(dāng)前國家固體廢棄物資源化利用的政策。但是目前污水處理廠的城市污泥中有機(jī)質(zhì)含量過高，其絕干比重占70％以上，單純使用這種污泥焙燒陶粒在通常情況下是不可行的。如果生料球處于高溫之下，首先失去的是占總體積90％以上的可燃物，可燃物變成灰燼體積急劇變小，料球失去支撐而瓦解，粉末狀的無機(jī)物質(zhì)在高溫下會形成一些微小顆?；虮郎榉勰灿猩倭啃☆w粒會破壁相互粘連形成較大顆粒，但為數(shù)不多，可被稱為渣滓，這些渣滓具有一定的活性，理論上可作為生產(chǎn)水泥的填充料，但因為原料污泥本身的不穩(wěn)定，這些渣滓的活性也極不穩(wěn)定，所以很難被采用。將城市污泥制備成陶粒，焙燒工藝是重要的因素，不僅決定了焙燒的燒脹過程，而且對于陶粒的微觀結(jié)構(gòu)及晶相組成有重要的影響。除此之外，陶粒原料成分、配比結(jié)構(gòu)也對陶粒的品質(zhì)影響顯著。中國專利申請?zhí)?011101491242(申請日為2011.06.03)的《城市污水處理廠污泥處置及資源化利用的方法》公開了一種城市污水處理廠污泥處置及資源化利用的方法，以城市污水處理廠的居民生活污泥為原料，經(jīng)過干燥、攪拌、造粒、燒結(jié)、破碎、除塵、粉篩的步驟，將污泥燒制為能為人們所利用的陶粒，由于該方法以單一的城市污泥為原料，污泥成分比較單一，得到的陶粒在性能及其應(yīng)用方面有一定的局限性。中國專利申請?zhí)?21149380(申請日為2002.03.07)的《一種利用污水處理廠生物污泥燒制粘土陶粒的方法》公開了一種利用污水處理廠生物污泥燒制粘土陶粒的方法，具體的原料組分包括粘土、污水處理廠干生物污泥、石灰石、鐵粉，該方法使用了較多的粘土，造成資源的浪費(fèi)。因此，需要探索一種將城市污泥和各種輔料相結(jié)合，輔以特定的生產(chǎn)工藝的制備陶粒的方法，以得到性能和品質(zhì)有所改善的適應(yīng)不同需求的陶粒，進(jìn)而擴(kuò)大陶粒的應(yīng)用范圍。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種以城市污泥為原料的陶粒的制備方法。該制備方法制得的陶粒強(qiáng)度較高、堆積密度小，不僅有利于保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源，而且符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足市場需求，使該陶粒更好的向市場推廣。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：以城市污泥為原料的陶粒的制備方法，由以下具體步驟制成：(1)干燥：對城市污泥濃縮、消化、機(jī)械脫水、烘干，得到含水率為22～24％的原料污泥；以上的消化步驟為，采用普通厭氧工藝法去除污泥中的易生化的有機(jī)物，具體為，將城市污泥投入消化池中，加入兼性菌和厭氧菌，將城市污泥中的可生物降解的有機(jī)物分解成二氧化碳、甲烷和水等物質(zhì)；(2)配料：按以下的重量份數(shù)配比取各原料：原料污泥80～120、粉煤灰10～20、高嶺土1～5、煉鋼爐渣5～20、沸石5～15、赤鐵礦1～5、鈣質(zhì)頁巖5～15、垃圾焚燒飛灰5～20、fe2o30.5～2、廢玻璃1～4、碳酸鈣0.1～2、十二烷基硫酸鈉0.1～2、苯甲酸鈉0.1～1.5；(3)取步驟(2)中的各原料，混合、攪拌均勻，將攪拌后的物料投入造粒機(jī)中造粒，粒徑控制在15～20mm之間；(4)將造粒后的料球顆粒置于90-110℃下干燥1～2小時，再在220～280℃預(yù)熱10～20分鐘，然后迅速轉(zhuǎn)移至燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)；燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行兩段式燒結(jié)，先低溫?zé)Y(jié)，后高溫?zé)Y(jié)；燒結(jié)設(shè)備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為600～800℃，爐膛b提供的溫度為900～1100℃；預(yù)熱后的物料在爐膛a中燒制3～5分鐘，再迅速轉(zhuǎn)移到爐膛b中燒制4～6分鐘，冷卻至室溫；(5)將冷卻后的物料卸下，并且對大塊的燒成物破碎，使破碎物料的最大粒徑控制在20～26mm之間；(6)對破碎后的物料分篩，分篩出粒徑為5～15mm的陶粒，15～26mm的陶粒，0.5～5mm的陶砂，粒徑小于0.5mm的細(xì)末。優(yōu)選地，垃圾焚燒飛灰來自于城市固體廢物處理廠。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：(1)按照本發(fā)明的方法制備得到的陶粒減少了大塊燒成物的產(chǎn)生，從而也相應(yīng)的減少了后續(xù)的破碎工作，節(jié)省了能耗；(2)制備得到的陶粒的筒壓強(qiáng)度大，堆積密度低，明顯改善了陶粒的品質(zhì)和性能，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，可更好的向市場推廣；(3)利用城市污泥、煉鋼爐渣、垃圾焚燒飛灰、廢玻璃等進(jìn)行陶粒的制備，是廢棄物的轉(zhuǎn)化的一種循環(huán)利用方式，有利于保護(hù)環(huán)境。具體實施方式下面結(jié)合實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實施例1以取自青島市某污水處理廠的城市污泥為原料的陶粒的制備方法，由以下具體步驟制成：(1)干燥：對城市污泥進(jìn)行濃縮、消化、機(jī)械脫水、烘干，得到的原料污泥含水率為23％左右；消化的具體步驟為：將城市污泥投入至消化池中，在消化池中加入甲烷菌菌劑、產(chǎn)乙酸菌菌劑，調(diào)節(jié)城市污泥的ph為6.5左右，于37℃左右厭氧處理30小時左右；其中每噸城市污泥中投入甲烷菌劑2升，投入產(chǎn)乙酸菌菌劑2升，每升菌劑中，活菌數(shù)量為109-1012cfu/g；(2)配料：按以下重量份數(shù)取各原料原料污泥100、粉煤灰15、高嶺土4、煉鋼爐渣8、沸石12、赤鐵礦4、鈣質(zhì)頁巖12、垃圾焚燒飛灰15、fe2o31、廢玻璃2、碳酸鈣1.5、十二烷基硫酸鈉1.5、苯甲酸鈉1.2；(3)取步驟(2)中的各原料，混合、攪拌均勻，將攪拌后的物料投入造粒機(jī)中造粒，粒徑控制在15～20mm之間；(4)將造粒后的料球顆粒置于100℃下干燥1.5小時，再在260℃預(yù)熱15分鐘，然后迅速轉(zhuǎn)移至燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)；燒結(jié)設(shè)備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為700℃，爐膛b提供的溫度為1040℃；預(yù)熱后的物料在爐膛a中燒制4分鐘，再迅速轉(zhuǎn)移到爐膛b中燒制5分鐘，冷卻至室溫；(5)將冷卻后的物料卸下，并且對大塊的燒成物破碎，使破碎物料的最大粒徑控制在20～26mm之間；(6)對破碎后的物料分篩，分篩出粒徑為5～15mm的陶粒，15～26mm的陶粒，0.5～5mm的陶砂，粒徑小于0.5mm的細(xì)末。垃圾焚燒飛灰來自于城市固體廢物處理廠。設(shè)置4組對照例，分別制備陶粒，并對陶粒的性質(zhì)進(jìn)行比較。對照例1：陶粒的各原料的重量份數(shù)配比為：原料污泥250、粉煤灰15、高嶺土4、煉鋼爐渣8、沸石12、赤鐵礦4、鈣質(zhì)頁巖12、垃圾焚燒飛灰15、fe2o31、廢玻璃2、碳酸鈣1.5、十二烷基硫酸鈉1.5、苯甲酸鈉1.2。對照例1將城市污泥的量調(diào)整為較高的比例，城市污泥的重量百分比約為82％，其他步驟與實施例1相同。對照例2：陶粒的各原料的重量份數(shù)配比為：原料污泥20、粉煤灰15、高嶺土4、煉鋼爐渣8、沸石12、赤鐵礦4、鈣質(zhì)頁巖12、垃圾焚燒飛灰15、fe2o31、廢玻璃2、碳酸鈣1.5、十二烷基硫酸鈉1.5、苯甲酸鈉1.2。對照例1、對照例2中原料污泥的處理均同實施例1；對照例2將城市污泥的量調(diào)整為較低的比例，原料污泥的重量百分比約為27％，其他步驟與實施例1相同。對照例3：將步驟(4)調(diào)整為：將造粒后的料球顆粒置于100℃下干燥1.5小時，再在260℃預(yù)熱15分鐘，然后迅速轉(zhuǎn)移至燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)；該燒結(jié)設(shè)備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為900℃，爐膛b提供的溫度為1250℃；預(yù)熱后的物料在爐膛a中燒制4分鐘，再迅速轉(zhuǎn)移到爐膛b中燒制5分鐘；冷卻至室溫。對照例3的其他步驟與實施例1相同。對照例4：將造粒后的料球顆粒置于100℃下干燥1.5小時，再在260℃預(yù)熱15分鐘，然后迅速轉(zhuǎn)移至燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)；該燒結(jié)設(shè)備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為500℃，爐膛b提供的溫度為850℃；預(yù)熱后的物料在爐膛a中燒制4分鐘，再迅速轉(zhuǎn)移到爐膛b中燒制5分鐘；冷卻至室溫。對照例4的其他步驟與實施例1相同。實施例1與4組對照例制備得到的陶粒的性能具體如表1所示：表1實施例1與4組對照例制備得到的陶粒的性能實施例1對照例1對照例2對照例3對照例4顆粒級配2.82.93.12.93.0堆積密度(kg/m3)184164254284295表觀密度(kg/m3)846812905916943筒壓強(qiáng)度(mpa)2.51.42.31.61.3吸水率％17.610.511.610.410.8軟化系數(shù)0.950.690.810.540.62粒型系數(shù)1.361.451.521.691.73含泥量％1.82.52.12.83.1泥塊含量％0.541.091.041.542.13煮沸質(zhì)量損失％4.175.635.486.356.11燒失量％3.83.94.15.25.6硫化物和硫酸鹽含量％0.730.640.580.870.91從上表內(nèi)容可以看出，污泥量、燒結(jié)溫度均對陶粒的性能、品質(zhì)產(chǎn)生重要影響：(1)污泥量的增加或減少，都會對陶粒的品質(zhì)產(chǎn)生影響。當(dāng)污泥的重量含量過多時，對照例1與實施例1相比，陶粒的筒壓強(qiáng)度較低，陶粒燒制后易碎，這主要是由于污泥含量較大時，陶粒燒制的過程中會有較多的表面裂紋和較大的內(nèi)部空隙導(dǎo)致陶粒強(qiáng)度降低；當(dāng)污泥的量減少到一定程度時，則會影響陶粒的堆積密度和筒壓強(qiáng)度，對照例2與實施例1相比，陶粒堆積密度增大、筒壓強(qiáng)度略微降低，在本發(fā)明所限定的污泥數(shù)值范圍內(nèi)，陶粒的強(qiáng)度和堆積密度是較理想的。(2)燒結(jié)溫度對陶粒的品質(zhì)的影響較顯著。對照例3與實施例1相比，當(dāng)溫度過高時，越來越多的原料成分熔化為液相并成為玻璃態(tài)的物質(zhì)，增加了陶粒體積收縮率，使得陶粒表面和內(nèi)部的密度增大，吸水率降低，當(dāng)溫度超過1050℃時，由于后期產(chǎn)氣反應(yīng)的發(fā)生，陶粒內(nèi)部氣壓增大，造成體積膨脹和密度降低；對照例4與實施例1相比，當(dāng)溫度過低時，料球中部分組分未完全熔化，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，僅有少部分形成玻璃態(tài)，而陶粒要燒脹必須滿足2個條件：原料被加熱到高溫時，必須生成黏性的玻璃相，能密封住由原料內(nèi)部釋放的氣體；高溫下生成黏性的玻璃相后必須有氣體物質(zhì)釋放。過低的溫度會導(dǎo)致部分原料無法達(dá)到玻璃相，從而影響陶粒的燒脹。只有當(dāng)溫度保持在一定范圍時，陶粒內(nèi)部形成玻璃體為主體，并能形成致密結(jié)構(gòu)和均勻封閉的孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得陶粒獲得較高的強(qiáng)度；本發(fā)明通過兩段式燒結(jié)，低溫?zé)Y(jié)中使原料為燒脹形成的玻璃態(tài)作準(zhǔn)備，使燒過程中的液相黏度大小適中，對陶粒膨脹性能有較有利的影響，再經(jīng)過迅速高溫?zé)Y(jié)，有利于燒脹的進(jìn)行。隨著爐膛b中焙燒溫度的升高，越來越多的原料成分熔化成液相并成為玻璃態(tài)物質(zhì)，增加了陶粒體積收縮率，使得陶粒表面和內(nèi)部的密度增大，吸水率降低，當(dāng)溫度過高時，反而會導(dǎo)致陶粒的性能下降。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，制備得到的陶粒具有明顯的有益效果：(1)減少了大塊燒成物的產(chǎn)生，從而也相應(yīng)的減少了后續(xù)的破碎工作。以城市污泥為原料加入了輔料之后，制備陶粒，大塊的燒成物較少，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，大塊燒成物的重量占所得的物料重量的8％左右，大大的減少了后續(xù)的破碎工作，節(jié)省了能耗，分析原因如下：污泥料球在爐膛中自燃溫度不易散失，自身溫度迅速提高，而周邊壓力和有機(jī)物的減少，本身體積迅速減小，此時料球中的無機(jī)物處于半熔化狀態(tài)，彼此之間發(fā)生粘連，而由于本發(fā)明中添加了部分輔料，使得料球在燃燒過程中產(chǎn)生了一些氣體，這就使包裹在外層的半熔體發(fā)生膨脹形成空氣泡，由于大量的空氣泡的存在又互相粘連使失去了大量物質(zhì)的污泥料球不會崩潰，只是比原來縮小了體積，而又由于輔料的加入，使料球之間的粘連度相應(yīng)的減小，從而減少了大塊燒成物的產(chǎn)生。因此，對于后續(xù)的破碎工作相應(yīng)的也減少。(2)筒壓強(qiáng)度大，堆積密度低。本發(fā)明的工藝采用分段式焙燒，在第一階段焙燒時，陶粒內(nèi)部孔隙分布相對均勻，孔隙小而多，主要是由于隨著燒制溫度的增加，陶粒表面的液相增多，陶粒料球表面粘度適合，內(nèi)部有機(jī)物在高溫下分解為氣體，從而從陶粒料球的表面不斷逸出，形成陶粒內(nèi)部中空多孔的結(jié)構(gòu)。第一階段的升溫過程中，陶粒表面的液相滲入陶粒的孔隙內(nèi)部，減少了孔隙的大小，陶粒內(nèi)部開始致密化，從而使得陶粒顆粒密度增加，當(dāng)陶粒的燒制溫度進(jìn)一步升高并保持一定時間時，料球內(nèi)部就會形成致密小孔結(jié)構(gòu)，同時，這些小孔會互相連通或串通，進(jìn)而形成大的孔隙，也會導(dǎo)致陶粒顆粒的堆積密度減小。通過表1中關(guān)于陶粒性能的數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：實施例1的陶粒強(qiáng)度較高，堆積密度小，不僅符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，而且滿足市場需求，得到了具有較低堆積密度性能的陶粒，可以使該陶粒更好的向市場推廣。實施例2以取自青島市某污水處理廠的城市污泥為原料的陶粒的制備方法，由以下具體步驟制成：(1)干燥：對城市污泥進(jìn)行濃縮、消化、機(jī)械脫水、烘干，得到原料污泥的含水率為22％左右；其消化步驟同實施例1；(2)配料：按以下的重量份數(shù)配比取各原料：原料污泥80、粉煤灰10、高嶺土1、煉鋼爐渣5、沸石5、赤鐵礦1、鈣質(zhì)頁巖5、垃圾焚燒飛灰5、fe2o30.5、廢玻璃1、碳酸鈣0.1、十二烷基硫酸鈉0.1、苯甲酸鈉0.1；(3)將步驟(2)中的各原料混合、攪拌均勻，將攪拌后的物料投入造粒機(jī)中造粒，粒徑控制在15～20mm之間；(4)將造粒后的料球顆粒置于90℃下干燥2小時，再在220℃預(yù)熱20分鐘，然后迅速轉(zhuǎn)移至燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)；燒結(jié)設(shè)備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為600℃，爐膛b提供的溫度為900℃；預(yù)熱后的物料在爐膛a中燒制5分鐘，再迅速轉(zhuǎn)移到爐膛b中燒制6分鐘，冷卻至室溫；(5)將冷卻后的物料卸下，并且對大塊的燒成物破碎，使破碎物料的最大粒徑控制在20～26mm之間；(6)對破碎后的物料分篩，分篩出粒徑為5～15mm的陶粒，15～26mm的陶粒，0.5～5mm的陶砂，粒徑小于0.5mm的細(xì)末。垃圾焚燒飛灰來自于城市固體廢物處理廠。實施例2制備得到的陶粒強(qiáng)度較高，堆積密度小，品質(zhì)好，有利于陶粒的市場推廣。實施例3以取自青島市某污水處理廠的城市污泥為原料的陶粒的制備方法，由以下具體步驟制成：(1)干燥：對城市污泥進(jìn)行濃縮、消化、機(jī)械脫水烘干，得到的原料污泥的含水率為24％左右；其消化步驟同實施例1；(2)配料：按以下重量份數(shù)配比取各原料：城市污泥120、粉煤灰20、高嶺土5、煉鋼爐渣20、沸石15、赤鐵礦5、鈣質(zhì)頁巖15、垃圾焚燒飛灰20、fe2o32、廢玻璃4、碳酸鈣2、十二烷基硫酸鈉2、苯甲酸鈉1.5；(3)取步驟(2)中的各原料，混合、攪拌均勻，將攪拌后的物料投入造粒機(jī)中造粒，粒徑控制在15～20mm之間；(4)將造粒后的料球顆粒置于110℃下干燥1小時，再在280℃預(yù)熱10分鐘，然后迅速轉(zhuǎn)移至燒結(jié)設(shè)備中燒結(jié)；燒結(jié)設(shè)備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為800℃，爐膛b提供的溫度為1100℃；預(yù)熱后的物料在爐膛a中燒制3分鐘，再迅速轉(zhuǎn)移到爐膛b中燒制4分鐘，冷卻至室溫；(5)將冷卻后的物料卸下，并且對大塊的燒成物破碎，使破碎物料的最大粒徑控制在20～26mm之間；(6)對破碎后的物料分篩，分篩出粒徑為5～15mm的陶粒，15～26mm的陶粒，0.5～5mm的陶砂，粒徑小于0.5mm的細(xì)末。垃圾焚燒飛灰來自于城市固體廢物處理廠。實施例3制備得到的陶粒強(qiáng)度較高，堆積密度小，品質(zhì)好，有利于陶粒的市場推廣。上述雖然結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。當(dāng)前第1頁12