利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，包括如下步驟：（1）混料：先將粘土、城市污泥和造孔劑進行預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的城市污泥進行二次處理，再將預(yù)處理后的粘土、造孔劑和二次處理后的城市污泥按一定比例混合，得到混合料；所述混合料中，粘土添加的重量份為50~80份，城市污泥添加的重量份為20~50份，造孔劑的添加量為粘土和城市污泥總重的5~20%；（2）將所述混合料先后進行粗練、陳腐、練泥、成型、干燥、燒成后即得成品。本發(fā)明方法的城市污泥利用率高、安全無毒、制得的多孔陶瓷具有良好的抗壓強度和較低的導(dǎo)熱系數(shù)。
【專利說明】利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于污泥再利用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料 的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為現(xiàn)代城市之腎，污水處理廠不僅凈化水源，也產(chǎn)生了城市污泥。城市污泥安全 使用是一種有益資源，在建筑建材、農(nóng)業(yè)、能源、生物等領(lǐng)域可以取得較好的經(jīng)濟效益；處理 不當將產(chǎn)生嚴重的后果，造成重金屬富集、空氣污染等惡劣的二次污染。通常，城市污泥的 循環(huán)利用需要達到以下幾個最基本的要求：減量化，城市污泥含水率較高、體積疏松、占地 面積大，采用常規(guī)運輸?shù)姆绞叫枰^高的運輸成本。通過減量這一步的處理，能有效的減去 污泥所含的水份，縮減體積，方便長距離運輸與資源化處理；穩(wěn)定化和無害化，污泥的組成 復(fù)雜，含有許多的致病碳氫有機物、病毒、細菌和重金屬等，易威脅到人類健康與環(huán)境保護。 且污泥組成易隨地區(qū)的變化而改變。污泥堆置時，會釋放出二噁英、硫化氫等有毒物質(zhì)，污 染環(huán)境造成危害。
[0003] 廣西^一五"期間已經(jīng)新建了 69座污水處理廠，城市污水處理總量迅猛增至 405. 4萬m3/d，污水廠產(chǎn)生的固體廢棄物城市污泥，將成為繼污水處理之后，環(huán)境保護中新 出現(xiàn)的另一大難題。城市污泥組分復(fù)雜，含有大量致病細菌、病毒和重金屬，且其含水率高 不易于長距離運輸。以南寧市為例，原污水處理能力約為44萬m3/d，經(jīng)過擴建及技術(shù)改造 后，污水處理總能力達到80萬m3/d，按污泥占污水比例的0. 3?0. 5%，由此增加的污泥可 達0. 8?1. 6萬m3/d。該市原有利用污泥生產(chǎn)有機肥、衛(wèi)生填埋等處理措施難以滿足需要， 進一步研究污泥資源化、穩(wěn)定化、安全化的利用方式迫在眉睫。
[0004] 污泥由硅、鋁、鉀、鈣、氧等元素構(gòu)成基本組分，但是也存在銅、鋅、鎳等少量重金屬 及一些致病物質(zhì)，正是這些有害物質(zhì)成為了限制污泥循環(huán)利用的主要障礙。當前污泥的資 源化利用研究主要集中在農(nóng)業(yè)土地堆肥和新型建筑材料研發(fā)，傳統(tǒng)的投海、衛(wèi)生填埋由于 土地匱乏及嚴重的二次污染越來越受到限制。農(nóng)業(yè)利用主要把污泥當做一種有機化肥來使 用，經(jīng)過堆肥處理的污泥含有植物營養(yǎng)和少量的礦物質(zhì)，適當用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可顯著提高作 物的產(chǎn)量和品質(zhì)。但是，近年來伴隨檢測技術(shù)的發(fā)展，污泥農(nóng)用容易受到重金屬的影響。建 材利用是當今污泥資源化研究的熱點，主要集中在制磚、水泥、陶粒等領(lǐng)域，工藝方式有直 接利用和焚燒過后利用，這種處置方法能妥善處理污泥中的有害物質(zhì)，比如致病有機物、細 菌和重金屬等，不足之處在于污泥的摻量低、消耗大量能源，高溫時放出加劇溫室效應(yīng)的氮 氧化物。
[0005] 多孔陶瓷材料是指材料擁有較高的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性以及耐腐 蝕、耐高溫等性能，又具有多孔材料孔洞率高、密度低、較低的導(dǎo)熱系數(shù)的新型材料。陶瓷材 料經(jīng)過燒結(jié)之后一般密度較大，難以具有質(zhì)輕保溫隔熱的性能，因此需要采取人工造孔的 方法，提高孔隙率，降低密度，把陶瓷材料與多孔材料的優(yōu)越隔熱保溫效果相結(jié)合。陶瓷多 孔材料常見的造孔工藝有有機泡沫浸漬造孔法、添加造孔劑造孔法、燒結(jié)造孔法以及發(fā)泡 造孔法等。
[0006] 關(guān)于利用城市污泥制備多孔陶瓷的研究，我們查到如下期刊文獻：《城市污泥制 備多孔陶瓷填料的試驗研究》，成岳等，中國陶瓷，第47卷第9期，2011年9月，起止頁碼： 48-53頁。該文獻公開了以城市污泥12?20%、石英24?40%、涂裝廢水絮凝污泥20? 30%為主要原料，煤炭20?30%為造孔劑，焙燒溫度為1230?1250°C，保溫時間30min燒 制多孔陶瓷填料。但該文獻仍存在我們上述提到的，城市污泥的利用率低，能源消耗大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于解決上述技術(shù)問題，提供一種利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料 的方法，該方法的城市污泥利用率高、安全無毒、制得的多孔陶瓷材料具有良好的抗壓強度 和較低的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0008] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0009] 一種利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，包括如下步驟：
[0010] (1)混料：先將粘土、城市污泥和造孔劑進行預(yù)處理后，然后將預(yù)處理后的城市污 泥進行二次處理，再將預(yù)處理后的粘土、造孔劑和二次處理后的城市污泥按一定比例混合， 得到混合料；所述混合料中，粘土添加的重量份為50?80份，城市污泥添加的重量份為 20?50份，造孔劑的添加量為粘土和城市污泥總重的5?20% ;
[0011] (2)將所述混合料先后進行粗練、陳腐、練泥、成型、干燥、燒成后即得成品。
[0012] 以上所述造孔劑為鋸末、煤粉和淀粉中任一種或一種以上混合物。
[0013] 以上所述燒成的條件是：燒成溫度950?1050°C，保溫時間60?120min。在此溫 度范圍內(nèi)成色較好，溫度較低于950°C時試塊呈現(xiàn)出的顏色較淡說明欠燒。燒成溫度高于 1050°C時由于試塊的收縮率過大，試塊容易出現(xiàn)變形、開裂等不良現(xiàn)象。
[0014] 以上所述城市污泥預(yù)處理，是將城市污泥與除臭劑混合陳放7?10天后經(jīng)暴曬、 烘干、粉磨、過〇. 6mm篩；所述除臭劑為硝酸鈣。具體步驟為：1m3復(fù)合污泥用硝酸鈣12? 20kg，硝酸鈣用水配制成質(zhì)量百分比為40%的溶液，然后與濕污泥拌合后，加蓋（或覆膜） 陳放7?10天，
[0015] 以上所述二次處理，是先將預(yù)處理后的部分污泥在500?550°C下預(yù)燒20? 40min，然后與未預(yù)燒的城市污泥按1 :1的重量比混合。經(jīng)過預(yù)燒，污泥中原本含有的大量 不穩(wěn)定組分在預(yù)燒時發(fā)生分解，體積穩(wěn)定性增加，在壓制過程中不會因為污泥摻量過高而 在試塊表面產(chǎn)生裂縫，造成坯體質(zhì)量下降，且城市污泥經(jīng)過預(yù)燒，可以提高摻量到50%。研 究發(fā)現(xiàn)城市污泥摻量大于50%時，泥料的可塑度下降明顯，試塊難以成型，制作時保水性 差，易開裂，燒成之后表面更是出現(xiàn)較多裂縫，嚴重影響陶瓷材料的性能。
[0016] 以上所述粗練的時間為1. 5?2h，保持混合料含水率16?22%。
[0017] 以上所述陳腐的時間為3?5天。
[0018] 以上所述練泥時間為lh左右，保持混合泥料含水率12?18%。含水率較低于 12%時，料坯不易成型，表面容易出現(xiàn)細裂紋；而含水率高于18%時，料坯容易被壓變形， 脫模時造成試塊開裂。
[0019] 以上所述成型，是對混合泥料使用20?30MPa的壓力壓制成型。高于30MPa壓制 的試塊，表面容易出現(xiàn)裂紋，用低于20MPa的成型壓力又不易壓制強度較高的試塊，所以適 宜的成型壓力在20?30MPa之間。
[0020] 以上所述干燥，是將壓制成型的坯體自然風(fēng)干后，于100?110°C下烘干10? 12h。
[0021] 以上所述粘土和造孔劑的預(yù)處理，為本領(lǐng)域的常規(guī)處理方法，即干燥、粉磨、過篩。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0023] 1.本發(fā)明的城市污泥利用率可達到20?50%，大大提高了污泥的利用率，符合循 環(huán)經(jīng)濟的要求。
[0024] 2.本發(fā)明通過對城市污泥進行除臭、烘干等預(yù)處理，可以降低城市污泥資源化利 用過程中對環(huán)境產(chǎn)生的危害。
[0025] 3.本發(fā)明所選用的造孔劑，可提高陶瓷的孔隙率至40?46%，降低表觀密度至 1. 54?1. 60g?cnT3,提高隔熱保溫性能。通過本發(fā)明方法制得的多孔陶瓷，具有良好的抗 壓強度（10?15MPa)、較低的導(dǎo)熱系數(shù)（0. 55?0. 96W? (nT1 ?k_〇)，且本發(fā)明的燒成溫度 較低，符合節(jié)約能源的要求，因此具有十分重要的應(yīng)用意義。

【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式并不局限于 實施例所表示的范圍。
[0027] 實施例中所用的城市污泥，由瑯東污泥和江南污泥按1:1重量組成。
[0028] 瑯東污泥取自南寧市瑯東污水處理廠，該廠采用二級活性污泥法，通過兩級沉淀 池的沉淀過程，利用微生物的分解作用對城市中的有機成分進行降解，處理的污水來源主 要為城市生活污水及少量工業(yè)污水。該污水含泥量較低、重金屬及放射性組分少，新鮮的瑯 東污泥呈深黑色，粘稠狀，暴露在空氣中15min左右后變?yōu)榛疑?，含水率?2. 4?37. 3 %之 間，PH為 7,熱值為 2076.lkj?kg-1。
[0029] 江南污泥來自于南寧市江南污水處理廠，有機質(zhì)含量比瑯東污泥低，顏色較淺，含 水率在27. 3?34. 0%之間，熱值均為1524.OkJ?kg-1，都低于瑯東污泥，其PH為7。
[0030] 兩種污泥在自然狀態(tài)下散發(fā)出微弱的腐臭味，少量污泥堆積不會引起人的反感； 但是在加熱到300°C時，會放出大量的刺激性氣體，導(dǎo)致嚴重的空氣污染。
[0031] 本發(fā)明所用原料化學(xué)成分檢測如表1所示
[0032] 表1原料化學(xué)成分

【權(quán)利要求】
1. 一種利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步驟： (1)混料：先將粘土、城市污泥和造孔劑進行預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的城市污泥進行 二次處理，再將預(yù)處理后的粘土、造孔劑和二次處理后的城市污泥按一定比例混合，得到混 合料；所述混合料中，粘土添加的重量份為50~80份，城市污泥添加的重量份為20~50份，造 孔劑的添加量為粘土和城市污泥總重的5~20% ; (2 )將所述混合料先后進行粗練、陳腐、練泥、成型、干燥、燒成后即得成品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 造孔劑為鋸末、煤粉和淀粉中任一種或一種以上混合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 燒成的條件是：燒成溫度95(Tl050°C，保溫時間6(Tl20min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 城市污泥預(yù)處理，是將城市污泥與除臭劑混合陳放疒10天后暴曬、烘干、粉磨、過0. 6mm篩； 所述除臭劑為硝酸鈣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 二次處理，是先將預(yù)處理后的部分城市污泥在50(T55(TC下預(yù)燒2(T40min，然后與未預(yù)燒 的城市污泥按1 :1的重量比混合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 粗練的時間為1. 5~2h，保持混合料含水率16~22%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 陳腐的時間為3飛天。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 練泥時間為lh左右，保持混合泥料含水率12~18%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 成型，是對混合料使用2(T30MPa的壓力壓制成型。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥燒制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 干燥，是將壓制成型的坯體自然風(fēng)干后，于KHTlKTC下烘干l(Tl2h。
【文檔編號】C04B33/132GK104355674SQ201410576279
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】邱樹恒, 楊志明, 劉守吉, 羅東燕, 黃靜, 孫保玉 申請人:廣西大學(xué)