污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法

1.本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法。


背景技术：

2.随着城市废水、污水的排放量日益增多，城市污泥的排放量也大幅度增加，预计2025年，我国污泥年产量将突破9000万吨。如处理不当，污泥将会对环境和人体健康产生不利影响，亟需对其进行资源化利用。污泥热解气化技术是一种绿色的污泥独立焚烧技术，通过污泥脱水造粒后置于气化炉中，污泥中有机物在经过物理化学反应后生成可燃气体，而可燃气体燃烧产生的高温烟气可对污泥进行早期烘干而制备成为颗粒均匀的块状物料，并在热解气化过程中形成炉渣，经过热解气化后的炉渣可使污泥减量90％以上。污泥气化渣具有轻质的特点，但由于焚烧制度所限，炉渣的颗粒形状和强度不均匀，较难作为骨料直接在普通混凝土中应用。同时，污泥气化渣在焚烧炉中经过高温处理，具有一定的反应活性，可将其粉磨后作为掺合料使用。
3.免烧陶粒是将原材料经过造粒和自然养护而成的人造轻骨料，与传统焙烧陶粒相比具有生产成本低、建设投资小的优点。但现有免烧陶粒多使用固体废弃物在造粒机中先制备内核，再进行裹壳进行制备的工艺，其中内核成型工艺复杂且其表观密度较大，难以满足轻骨料的使用要求。发明专利《一种污泥制备高质量轻质骨料及方法》使用污泥与植物纤维、生石灰、和水玻璃混合制球作为内核制备轻质骨料，但前期需要增加微波加热、污泥除臭等工艺。发明专利《核壳结构高强抗震型免烧陶粒、其制备方法及其应用》使用泡沫球作为内核制备免烧陶粒，但泡沫球自身强度不足且需要进行加工处理。与此同时，现有免烧陶粒裹壳技术，裹壳材料多使用水泥复合掺合料或碱激发材料，成本相对较高。
4.污泥气化渣是污水厂热解气化之后产出的残渣，自身具有一定强度，同时具有轻质的特点，将其作为内核制备裹壳型免烧陶粒，可大大简化免烧陶粒的制备工艺。污泥气化渣粉体可经过处理后作为裹壳材料使用，进一步降低了免烧陶粒的制备成本。污泥气化渣作为免烧陶粒内核和裹壳材料的应用，一方面可简化免烧陶粒的制备工艺，用较低成本生产出可在轻骨料混凝土中应用的免烧陶粒，另一方面可实现污泥气化渣的资源化利用，解决污泥处理难题。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法，以污水厂产出的污泥气化渣作为内核，使用污泥气化渣磨细后混合胶凝材料制备裹壳粉体，通过裹壳工艺制备免烧陶粒，在制备出可在轻质混凝土中使用的高强轻质陶粒的同时，可解决污泥气化渣的资源化利用难题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法，包括以下步骤：
7.(1)将污泥气化渣使用破碎机进行破碎，筛取其中粒径5-25mm的颗粒作为免烧陶粒的内核；
8.(2)筛分后剩余粒径5mm以下的颗粒和粉体，置于球磨机中粉磨至比表面积100m2/kg以上，得到磨细的污泥气化渣粉料，作为裹壳粉体的一种组成材料使用；
9.(3)制备裹壳粉体；
10.(4)将步骤(1)制备的内核与步骤(3)制备的裹壳粉体均匀混合，形成粒粉混合物；
11.(5)在粒粉混合物中加水拌合至包裹均匀，得到污泥气化渣免烧陶粒；
12.(6)将污泥气化渣免烧陶粒经过自然养护或碳化养护后，测试其筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率。
13.进一步的，步骤(3)中裹壳粉体的成分为：普通硅酸盐水泥0～100wt％、磨细污泥气化渣0～20％wt％、磨细电石渣0～100wt％、粉煤灰0～50％wt％、硅灰0～5wt％、聚羧酸减水剂0～2wt％。
14.进一步的，步骤(4)中内核与裹壳粉体的混合的重量比为10:1～15:1。
15.进一步的，步骤(5)中拌合用水以喷雾状加入，造粒时间为10-25分钟。
16.进一步的，步骤(6)中自然养护的条件为：裹壳后免烧陶粒置于自然环境中养护28d以上，自然环境条件为温度10～30℃，相对湿度40％～80％；
17.进一步的，步骤(6)中碳化养护的条件为：裹壳后免烧陶粒置于碳化环境中养护1h以上，碳化环境条件为二氧化碳浓度为10-100vt％，温度10～30℃，相对湿度40％～80％。
18.采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果在于：污泥气化渣亟需资源化利用，其作为免烧陶粒内核时易于包裹，制备工艺简单，磨细污泥气化渣替代部分胶凝材料作为裹壳粉体时可降低成本。使用污泥气化渣制备的免烧陶粒强度满足普通轻骨料的要求，可实现污泥气化渣的建材化利用。
附图说明
19.图1是编号为w11试样养护90d后的免烧陶粒截面；
20.图2是编号为w14试样养护90d后的免烧陶粒截面。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
22.以下实施例中采用的污泥气化渣取自郑州市某污水处理厂，其初始形态为长约2cm、直径约1cm的圆柱形颗粒，使用小型颚式破碎机对污泥气化渣进行破碎，取其中粒径5mm以上的颗粒而得，并根据陶粒粒径需求选择污泥气化渣内核的粒径范围；筛分后粒径5mm以下颗粒置于实验室球磨机中进行粉磨，得到磨细污泥气化渣，比表面积为310m2/kg；所使用水泥为p.o42.5普通硅酸盐水泥；磨细电石渣粉为电石渣粉磨后得到，比表面积为288m2/kg；粉煤灰为ii级粉煤灰，活性指数为76％；硅灰活性指数为110％；聚羧酸减水剂减水率23％，为粉末状。。
23.实施例一：
24.一种污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒及其制备方法，包括以下步骤：污泥气化渣通过小型颚式破碎机破碎后，筛取其中5-15mm粒径范围内的颗粒，置于造粒机中，普通硅
酸盐水泥、磨细污泥气化渣、粉煤灰、硅灰、聚羧酸减水剂按照一定比例混合均匀后，均匀加入造粒机中，拌合用水以喷雾状加入，造粒时间为25分钟。裹壳后免烧陶粒在温度20℃、相对湿度60％的自然环境下进行养护，测试其养护28d的筒压强度和养护90d的筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率。
25.污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒配比设计(单次造粒机用量，单位：kg)
26.编号污泥气化渣普通硅酸盐水泥磨细污泥气化渣粉煤灰硅灰聚羧酸减水剂w10300000w1130.90000w1230.450.45000w1330.4050.2250.2250.0450.018w1430.60000w1530.30.3000w1630.270.150.150.030.012
27.污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒性能指标测试
[0028][0029]
实施例二：
[0030]
一种污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒及其制备方法，包括以下步骤：污泥气化渣通过小型颚式破碎机破碎后，筛取其中5-15mm粒径范围内的颗粒，置于造粒机中，普通硅酸盐水泥、磨细污泥气化渣、粉煤灰、硅灰、聚羧酸减水剂按照一定比例混合均匀后，均匀加入造粒机中，拌合用水以喷雾状加入，造粒时间为10分钟。裹壳后免烧陶粒在温度20℃、相对湿度60％的自然环境下进行养护，测试其养护28d的筒压强度和养护90d的筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率。
[0031]
污污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒配比设计(单次造粒机用量，单位：kg)
[0032]
编号污泥气化渣普通硅酸盐水泥磨细污泥气化渣粉煤灰硅灰聚羧酸减水剂w20300000w2130.90000w2230.450.45000w2330.4050.2250.2250.0450.018w2430.60000w2530.30.3000w2630.270.150.150.030.012
[0033]
污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒性能指标测试
[0034][0035]
如图1和2所示，编号分别为w11和w14试样养护90d后的免烧陶粒截面示意图。
[0036]
实施例三：
[0037]
一种污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒及其制备方法，包括以下步骤：污泥气化渣通过小型颚式破碎机破碎后，筛取其中10-25mm粒径范围内的颗粒，置于造粒机中，普通硅酸盐水泥、磨细污泥气化渣、粉煤灰、硅灰、聚羧酸减水剂按照一定比例混合均匀后，均匀加入造粒机中，拌合用水以喷雾状加入，造粒时间为25分钟。裹壳后免烧陶粒在温度20℃、相对湿度60％的自然环境下进行养护，测试其养护28d的筒压强度和养护90d的筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率。
[0038]
污污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒配比设计(单次造粒机用量，单位：kg)
[0039]
编号污泥气化渣普通硅酸盐水泥磨细污泥气化渣粉煤灰硅灰聚羧酸减水剂w30300000w3130.90000w3230.450.45000w3330.4050.2250.2250.0450.018w3430.60000w3530.30.3000w3630.270.150.150.030.012
[0040]
污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒性能指标测试
[0041][0042]
该实施例中，污泥气化渣为免烧陶粒的内核，外部包覆的裹壳粉体在水化后产生
一定的强度，在作为骨料使用时呈现出更高的强度，改善了污泥气化渣骨料的均质性，同时有保持了其轻质特性。
[0043]
实施例四：
[0044]
一种污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒及其制备方法，包括以下步骤：污泥气化渣通过小型颚式破碎机破碎后，筛取其中5-15mm粒径范围内的颗粒，置于造粒机中，普通硅酸盐水泥、磨细污泥气化渣和磨细电石渣按照一定比例混合均匀后，均匀加入造粒机中，拌合用水以喷雾状加入，造粒时间为25分钟。裹壳后免烧陶粒在自然环境下养护至表面硬化后移入二氧化碳浓度为50vt％的碳化环境下进行养护，测试其碳化养护1h的筒压强度和养护3d的筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率。
[0045]
污污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒配比设计(单次造粒机用量，单位：kg)
[0046]
编号污泥气化渣普通硅酸盐水泥磨细污泥气化渣磨细电石渣w403000w4130.900w4230.4500.45w4330.2250.2250.45w443000.9w4530.600w4630.300.3w4730.150.150.3w483000.6
[0047]
污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒性能指标测试
[0048][0049]
该实施例中，污泥气化渣为免烧陶粒的内核，外部包覆的裹壳粉体在自然环境或碳化环境中发生水化或碳化反应后产生一定的强度，在作为骨料使用时呈现出更高的强度，改善了污泥气化渣骨料的均质性，同时有保持了其轻质特性。
[0050]
上述四个实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将污泥气化渣使用破碎机进行破碎，筛取其中粒径5-25mm的颗粒作为免烧陶粒的内核；(2)筛分后剩余粒径5mm以下的颗粒和粉体，置于球磨机中粉磨至比表面积100m2/kg以上，得到磨细的污泥气化渣粉料，作为裹壳粉体的一种组成材料使用；(3)制备裹壳粉体；(4)将步骤(1)制备的内核与步骤(3)制备的裹壳粉体均匀混合，形成粒粉混合物；(5)在粒粉混合物中加水拌合至包裹均匀，得到污泥气化渣免烧陶粒；(6)将污泥气化渣免烧陶粒经过自然养护或碳化养护后，测试其筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率。2.根据权利要求1所述的污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法，其特征在于：步骤(3)中裹壳粉体的成分为：普通硅酸盐水泥0～100wt％、磨细污泥气化渣0～20％wt％、磨细电石渣0～100wt％、粉煤灰0～50％wt％、硅灰0～5wt％、聚羧酸减水剂0～2wt％。3.根据权利要求2所述的污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法，其特征在于：步骤(4)中内核与裹壳粉体的混合的重量比为10:1～15:1。4.根据权利要求3所述的污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法，其特征在于：步骤(5)中拌合用水以喷雾状加入，造粒时间为10-25分钟。5.根据权利要求4所述的污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法，其特征在于：步骤(6)中自然养护的条件为：裹壳后免烧陶粒置于自然环境中养护28d以上，自然环境条件为温度10～30℃，相对湿度40％～80％。6.根据权利要求4所述的污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法，其特征在于：步骤(6)中碳化养护的条件为：裹壳后免烧陶粒置于碳化环境中养护1h以上，碳化环境条件为二氧化碳浓度为10-100vt％，温度10～30℃，相对湿度40％～80％。

技术总结
污泥气化渣作为原材料的免烧陶粒制备方法，包括以下步骤：（1）将污泥气化渣进行破碎，筛取粒径大的颗粒作为内核；（2）粒径5mm以下的颗粒和粉体，粉磨得到磨细的污泥气化渣粉料，作为裹壳粉体的一种组成材料使用；（3）制备裹壳粉体；（4）将内核与裹壳粉体均匀混合，形成粒粉混合物；（5）在粒粉混合物中加水拌合至包裹均匀，得到污泥气化渣免烧陶粒；（6）养护后测试其筒压强度、表观密度、堆积密度和吸水率。本发明将污泥气化渣资源化利用，作为免烧陶粒内核时易于包裹，制备工艺简单，磨细污泥气化渣替代部分胶凝材料作为裹壳粉体时可降低成本；制备的免烧陶粒强度满足普通轻骨料的要求，可实现污泥气化渣的建材化利用。现污泥气化渣的建材化利用。现污泥气化渣的建材化利用。


技术研发人员：谭云飞 马军涛 赵顺波 宋泽瑢 张许 王慧贤 王秀珍 党钧陶 杨智
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/9/7