使用污水处理厂污泥制造建筑材料的方法

摘要

公开了一种使用污水处理厂污泥的隔音建筑材料及其制备方法。如下所述生产该使用污水处理厂污泥的隔音建筑材料：将重量百分比含量为22％的一次加工净水污泥与重量百分比含量为18％的黏土、重量百分比含量为36％的石膏粉、重量百分比含量为14％的蜡石和重量百分比含量为10％的白云石混合以得到坯体，其中所述一次加工净水污泥是通过将污水处理厂污泥在800℃－850℃下烧制3－5个小时而成；将重量百分比含量为31.5％的坯体与重量百分比含量为2.3％的锻烧的石膏、重量百分比含量为11.3％的水泥、重量百分比含量为0.05％的铝粉末、重量百分比含量为0.5％的淀粉和重量百分比含量为0.5％的二氧化钛混合以准备粉状混合物；将粉状混合物与重量百分比含量为10.8％的磷酸和重量百分比含量为43.05％的水混合。

说明书

技术领域

[01]本发明涉及使用污水处理厂污泥的隔音建筑材料及其制备方法。更具体地说，该发明涉及使用污水处理厂污泥的、首先在800℃下烧制污水处理厂污泥得到第一加工材料、再通过铝粉与酸或碱起反应生成氢气的化学发泡法在使用第一加工材料制备的坯体中形成许多孔的隔音建筑材料及其制备方法。

背景技术

[02]为了绝热、重量轻、隔音、隔热和过滤的目的，在其陶瓷材料中自然或人为地形成许多孔的产品已长久被加工处理。

[03]其代表性的例子包括绝热砖、轻量级混凝土产品、多孔玻璃以及多孔碳材料等。可称为先进高科技的航天器的火成场所附有多孔二氧化硅瓷砖。

[04]对隔音产品的制造商而言，多孔无机产品可被视为令人感兴趣的领域。这是因为，由于在表面漫射地形成各种孔隙而使表面感觉的表述可以延伸，可以增加对产品干燥或烧制过程中快速干燥、快速加热或冷却而引起的损伤的抵制力，可以像用锯切割耐火绝热砖并处理它那样改变烧制产品的形状，以及可广泛推行产品的形式，特别是可以减少大的隔音产品的重量，因为坯体是滑体状态并且浇注模具的材料选择范围广，如木头、塑料、泡沫塑料等。

[05]这样的多孔无机材料主要是人工制造的，例如，广泛使用将铝粉用作发泡剂的化学发泡法。

[06]在污水处理厂的水中有细颗粒物，因此可由此得到比人工形成的微粒精细许多的微粒材料。

[07]由于水中的颗粒非常细，很容易使产品重量轻，并与其发生反应。

[08]韩国专利号10-0327944中公开了使用水污泥的人工栽培土壤和人工栽培土壤肥料的制造方法。

[09]韩国专利号10-0625172公开了使用膨胀剂或水文保存剂制造土壤混凝土和土壤混凝土块的制造方法，其中，土壤混凝土采用包括黄土的粘土、包括抛光砂的砂土、造纸废渣、水污泥、石灰尘、膨胀水泥、海藻酸钠、建筑骨料、水泥和从包括聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚丙烯树脂、三聚氰胺树脂、氟树脂的组中取的至少一种树脂。

[10]韩国公开特许公报10-1999-0007639号公开了包括75个重量分的固体废物、15至45个重量分的粉煤灰和5至55个重量分的粘土的陶瓷结构及其制造方法。

[11]韩国公开特许公报10-2001-0008071号公开了如下生产的、用于行人道的粘土砖、粘土块：向水污泥添加高岭土和粘土并搅拌，然后进行高压处理和干燥处理，然后再加热。

[12]韩国公开特许公报10-1992-0000655和10-1997-0005872号公开了包括脉斑岩和云母并有磁力的火炕磁结构以及制造施工材料的方法。

[13]韩国公开特许公报10-1997-0001067号公开了一种釉结构，用于通过处理陶瓷容器以处理诸如瓷器的陶瓷材料的表面。

[14]韩国公开特许公报10-1997-0010301号公开了制造基本上由脉斑岩构成并具有产生远红外线的强辐射特性的远红外辐射陶瓷的过程。

[15]韩国公开特许公报10-1995-0023626号公开了包括比例为3.2∶1的脉斑岩和水泥的胶泥结构。

[16]韩国公开特许公报10-1993-0019580号公开了一种击倒变暖火炕面板，通过结合含有锗矿物的天然无机矿物绢云母矿和带有水泥的脉斑岩矿、并精细化它们来制造该火炕面板。

[17]上述现有技术的问题在于，在生产建筑材料的烧制或冷却过程中发生收缩，原料成本高，因此它们不能实际使用，特别是在隔音领域。

发明内容

技术问题

[18]因此，本发明旨在解决现有技术中的所述问题。本发明的目的在于，作为题为《一种使用污水处理厂污泥制备建筑材料的方法》(″A method ofpreparing a construction material using waterworks sludge″)的韩国专利号10-622394(申请号：10-2004-56950)和题为《使用污水处理厂污泥的建筑材料的构成及其制备方法》(″A composition ofconstruction material using waterworks sludge and a method ofpreparing the same″)的韩国的专利号10-663235(申请号：10-2004-56949)的改进，彻底解决聚合物作为隔音材料的问题，提供使用污水处理厂污泥的、增加诸如隔音防潮保热和无环境污染等有益效果的隔音建筑材料及其制造方法。

技术方案

[19]污水处理厂污泥首先在800℃下烧制，污泥的有机物质焚烧掉，然后完成污泥收缩，获得的第一加工材料。然后，通过采用所述的处理污泥和粘土、白云石、石膏粉和陶器石头生产在1100℃下使用的瓷器坯体，然后通过采用铝粉作为发泡剂进行酸碱反应在其上形成泡。这样制造的产品的特征是，易干、抵抗快速加热或冷却强、重量轻量、隔音效果好、不造成环境污染，与具有低绝热特性和有环境污染问题的现有技术的隔音材料相比，其高耐热性使其绝热效果得以提高。

技术效果

[20]如上所述，根据本发明的产品可以通过彻底解决现有技术的防音材料的问题来提高诸如隔音防潮保热和无环境污染等有益效果。方法是：

[21]首先在800℃下烧制污水处理厂污泥，从而燃烧掉污泥的有机物质，获得一次加工材料，完成污泥收缩；

[22]使用处理污泥、粘土、白云石、石膏粉和陶器石头制造在1100℃使用的瓷器坯体；

[23]在含有所述的处理污泥的瓷器坯体上形成无数的小孔，从而获得根据本发明的、具有对骤热骤冷抵制力强、重量轻、隔音效果好等优点的产品，因此不造成环境污染，与具有低绝热特性和有环境污染问题的现有技术的隔音材料相比，其高耐热性使其绝热效果得以提高。其绝热效果是因为它增加了耐热性高的先有技术相比，具有低隔音材料绝热财产和环境的污染问题。

[24]此外，多孔体通过利用铝粉与酸或碱起反应产生氢气脱离开坯体来化学性地发泡。多孔体可通过表面各处具有的孔自然表达表面的感觉，浇注模具的材料可用于诸如乙烯等有机材料，并且，多孔体在制造大型隔音产品方面是有效的，因为它容易干，具有较强的骤热骤冷抵抗力，且该多孔体所制造的产品重量轻。

具体实施方式

[25]为了实现上述目标，根据本发明的一个方面，提供了一种总收缩率为8-10％、显气孔率为50-52％、使用污水处理厂污泥的隔音建筑材料，所述隔音建筑材料制备如下：将重量百分比含量为22％的一次加工净水污泥与重量百分比含量为18％的黏土、重量百分比含量为36％的石膏粉、重量百分比含量为14％的蜡石(agalmatolite)和重量百分比含量为10％的白云石混合以得到坯体，将重量百分比含量为31.5％的坯体与重量百分比含量为2.3％的锻烧的石膏、重量百分比含量为11.3％的水泥、重量百分比含量为0.05％的铝粉末、重量百分比含量为0.5％的淀粉(starch)和重量百分比含量为0.5％的二氧化钛混合以准备粉状混合物，将粉状混合物与重量百分比含量为10.8％的磷酸和重量百分比含量为43.05％的水混合，搅拌所产生的混合物，并在加热炉中在1100℃下烧制。

[26]根据本发明的坯体是在1100℃下烧制的瓷器坯体，在酸反应发泡中使用磷酸液，在碱反应发泡中使用氢氧化钠作为发泡催化。此外，使用分散剂和发泡稳定剂作为其他辅助物。

[27]在本发明中，确定了适合发泡的坯体的滑体的浓度，引出了煅烧石膏和水泥对滑体设定硬化度的反应的效果及结合率，探究了其处理强度和烧制性质。

[28]在酸性反应发泡中，考察了泡沫现象与磷酸合并量的依附关系、二氧化钛作为发泡催化剂的效应、煅烧石膏和水泥及其适当量的效应、以及干燥和烧制特性。

[29]在碱反应发泡中，做实验并观察了氢氧化钠作为发泡启动的适当量、煅烧石膏和水泥的确定硬化度的状态、干燥和烧制特性以及提供烧制强度的锌钡白的添加量。

[30]此外，本发明的发明人观察了形成概率以及烘干和烧制状态，并制备了试用品来探究在使用抹布或泡沫塑料而不是石膏作为制定多孔体硬度的反应的模具时与釉的匹配度。

[31]如果铝粉与酸或碱反应，就产生氢气，从而形成泡沫，并在坯体内形成许多小孔。因此，组成部分、精细度和颗粒类型是一体的，非氧化状态是重要的，优选大的特定表面面积，即精细度小于50微米。

[32]众所周知，优选将例如氢氧化钠、表面活性剂和泡沫稳定剂等泡沫催化剂结合铝粉使用。

[33]其他辅助物介绍如下。

[34]铝用作发泡剂，并在滑体中使用铝，主要用氢氧化钠作为发泡催化剂，有时也用氢氧化钾作为发泡催化剂，以补充碱的缺乏和促进发泡。

[35]分散剂分散滑体中的每个成分。使用例如木质素磺酸盐的有机酸之类的表面活性剂和反聚合物作用剂(polymer counteragent)，但分散剂不得用于本发明。

[36]发泡稳定剂稳定滑体内的发泡，防止泡聚集使其均匀分布。使用皂草苷、保护胶体或淀粉等作为这种泡沫稳定剂。

[37]此外，早强剂是一种其体原料中含有大量水的稀释滑体，因此，对水泥的设定硬化的反应方面强，而不是对干燥。在这个时候，使用氧化钙、盐和水的玻璃等来缩短设定时间。

具体实施方式

[38]下面，参照样例详细说明本发明。

[39]实例

[40]第一工序(一次加工净水污泥的处理)

[41]将1吨的污水净化厂产生的污泥放在回转窑中，并在800℃-850℃下烧制3-5小时，以便完全去除污泥中的水和有机物质而产生80-500公斤的一次加工净水污泥。

[42]第二工序(准备坯体)

[43]将22公斤的一次加工净水污泥、18公斤的粘土、36公斤的石膏粉、14公斤的蜡石和10公斤的白云石混合，然后球磨机磨碎并穿过200目筛生产残留量小于1％的坯体。

[44]第三工序(制造建筑材料)

[45]将31.5公斤的在上述第二工序准备的坯体、2.3公斤的通过20目筛的煅烧石膏、11.3公斤的通过20目筛的水泥、0.05公斤铝粉、0.5公斤淀粉和0.5公斤二氧化钛混合，制备粉末混合物。

[46]将10.8公斤磷酸和43.05公斤的水混合，然后将该混合物与粉状混合物混合，搅动由此产生的混合物，并在加热炉中在1100℃下烧制，准备总收缩率为8-10％、显气孔率为50-52％、使用污水处理厂污泥的隔音材料。

[47]实验例

[48]原料

[49]本实验中使用的基本坯体是使用第一处理的污水处理厂污泥的、在1100℃下烧制的瓷器坯体，其结合率如下：

[50]重量百分比含量为18％的黏土、重量百分比含量为36％的石膏粉、重量百分比含量为22％的第一处理的净水污泥、重量百分比含量为14％的蜡石和重量百分比含量10％的白云石。坯体的粒径大小为当坯体通过200目筛时其残留量小于1％。

[51]作为发泡剂使用的铝粉是H-non-iron powder Company的产品，用于油漆等。使用表面活性剂的清碟剂(dish cleaner)作为分散剂，使用淀粉作为泡沫稳定剂，使用煅烧石膏作为M-化学的二级产品，使用普通硅酸盐水泥作为水泥，氢氧化钠和磷酸水溶液都是可购的工业品。

[52]测试件的制造

[53]将坯体干燥并粉碎，然后通过20目筛。使用由此所得的粉状体。煅烧的石膏和水泥也通过20目筛，最后使用它们的非块状的粉末。

[54]实验用原料分为固体粉末和液体，例如水或磷酸。将原材料结合的原则是先将固体与固体混合、液体和液体混合，然后将固体样品放进液体样品。例如氢氧化钠的可溶性材料首先溶解在水中。

[55]铝粉是一种发泡剂，以与表面活性剂混合完好的状态分散在水中。

[56]测试件的重量为，三种原材料即坯体、煅烧石膏和水泥的总量是50克。例如发泡催化剂的其他辅助剂是添加剂。

[57]结合的固体样品混合好，放进液体样品中，因此，固体样品将水完全吸收。然后搅拌混合物来准备滑体，然后将滑体投入100毫升烧杯。然后，在用刷子添加脱模剂时观察发泡反应，添加脱模剂可使测试件在样品在烧杯中干燥后可以很容易地分离。

[58]发泡温度和干燥

[59]在酸发泡时，样本的发泡反应在室温下进行良好，在碱发泡时，在60℃-80℃时催化发泡。这个时候的装置是恒温烘干器。

[60]当一些测试件已干化且设置硬化在可从例如烧杯的容器中分开的状态时，将测试件取出自然干燥。

[61]烧制

[62]作为热原质的使用坎萨尔斯铬铝电热丝(kanthal wire)的电炉用来烧制测试件，上升温度曲线如下所示。

[63]

[64]如果将石灰或硅酸盐水泥加到土壤中以设置硬化土壤，它与有反应性的粘土矿物反应。此时的行为可以是水泥的设置硬化现象。

[65]如果将水添加到水泥中然后揉捏，水化反应就发生，从而滑体混合物设置为随着时间的推移而固化，该滑体混合物经历能够勉强维持形状的步骤，从而逐渐有机械强度。

[66]本产品的优点是，重量轻，具有高吸音品质和绝热品质，容易处理，具有高抗热性。使用铝粉作是本产品的发泡剂，其反应如下：

[67]2Al+Ca(OH)₂+2H₂O→2NaAlO₂+3H_2↑

[68]使用氢氧化钠来补充碱的缺乏和促进发泡，此时其反应如下：

[69]2Al+NaOH+2H₂O→2NaAlO₂+3H_2↑

[70]多孔体通过利用铝粉与酸或碱起反应产生氢气脱离开坯体来化学性地发泡。多孔体可通过表面各处具有的孔自然表达表面的感觉，浇注模具的材料可用于诸如乙烯等有机材料，并且，多孔体在制造大型隔音产品方面是有效的，因为它容易干，具有较强的快速加热或冷却的抵抗力，由该多孔体所制造的产品重量轻。

[71]因此，本实验通过酸反应和碱反应在坯体上形成很多泡。结果，在产品生产中，扩大了浇注模具的选择范围，在室温下很好地取得了发泡反应，酸反应发泡是良好的，以致表面的感觉可以是自然的，因为在表面各处有不同大小的泡，其中所述结合率按重量计如下：

[72]重量百分比含量为31.5％的坯体，重量百分比含量为2.3％的煅烧的石膏，重量百分比含量为11.3％的水泥，重量百分比含量为10.8％的磷酸，重量百分比含量为43.05％的水，重量百分比含量为0.05％的铝粉，重量百分比含量为0.5％的淀粉和重量百分比含量为0.5％的二氧化钛。

[73]实验结果：

[74]1)通过在坯体中结合少于30％的煅烧石膏和水泥、然后成型并进行硬化设置，可获得容易起作用的处理强度，这是因为，与坯体相比，适于发泡的坯体的滑体的稀释浓度需要很多水。

[75]2)得到了发泡是活性、增加烧制后的强度、因磷酸(85％溶液)增加酸反应发泡而使颜色变白的影响。适合1100℃烧制的磷酸结合比是在滑体(slip)重的10％以内。

[76]3)如果在酸反应发泡实验中二氧化钛添加是在1％以内，那将极大地促进发泡反应，可以获得大小不同的孔隙。

[77]4)在碱反应发泡中，氢氧化钠促进发泡反应，其数量约为滑体重的0.5％左右。如果反应温度保持在60-80℃而不是环境温度，泡沫很容易实现。

[78]5)由于在1100℃时碱反应发泡材料的烧制强度非常弱，通过添加锌钡白作为强度增强材料，该缺陷可以克服。

[79]6)该烧制的多孔隔音材料的总收缩率大约是8-10％，显气孔率为50-52％。

[80]7)可以制造具有理想的形状的模子，模子可用成型的，产品重量轻，并在可以制造其表面上生有自然孔的产品。

工业适用性

[81]如上所述，一种根据本发明的使用污水处理厂污泥的隔音建筑材料增加了诸如隔音、防潮、保温和无环境污染等有益的效果。根据本发明的多孔体通过利用脱离开坯体后的铝粉与酸或碱起反应产生氢气来化学性地发泡。多孔体可通过表面各处具有的孔自然表达表面的感觉，浇注模具的材料可用于诸如乙烯等有机材料，并且，多孔体在制造大型隔音产品方面是有效的，因为它容易干，具有较强的快速加热或冷却抵抗力，由该多孔体所制造的产品重量轻。

[82]尽管已经参照本发明的几个实施例说明了几个本发明，但所述说明是示例性的而不是限制性的。本领域的技术人员可以在不脱离由所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围内做出各种修改和变更。