高掺量城市给水厂污泥制备陶瓷砖的技术

摘要

本发明公开了一种城市高掺量给水厂脱水污泥烧制陶瓷砖的技术。属于环境工程中固体废弃物回收利用和建筑材料生产领域。该方法用一定粒度的城市给水厂脱水污泥粉38％-42％(干重)，高岭土38％-42％，钾长石粉16％-24％，混合均匀后，加入总物料干重20％左右的水，混合均匀，然后在恒温环境中贮存一定时间；以一定压强模压成型；从室温按一定方法，逐渐升至1200℃并保温1小时，再自然冷却至室温，即得制成品。经检测，主要技术指标符合国家相关标准。本发明使给水厂脱水污泥得到了有效利用，替代了其他制砖原料，既具有良好的环境效益，又具有一定的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体废弃物回收利用技术和建筑材料生产，特别涉及一种高掺量城市给水厂污泥制备陶瓷砖的技术。

背景技术

随着城市规模的不断扩大，城市给水厂的排泥问题逐渐显现。经处理后的脱水污泥基本上采用地面填埋处置或焚烧处理。焚烧的技术和设备复杂，能耗大，费用较高，且存在大气污染的问题；填埋不仅占用大量田地，而且污染地下水及江河水资源。并且国外一些研究学者对给水厂脱水污泥的毒性进行了相关研究，研究表明铝质沉淀物会对环境造成二次污染，尤其铝盐污泥沥出的水溶液会影响海藻的生长。综上所述，我们有效处置给水厂污泥将对水域环境有着积极的意义。

从保护环境和水资源持续性利用角度出发，对给水厂排泥加以综合利用是最终的发展方向。这对维持生态环境的动态平衡稳定及保证给水厂安全运行是必不可少的。学者S.N.Monteiro等用给水厂污泥和粘土制备红色陶瓷，给水污泥加入量最高只到10％，且断裂模数不超过24Mpa。G.R.Xu等人利用给水厂污泥和污水厂污泥烧制陶粒，给水污泥与污水污泥配比为45/55，添加其他配料后砖块强度不到16Mpa。任伯帜等人在粉煤灰-粘土砖生产中掺入30％～45％(体积比)含水率60％～80％的给水污泥。巴如虎等人采用水厂风化干污泥，配以骨料和粘合剂(三者质量比为1∶3∶6)制作免烧砖。在上述研究中，利用给水厂污泥制备砖、建筑用骨料、研磨料、陶瓷工业原料等过程中，用量一般较低，且成品强度不高，并且国内没有给水厂污泥制陶瓷砖相关专利。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术研究的不足，提出一种高掺量的城市给水厂脱水污泥烧制陶瓷砖的技术，脱水污泥经干燥后直接加入配料中，通过压制成型、低温干燥、高温烧制，形成较坚硬的陶瓷砖成品。

所述高掺量城市给水厂脱水污泥烧制陶瓷砖的技术工艺包括：

1.原材料：

污泥粉：采用城市给水厂脱水污泥，烘干碾碎后制成污泥粉，且粒径小于0.15mm；

高岭土：化学纯；

钾长石粉：粒径0.15mm；

2.工艺步骤：

1)配料(质量百分数)：污泥粉20％-60％；高岭土30％-80％；钾长石粉10％-30％，混合均匀；

2)加水：在上述混合物料中加入总物料干重20％左右的水，搅拌均匀；

3)贮存：在18℃-22℃恒温环境中贮存20-24小时；

4)压制成型：将所述物料放入模具中，以25Mpa-30Mpa压强压制成型；

5)干燥：将生坯放入恒温干燥箱，在100-105℃干燥2h；

6)烧制：室温升温加热到1200℃，并保温1小时；

7)冷却：自然冷却至室温，即得制成品。

本发明针对城市给水厂脱水污泥作为制砖的主要原料，经过充分研究和大量、反复试验，优选确定了一定配比的高岭土、钾长石粉作为配料，并制定出特定的生产工艺及步骤，制得成品按陶瓷砖GB/T4100-2006检测标准进行检测。

所述制成品的技术性能有：

1)经制成品的外观质量检验，长度和宽度平均尺寸的偏差＜2.0％，且砖块超过95％的区域无明显缺陷，制成品的外观质量符合国家陶瓷砖标准要求；

2)成品(污泥制陶瓷砖)吸水率＜3％，达到炻瓷砖标准要求(干压陶瓷砖分类见表1)；

(干压陶瓷砖：将混合好的粉料置于模具中于一定压力下压制成型)

3)成品的断裂模数均大于25.0MPa，满足细炻砖的要求；

4)对成品进行耐化学腐蚀性检测，砖块的切割边均无可见变化，为UA级、UHA级和UHB级，说明此污泥陶瓷砖的耐化学腐蚀性较强；

5)通过烧制，制品配料中的Al等金属离子能够与其它物质形成共熔物，得到明显固化，不易浸出。

表1干压陶瓷砖分类

综上所述，本发明为一种以城市给水厂污泥作为主要原料烧制陶瓷砖的技术。以脱水污泥干燥后直接加入配料中，通过压制成型、低温干燥、高温烧制，形成较坚硬的砖块。该技术使脱水污泥得到了有效利用，替代了部分制砖原料，不仅提供了一种低成本的新型环保材料，并且节省了污泥的处理费用。另外，由于脱水污泥中含有可燃成分，有利于提高焙烧效果，节省焙烧费用。并且脱水污泥有较好的烧结性，并与高岭土混合使用，有利于提高砖坯的物理性能。此外，还可在配料中添加其他化学成分，有利于进一步改善砖块的各种性能。

具体实施方式

1.原材料：

污泥粉：用取自长沙市某给水厂脱水污泥烘干后碾碎，过28目和100目筛子筛分成污泥粉，污泥粉粒径小于0.15mm；

高岭土：化学纯

钾长石粉：粒径0.15mm左右

表2污泥主要成分(w％)

2.工艺步骤：

1)配料：采用污泥粉∶高岭土∶长石粉＝5∶5∶2质量比配料，混合均匀；

2)加水：在配料中加入总配料干重20％的水，混合均匀；

3)贮存：在电热恒温干燥箱(202-2AB型)(20℃)贮存24小时，使水分在配料中均匀分布；

4)压制成型：将配料放入模具，利用压力试验机(SYA-200B)25Mpa压强压制成型；

5)烧结：从室温开始以16℃/分钟的升温速度，逐渐加热至300℃，作为干燥阶段；随后以10℃/分钟速度升温至600℃；接着以6℃/分钟速度升温至800℃；再以4℃/分钟升温到1200℃；最后以1200℃保温1小时；

6)冷却：自然冷却至室温，即得制成品。

3.试验结果：

所得砖块表面无细纹裂缝，且光滑平整。砖块吸水率约为2.8％。断裂模数达到27.67MPa。按照陶瓷砖试验方法GB/T3810.13-2006，对砖块进行耐化学腐蚀性检测。结果显示，砖块的切割边无明显变化，砖块的耐化学腐蚀性较佳。