专利名称：以废弃污泥烧结骨材的方法
技术领域：
本发明是有关于一种以废弃污泥烧结骨材的方法，尤其是关于一种将 废弃污泥经诸多步骤再以高温烧结方式制造成一定强度以上的人造骨材的 方法，是将资源再利用达到完善回收运用为目的的发明设计。
背景技术：
一般而言，在建筑、土木、农业上都会使用一些铺设的基础骨材，而 这些骨材大都取自大自然的岩石、石块，由挖掘炼取再将其破碎、研磨制 成各行各业所需的骨材大小的粒径，然而，这些大自然的物资经由数十年 的开采垦伐，终究会破坏自然的生态及美感。
在自然环境中，如河川、湖泊或蓄水的水库等本身都具有与自然环境 连结与相互链接的关系及功能，而这些河川、湖泊或水库的水除了可带给 人们景观、供水等功能外，水中也会有泥质且沉淀为底泥，而这些底泥只
会囤积越厚而改变河川、湖泊或水库面积或蓄水量；另，所引进的水源大 都会经由净水处理场来作水质净化处理，而其处理过程中会产生废弃的污 泥，净水经生活及工厂工艺使用后所产生的废(污)水，在排回大自然水 体前均需经过废水处理厂的净化处理，处理过程也将产生大量废水污泥， 这些废弃的污泥也无法再作他用，也都需经由人员来清除；因此，若可以 将这些自然或人为衍生的资源加以利用，除可改善上述问题之外，还可有 另一种造福人类的发展，相信会是人类的一大福音。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种以废弃污泥烧结骨材的方法，以将一些自然或人为衍生的废弃污泥资源加以利用。
本发明提供了一种以废弃污泥烧结骨材的方法，其主要是以水库(湖 泊)、河川所产生的底泥或各净水处理场及废(污)水处理厂所产生的废 弃污泥经由破碎筛选，再经搅拌混合、干燥程序、磨碎程序、造粒程序及 烧结程序而制成具有符合抗压强度标准的人造骨材，以提供建筑、土木、 农业等多种使用用途，为首先应用发明。
具体地说，本发明提供的以废弃污泥烧结骨材的方法，其主要流程步 骤如下
(1) 废弃污泥的取用取废弃资源中的废弃污泥，该废弃污泥固体物中
的矿物成分二氧化硅加上氧化铝[Si02+Al203]的含量需高于40%(w/w)， 而助熔矿物成分不高于二氧化硅加上氧化铝成分的四分之一；
(2) 干燥程序将废弃污泥的含水率控制于10%~25%(重量)的比例，同
时去除高挥发性有机物质；
(3) 磨碎程序以磨碎设备将干燥后的废弃污泥磨碎(粉碎)；
(4) 造粒程序以成型制胚机将磨碎的废弃污泥颗粒(粉粒)制成粗胚， 粗胚的密度需高于0.8g/cm3以上，粗胚的厚度介于0.1~3cm;
(5) 烧结程序以翻转式升温模式进行粗胚烧结成形，其中是以小于 8'C/min的升温速度持续升温直至1000'C 1250'C的烧结温度，当达到烧结 温度时，以恒温持温至少一小时后，以自然降温方式使烧结成品降至室温。
本发明还提供了另一种以废弃污泥烧结骨材的方法，该方法的主要流 程步骤如下
Cl)废弃污泥的取用取废弃资源中的废弃污泥，该废弃污泥固体物中 的矿物成分二氧化硅加上氧化铝[Si02+Al203]的含量需高于40°/。(w/w)， 而助烙矿物成分不高于二氧化硅加上氧化铝成分的四分之一；
(2)干燥程序将废弃污泥的含水率控制于10%~25%的比例，同时去 除高挥发性有机物质；(3) 磨碎程序以磨碎设备将干燥后的废弃污泥磨碎(粉碎)；
(4) 造粒程序以成型制胚机将磨碎的废弃污泥颗粒(粉粒)制成粗胚，
粗胚的密度需高于0.8g/cm3以上，粗胚的厚度介于0.1~3cm;
(5) 烧结程序以静置式升温模式进行粗胚烧结成形，其粗胚层堆静置 的各方厚度不大于10cm，采以多段式升温法，常温至500'C阶段以小于 8'C/min的升温速度，50rC至60(TC阶段以小于3°C/min的升温速度，601°C 至850。C阶段以小于8。C/min的升温速度，85rC至95(TC阶段以小于3。C/min 的升温速度，95rC至烧结温度阶段以小于8X:/min的升温速度，以此升温 方式升温直至1000'C 1250'C的烧结温度，当达到烧结温度时，以恒温持温 至少两小时后，以自然降温方式使烧结成品降至室温。
本发明所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中所述的废弃污泥中的 助熔矿物成分可以包含有氧化钙、氧化镁、氧化铁及氧化钾[CaO、 MgO、 Fe203及K20]等。
本发明的方法中，当所取废弃污泥中的矿物成分不足时，可添加一定
比例的矿物材料，以符合"废弃污泥固体物中的矿物成分Sj02+Al203的含
量需高于40%，而助瑢矿物成分不高于二氧化硅加上氧化铝成分的四分之 一"的要求，且可进一步经由搅拌混合步骤将该矿物材料与废弃污泥充分 混合，再进行后续步骤(干燥程序等后续步骤)。当所取废弃污泥含块状 物时，可经由破碎筛选步骤对该废弃污泥进行破碎、混拌，再进行后续步 骤(干燥程序等后续步骤)。
本发明的方法中，所述干燥程序步骤中温度可控制在300 400'C之间， 且为避免内、外部干燥程度差异过大可充分翻拌废弃污泥。
本发明的方法中，所述磨碎程序步骤中磨碎的污泥颗粒粒径可控制在 10mesh以下，且可经筛选确保粒径的均匀度。
总之，本发明提供的以废弃污泥烧结骨材的方法，可将水库(湖泊)、 河川所产生的底泥或各净水处理场及废(污)水处理厂所产生的废弃污泥制成具有符合抗压强度标准的人造骨材，以提供建筑、土木、农业等多种 使用用途。
图1为本发明的流程示意图一。
图2为本发明的流程示意图二。 .图3为本发明的流程示意图三。 图4为本发明的流程示意图四。
图中主要符号说明
Sl废弃污泥的取用 S2干燥程序 S5烧结程序 S6破碎筛选
S3磨碎程序S4造粒程序 S7搅拌混合 S人造骨材成品
具体实施例方式
首先，请参阅图1所示，为本发明的以废弃污泥烧结骨材的方法的流 程示意图，其流程步骤如下
废弃污泥的取用Sl:该废弃污泥可经由各式废(污)水处理厂产生的污 泥、净水厂产生的污泥、河川底泥、水库(湖泊)底泥中获得；而所获得的废 弃污泥固体物含量中需有矿物成分二氧化硅和氧化铝[Si02+Al203],且需 高于40%(w/w)，而其它助熔成分(助熔矿物成分)，如氧化钙[CaO]、 氧化镁[MgO]、氧化铁[Fe203]及氧化钾[K20]等不高于二氧化硅加 上氧化铝[Si02+Al203]成分的四分之一。
而当废弃污泥的矿物成分不足时，宜添加一定比例的矿物材料(矿物 质材料)，矿物材料可使用含二氧化硅和/或氧化铝[Si02、 A1203]高成分 的材料，例如矿化添加剂，具体可以是粘土、陶瓷土、硅藻土、岩矿等或 其它废弃物如焚化底碴、焚化飞灰、废硅砂粉、废玻璃粉等。
若废弃污泥中所述助熔矿物成分含量高于二氧化硅加上氧化铝成分的
8四分之一，可通过适当添加各种类的废弃污泥来调节所述助熔矿物成分的 含量不高于二氧化硅加上氧化铝成分的四分之一。
干燥程序S2:该干燥程序的主要目的在于将上述废弃污泥的含水率控 制于一定比例及去除高挥发性有机物质，而干燥程序的温度控制在
300 40(TC之间，干燥时间则视废弃污泥原料的含水率而定，干燥后的废弃 污泥含水率需控制在10%~25%之间；而干燥过程中需充分翻拌废弃污泥， 避免产生污泥外部及内部干燥程度差异过大(〉30°/。以上)，及污泥表面过于 干燥产生硬化或白灰化现象。
磨碎程序S3:用适当的磨碎设备将上述干燥后的废弃污泥磨碎(粉碎)， 而其磨碎颗粒(粉粒)粒径至少需控制在10mesh以下(颗粒粒径愈小其制 造的骨材品质愈佳，但需考量细粉末的输送作业方便性)；且经由磨碎后 的污泥颗粒需经筛选确保粒径的均匀度。
造粒程序S4:选择适当的高压成型制胚机(最大荷重至少8000公斤以 上)将磨碎的废弃污泥粉(颗粒，粉粒)制成粗胚，粗胚的形状以圆球型 为佳或接近圆球型的椭圆型、圆柱型、药锭型等形状，但长宽高的比例以 不超过2倍为宜，而粗胚的密度需高于0.8g/cm3以上，密度愈高，其烧结 后的骨材硬度愈高，密度不足将造成烧结失败，接续粗胚的粒径或厚度介 于0.1~3cm为宜，大于3cm的粗胚粒径或厚度将造成烧结的骨材表面裂缝 及硬度不足。另需注意的是粗胚制成后应于三日内进行烧结程序，否则需 低温保存(<5°C)避免粗胚体因生物反应作用而瓦解，造成密度不足或膨 胀。
烧结程序S5:将制成的粗胚移入高温炉设备并控制适当温度及时间， 使粗胚经预热、烧失、收缩、烧结形成硬度足够的骨材。高温炉设备可为 旋转式或隧道式的连续式炉体，但需能提供不同温度和时间的升温及持温 模式，升温及持温模式分为翻转式升温模式及静置式升温模式两种，分述 如下(一) 翻转式升温模式-
(a) 指烧结过程中，粗胚体均能随时转动。
(b) 单一粗胚颗粒表面四周于高温炉烧结过程，需能接触与设定值同温 度的热源。
(c) 如使用旋转式炉体，其粗胚填充率需小于30% (填充率愈小，一烧成 品质愈佳)，且翻转速度需大于0.5rpm，翻转速度愈快成品良率愈 高，但翻转速度不得高于足以破坏粗胚的剪力。
(d) 以小于8'C/min的升温速度，持续升温直至烧结温度为止，升温速 度愈缓对骨材成品良率愈佳。
(e) 当达到烧结温度时，以恒温持温(维持所述烧结温度)至少一小时 后，以自然降温或缓速降温方式使烧结成品降至室温，急速降温将 造成人造骨材成品S縮裂。
(二) 静置式升温模式 -(a)指烧结过程中，粗胚被层堆静置于平台或容器中。
Cb)粗胚层堆静置的各方厚度或接触热源表面及不直接接触热源的内 部距离不大于10cm (厚度愈小成品品质愈佳)。
(c) 升温模式采用多段式升温法，常温至500'C阶段以小于8'C/min的 升温速度，50rC至60(TC阶段以小于3'C/min的升温速度，601°C 至85(TC阶段以小于8'C/min的升温速度，851°。至950'C阶段以小 于3°C/min的升温速度，95rC至烧结温度阶段以小于8°C/min的升 温速度，以此升温方式升温直至烧结温度为止，升温速度愈缓对骨 材成品良率愈佳。
(d) 当达到烧结温度时，以恒温持温至少两小时后，以自然降温或缓速 降温方式使烧结成品降至室温，急速降温将造成人造骨材成品S縮 裂。
上述两种模式的烧结温度介于1000°C~1250°C，在此温度区间，废弃污
10泥成分不同温度需做调整，二氧化硅、氧化铝[Si02、 A1203]成分愈高烧 结温度愈高；助熔物质成分愈高，烧结温度愈低；控制条件为使其粗胚烧 结后，表面仍属平滑，避免熔融而产生变形或表面凹陷不整。 -
请一并参阅图2所示，当所取废弃污泥本身含块状物时，于废弃污泥 的取用Sl步骤后需先经过破碎筛选S6，是对该废弃污泥进行破碎、混拌， 而所取废弃污泥原料需预先去除非污泥成分的大型异物，如树枝、杂草、 塑料、金属物及尖硬石块等杂物，以利后续千燥程序S2的进行。
请一并参阅图3 图4所示，当使用不同种类或不同成分的废弃污泥或 废弃污泥矿物成分不足，宜添加矿物质材料时，是于废弃污泥的取用Sl步 骤或上述破碎筛选S6后经由搅拌混合S7步骤将各种废弃污泥或矿物质材 料与废弃污泥充分混合，以利后续干燥程序S2及烧结程序S5的参数(时 间、温度)控制。
而制作烧结完成后的人造骨材成品S强度经由CNS 1230试验室混凝4: 试体制作及养护法制成标准测试体，并依CNS 1232 (混凝土圆柱试体抗压 强度检验法)检验试体抗压强度大于175kgf/cm2。
ii
权利要求
1. 一种以废弃污泥烧结骨材的方法，该方法包括步骤(1)废弃污泥的取用取废弃资源中的废弃污泥，该废弃污泥固体物中的矿物成分二氧化硅加上氧化铝的含量需高于40％(w/w)，而其助熔矿物成分不高于二氧化硅加上氧化铝成分的四分之一；(2)干燥程序将废弃污泥的含水率控制于10％～25％的比例，同时去除高挥发性有机物质；(3)磨碎程序以磨碎设备将干燥后的废弃污泥磨碎；(4)造粒程序以成型制胚机将磨碎的废弃污泥颗粒制成粗胚，粗胚的密度为0.8g/cm3以上，粗胚的厚度介于0.1～3cm；(5)烧结程序以翻转式升温模式进行粗胚烧结成形，其中是以小于8℃/min的升温速度持续升温直至1000～1250℃的烧结温度，当达到烧结温度时，以恒温持温至少一小时后，以自然降温方式使烧结成品降至室温。
2. 如权利要求l所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中步骤(l)中所 述的废弃污泥中的助熔矿物成分包含氧化钙、氧化镁、氧化铁及氧化钾。
3. 如权利要求l所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中步骤(l)中所 取废弃污泥中的矿物成分不足时需添加矿物材料，并进一步经由搅拌混合 步骤将该矿物材料与废弃污泥充分混合，再进行后续步骤。
4. 如权利要求l所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中步骤(l)中所 取废弃污泥含块状物时，需经由破碎筛选步骤对该废弃污泥进行破碎、混 拌，再进行后续步骤。
5. 如权利要求l所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中所述步骤(2) 干燥程序中温度控制在300 400'C之间，且为避免内、外部干燥程度差异过 大需充分翻拌废弃污泥。
6. 如权利要求l所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中所述步骤(3)磨碎程序中磨碎的污泥颗粒粒径控制在10mesh以下，且需经筛选确保粒径 的均匀度。
7. —种以废弃污泥烧结骨材的方法，该方法包括步骤(1) 废弃污泥的取用取废弃资源中的废弃污泥，该废弃污泥固体物中 的矿物成分二氧化硅加上氧化铝的含量需高于40%(w/w)，而其助熔矿物成 分不高于二氧化硅加上氧化铝成分的四分之一；(2) 干燥程序将废弃污泥的含水率控制于10%~25%的比例，同时去 除高挥发性有机物质；C3)磨碎程序以磨碎设备将干燥后的废弃污泥磨碎； C4)造粒程序以成型制胚机将磨碎的废弃污泥颗粒制成粗胚，粗胚的 密度为0.8g/cr^以上，粗胚的厚度介于0.1 3cm;(5)烧结程序以静置式升温模式进行粗胚烧结成形，其粗胚层堆静置 的各方厚度不大于10cm，釆以多段式升温法，常温至500'C阶段以小于 8'C/min的升温速度，50rC至600。C阶段以小于3°C/min的升温速度，601°C 至850。C阶段以小于8。C/min的升温速度，851。C至95(TC阶段以小于3。C/min 的升温速度，95rC至烧结温度阶段以小于8'C/min的升温速度，以此升温 方式升温直至1000 125(TC的烧结温度，当达到烧结温度时，以恒温持温至 少两小时后，以自然降温方式使烧结成品降至室温。
8. 如权利要求7所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中步骤(l)中所述的废弃污泥中的助熔矿物成分包含氧化钙、氧化镁、氧化铁及氧化钾。
9. 如权利要求7所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中步骤(l)中所取废弃污泥中的矿物成分不足时需添加矿物材料，并进一步经由搅拌混合 步骤将该矿物材料与废弃污泥充分混合，再进行后续步骤。
10. 如权利要求7所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中步骤(l)中 所取废弃污泥含块状物时，需经由破碎筛选步骤对该废弃污泥进行破碎、 混拌，再进行后续步骤。
11. 如权利要求7所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中所述步骤(2) 干燥程序中温度控制在300 400'C之间，且为避免内、外部干燥程度差异过大需充分翻拌废弃污泥。
12. 如权利要求7所述的以废弃污泥烧结骨材的方法，其中所述步骤(3) 磨碎程序中磨碎的污泥颗粒粒径控制在10mesh以下，且需经筛选确保粒径 的均匀度。
全文摘要
本发明是有关于一种以废弃污泥烧结骨材的方法，其主要是以水库(湖泊)、河川所产生的底泥或各净水处理场及废(污)水处理厂所产生的废弃污泥经由破碎筛选，再经搅拌混合、干燥程序、磨碎程序、造粒程序及烧结程序而制成具有符合抗压强度标准的人造骨材，以提供建筑、土木、农业等多种使用用途。
文档编号C04B18/30GK101481228SQ200810001759
公开日2009年7月15日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者杜世彬 申请人:中欣工程行股份有限公司