一种利用污泥灰制备地质聚合物的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机材料的制备及污泥的资源化利用领域，具体涉及一种污泥灰制备地质聚合物的方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的快速发展，城市生活污水的排放量越来越大。据统计2011年，全国重点城市共建成污水处理厂2288座，污泥的产量在1741.3万吨。由于污泥产量大，含水率高，且含有大量有机质、病菌、寄生虫和重金属等，若处理不当，会给环境带来严重的二次污染，因此在对污泥的处理过程中实现污泥的资源化成为了探索污泥彻底根治的最有效途径之一。目前制备地质聚合物应用最广泛的原料为高岭土，其缺点在于高岭土一种非金属矿产资源，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土或粘土岩，高岭土基地质聚合物若大量投入使用，将会消耗大量矿产资源，并且高岭土的价格在800-1500元/吨不等，导致制备高岭土基地质聚合物的成本较高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种利用污泥灰制备地质聚合物的方法，以污泥底灰与偏高岭土或污泥飞灰与偏高岭土为原料，以NaOH—水玻璃作为碱激发剂，在碱激发剂的催化作用下，使原料发生地质聚合反应，形成地质聚合物。
[0004]为了实现上述任务，本发明采用如下解决方案:
一种利用污泥灰制备地质聚合物的方法，是利用污泥灰和偏高岭土为主要原料，加入NaOH和水玻璃的水溶液制备出一种具有三维网状结构的新型无机硅酸盐材料一污泥灰基地质聚合物，并通过实验研究其可行性。以硅铝比、NaOH加入量以及不同原料为主要影响因素，通过设计对照实验，研究这三种因素对污泥灰基地质聚合物抗压强度等性能的影响，确定优化条件，以制得具有优异性能的地质聚合物。
[0005]—种利用污泥灰制备地质聚合物的方法，包括下列步骤:
步骤1:称取污泥飞灰及偏高岭土或污泥底灰及偏高岭土为原料，并置于水泥胶砂搅拌机中；
步骤2:将与原料质量的百分比为12.8%—35%的NaOH以及与原料质量的百分比为12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂的水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中，与原料一起搅拌成混合均匀的浆体；
步骤3:将浆体装入d=20.20mm的圆柱形模具中，采用制片机加12MPa压力压实，成型脱模，室温下养护7d，制成污泥灰基地质聚合物；
步骤4:利用万能机对不同条件下的地质聚合物试样进行抗压强度测试；
所述的污泥飞灰取自杭州青山丽水污水处理厂，其成分质量百分数组成为=S12:40.9022%，Al2O3: 21.7987%, Fe2O3: 10.3797%, K2O: 3.0470%, Na2O: 0.88165%, MgO:
1.5248%，杂质21.466% ;所述的污泥底灰是利用沈阳北部污水处理厂的污泥经旋转管式气氛炉在800°C烧制成污泥灰，其成分质量百分数组成为=S12: 54.9708%，Al2O3: 41.8081%，Fe2O3: 0.8923%, K2O: 0.2846%, MgO: 0.0756%，杂质 1.97% ;所述的偏高岭土是将湖南超牌偏高岭土在800°C下煅烧而成，成分质量百分数组成为S12: 52.5%, Al2O3: 42.5%, CaO:0.1%, Fe2O3: 0.3%, MgO: 0.1%，杂质 4.5%。
[0006]为了更进一步的对所制得的污泥灰基进行分析，将地质聚合物试样研磨成粉末，对试样粉末进行SEM扫描以及XRD测试，并且通过XRD以及扫描电子显微镜(SEM)的分析对污泥灰基地质聚合物的成分及表面形态进行表征。
与现有技术相比，本发明的有益效果是:
(1)提出了采用污泥灰为原料制备地质聚合物的方法，既可以节省高岭石等资源，同时又实现了污泥的资源化利用，避免了污泥的二次污染，变废为宝，对环境问题中的污水处理问题有极其重要的意义；
(2)所制备的地质聚合物性能优异，应用前景十分广泛，其可做核废料的密封材料，灌浆材料，耐火材料，高性能板材等。
【具体实施方式】
[0007]实施例1:
准确称量偏高岭土 15g及污泥飞灰5g，并倒入水泥胶砂搅拌机中。将与原料质量的百分比为12.8%的NaOH以及与原料质量的百分比为12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中与原料一起搅拌成混合均匀的浆体；将浆体注入d=20.20mm的圆柱形模具中，加12MPa压力压实，得到成型试样，脱模。将试样在室温下养护7d ;达到龄期后，利用万能机对试样进行抗压强度测试，抗压强度为49.39MPa。
[0008]实施例2:
准确称量偏高岭土 15g及污泥飞灰5g，并倒入水泥胶砂搅拌机中。将与原料质量的百分比为25%的NaOH以及与原料质量的百分比为12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中与原料一起搅拌成混合均匀的浆体；将浆体注入d=20.20mm的圆柱形模具中，加12MPa压力压实，得到成型试样，脱模；将试样在室温下养护7d ;达到龄期后，利用万能机对试样进行抗压强度测试，抗压强度为51.22MPa。
[0009]实施例3:
准确称量偏高岭土 15g及污泥飞灰5g，并倒入水泥胶砂搅拌机中。将与原料质量的百分比为35%的NaOH以及与原料质量的百分比为12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中与原料一起搅拌成混合均匀的浆体；将浆体注入d=20.20mm的圆柱形模具中，加12MPa压力压实，得到成型试样，脱模；将试样在室温下养护7d ;达到龄期后，利用万能机对试样进行抗压强度测试，抗压强度为60.13MPa。
[0010]实施例4:
准确称量偏高岭土 1g及污泥飞灰10g，并倒入水泥胶砂搅拌机中。将与原料质量的百分比为25%的NaOH以及与原料质量的百分比为12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中与原料一起搅拌成混合均匀的浆体；将浆体注入d=20.20mm的圆柱形模具中，加12MPa压力压实，得到成型试样，脱模；将试样在室温下养护7d ;达到龄期后，利用万能机对试样进行抗压强度测试，抗压强度为56.32MPa。
[0011]实施例5:
准确称量偏高岭土 5g及污泥飞灰15g，并倒入水泥胶砂搅拌机中。将与原料质量的百分比为25%的NaOH以及与原料质量的百分比为12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中与原料一起搅拌成混合均匀的浆体；将浆体注入d=20.20mm的圆柱形模具中，加12MPa压力压实，得到成型试样，脱模；将试样在室温下养护7d ;达到龄期后，利用万能机对试样进行抗压强度测试，抗压强度为60.23MPa。
[0012]实施例6:
准确称量偏高岭土 1g和污泥底灰10g，并倒入水泥胶砂搅拌机中。将与原料质量的百分比为12.8%的NaOH以及与原料质量的百分比为12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中与原料一起搅拌成混合均匀的浆体；将浆体注入d=20.20mm的圆柱形模具中，加12MPa压力压实，得到成型试样，脱模；将试样在室温下养护7d ;达到龄期后，利用万能机对试样进行抗压强度测试，抗压强度为22.09MPa。
[0013]实施例7:
准确称量偏高岭土 1g和污泥底灰10g，并倒入水泥胶砂搅拌机中。将与原料质量的百分比为25%的NaOH以及与原料质量的百分比为12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中与原料一起搅拌成混合均匀的浆体；将浆体注入d=20.20mm的圆柱形模具中，加12MPa压力压实，得到成型试样，脱模。将试样在室温下养护7d ;达到龄期后，利用万能机对试样进行抗压强度测试，抗压强度为38.96MPa。
[0014]实施例8:
准确称量偏高岭土 1g和污泥底灰10g，并倒入水泥胶砂搅拌机中。将与原料质量的百分比为35%的NaOH以及与原料质量的百分比为12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中与原料一起搅拌成混合均匀的浆体；将浆体注入d=20.20mm的圆柱形模具中，加12MPa压力压实，得到成型试样，脱模。将试样在室温下养护7d ;达到龄期后，利用万能机对试样进行抗压强度测试，抗压强度为27.3 IMPa。
【主权项】
1.一种利用污泥灰制备地质聚合物的方法，其特征在于，包括下列步骤: 步骤1:称取污泥飞灰及偏高岭土或污泥底灰及偏高岭土为原料，并置于水泥胶砂搅拌机中； 步骤2:将与原料质量的百分比为12.8%—35%的NaOH以及与原料质量的百分比为.12.5%的水玻璃混合制成碱激发剂溶于一定量水中，水固比为0.57，然后将碱激发剂的水溶液加入到水泥胶砂搅拌机中，与原料一起搅拌成混合均匀的浆体； 步骤3:将浆体装入d=20.20mm的圆柱形模具中，采用制片机加12MPa压力压实，成型脱模，室温下养护7d，制成污泥灰基地质聚合物； 步骤4:利用万能机对不同条件下的污泥灰地质聚合物试样进行抗压强度测试。2.根据权利要求1所述的一种利用污泥灰制备地质聚合物的方法，其特征在于，所述的污泥飞灰的成分质量百分数组成为=S12: 40.9022%，Al2O3: 21.7987%，Fe2O3:.10.3797%, K2O: 3.0470%, Na2O: 0.88165%, MgO: 1.5248%，杂质 21.466% ;所述的污泥底灰的成分质量百分数组成为:Si02: 54.9 7 08%, Al2O3: 41.8081%, Fe2O3: 0.8923%, K2O:.0.2846%, MgO: 0.0756%，杂质1.97% ;所述的偏高岭土的成分质量百分数组成为S12:.52.5%, Al2O3: 42.5%, CaO: 0.1%, Fe2O3: 0.3%, MgO: 0.1%，杂质 4.5%。
【专利摘要】本发明涉及一种污泥灰制备地质聚合物的方法。该制备方法是利用污泥灰及偏高岭土为原料，在NaOH-水玻璃碱激发剂溶液的激发下，生成污泥灰基地质聚合物。该制备方法工艺简单易行，既能节约资源，又能实现污泥的资源化利用，变废为宝，一举两得。
【IPC分类】C04B7/24
【公开号】CN105110663
【申请号】CN201510467757
【发明人】魏砾宏, 刘美佳, 杨天华, 周雯慧
【申请人】沈阳航空航天大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月31日