利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，包括如下步骤：（1）混料：先将粘土、城市污泥和造孔剂进行预处理，然后将预处理后的城市污泥进行二次处理，再将预处理后的粘土、造孔剂和二次处理后的城市污泥按一定比例混合，得到混合料；所述混合料中，粘土添加的重量份为50~80份，城市污泥添加的重量份为20~50份，造孔剂的添加量为粘土和城市污泥总重的5~20%；（2）将所述混合料先后进行粗练、陈腐、练泥、成型、干燥、烧成后即得成品。本发明方法的城市污泥利用率高、安全无毒、制得的多孔陶瓷具有良好的抗压强度和较低的导热系数。
【专利说明】利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于污泥再利用【技术领域】，特别涉及一种利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料 的方法。
【背景技术】
[0002] 作为现代城市之肾，污水处理厂不仅净化水源，也产生了城市污泥。城市污泥安全 使用是一种有益资源，在建筑建材、农业、能源、生物等领域可以取得较好的经济效益；处理 不当将产生严重的后果，造成重金属富集、空气污染等恶劣的二次污染。通常，城市污泥的 循环利用需要达到以下几个最基本的要求：减量化，城市污泥含水率较高、体积疏松、占地 面积大，采用常规运输的方式需要较高的运输成本。通过减量这一步的处理，能有效的减去 污泥所含的水份，缩减体积，方便长距离运输与资源化处理；稳定化和无害化，污泥的组成 复杂，含有许多的致病碳氢有机物、病毒、细菌和重金属等，易威胁到人类健康与环境保护。 且污泥组成易随地区的变化而改变。污泥堆置时，会释放出二噁英、硫化氢等有毒物质，污 染环境造成危害。
[0003] 广西^一五"期间已经新建了 69座污水处理厂，城市污水处理总量迅猛增至 405. 4万m3/d，污水厂产生的固体废弃物城市污泥，将成为继污水处理之后，环境保护中新 出现的另一大难题。城市污泥组分复杂，含有大量致病细菌、病毒和重金属，且其含水率高 不易于长距离运输。以南宁市为例，原污水处理能力约为44万m3/d，经过扩建及技术改造 后，污水处理总能力达到80万m3/d，按污泥占污水比例的0. 3?0. 5%，由此增加的污泥可 达0. 8?1. 6万m3/d。该市原有利用污泥生产有机肥、卫生填埋等处理措施难以满足需要， 进一步研究污泥资源化、稳定化、安全化的利用方式迫在眉睫。
[0004] 污泥由硅、铝、钾、钙、氧等元素构成基本组分，但是也存在铜、锌、镍等少量重金属 及一些致病物质，正是这些有害物质成为了限制污泥循环利用的主要障碍。当前污泥的资 源化利用研究主要集中在农业土地堆肥和新型建筑材料研发，传统的投海、卫生填埋由于 土地匮乏及严重的二次污染越来越受到限制。农业利用主要把污泥当做一种有机化肥来使 用，经过堆肥处理的污泥含有植物营养和少量的矿物质，适当用于农业生产，可显著提高作 物的产量和品质。但是，近年来伴随检测技术的发展，污泥农用容易受到重金属的影响。建 材利用是当今污泥资源化研究的热点，主要集中在制砖、水泥、陶粒等领域，工艺方式有直 接利用和焚烧过后利用，这种处置方法能妥善处理污泥中的有害物质，比如致病有机物、细 菌和重金属等，不足之处在于污泥的掺量低、消耗大量能源，高温时放出加剧温室效应的氮 氧化物。
[0005] 多孔陶瓷材料是指材料拥有较高的机械强度、化学稳定性、尺寸稳定性以及耐腐 蚀、耐高温等性能，又具有多孔材料孔洞率高、密度低、较低的导热系数的新型材料。陶瓷材 料经过烧结之后一般密度较大，难以具有质轻保温隔热的性能，因此需要采取人工造孔的 方法，提高孔隙率，降低密度，把陶瓷材料与多孔材料的优越隔热保温效果相结合。陶瓷多 孔材料常见的造孔工艺有有机泡沫浸渍造孔法、添加造孔剂造孔法、烧结造孔法以及发泡 造孔法等。
[0006] 关于利用城市污泥制备多孔陶瓷的研究，我们查到如下期刊文献：《城市污泥制 备多孔陶瓷填料的试验研究》，成岳等，中国陶瓷，第47卷第9期，2011年9月，起止页码： 48-53页。该文献公开了以城市污泥12?20%、石英24?40%、涂装废水絮凝污泥20? 30%为主要原料，煤炭20?30%为造孔剂，焙烧温度为1230?1250°C，保温时间30min烧 制多孔陶瓷填料。但该文献仍存在我们上述提到的，城市污泥的利用率低，能源消耗大。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料 的方法，该方法的城市污泥利用率高、安全无毒、制得的多孔陶瓷材料具有良好的抗压强度 和较低的导热系数。
[0008] 为实现本发明的目的，本发明提供以下技术方案：
[0009] 一种利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，包括如下步骤：
[0010] (1)混料：先将粘土、城市污泥和造孔剂进行预处理后，然后将预处理后的城市污 泥进行二次处理，再将预处理后的粘土、造孔剂和二次处理后的城市污泥按一定比例混合， 得到混合料；所述混合料中，粘土添加的重量份为50?80份，城市污泥添加的重量份为 20?50份，造孔剂的添加量为粘土和城市污泥总重的5?20% ;
[0011] (2)将所述混合料先后进行粗练、陈腐、练泥、成型、干燥、烧成后即得成品。
[0012] 以上所述造孔剂为锯末、煤粉和淀粉中任一种或一种以上混合物。
[0013] 以上所述烧成的条件是：烧成温度950?1050°C，保温时间60?120min。在此温 度范围内成色较好，温度较低于950°C时试块呈现出的颜色较淡说明欠烧。烧成温度高于 1050°C时由于试块的收缩率过大，试块容易出现变形、开裂等不良现象。
[0014] 以上所述城市污泥预处理，是将城市污泥与除臭剂混合陈放7?10天后经暴晒、 烘干、粉磨、过〇. 6mm筛；所述除臭剂为硝酸钙。具体步骤为：1m3复合污泥用硝酸钙12? 20kg，硝酸钙用水配制成质量百分比为40%的溶液，然后与湿污泥拌合后，加盖（或覆膜） 陈放7?10天，
[0015] 以上所述二次处理，是先将预处理后的部分污泥在500?550°C下预烧20? 40min，然后与未预烧的城市污泥按1 :1的重量比混合。经过预烧，污泥中原本含有的大量 不稳定组分在预烧时发生分解，体积稳定性增加，在压制过程中不会因为污泥掺量过高而 在试块表面产生裂缝，造成坯体质量下降，且城市污泥经过预烧，可以提高掺量到50%。研 究发现城市污泥掺量大于50%时，泥料的可塑度下降明显，试块难以成型，制作时保水性 差，易开裂，烧成之后表面更是出现较多裂缝，严重影响陶瓷材料的性能。
[0016] 以上所述粗练的时间为1. 5?2h，保持混合料含水率16?22%。
[0017] 以上所述陈腐的时间为3?5天。
[0018] 以上所述练泥时间为lh左右，保持混合泥料含水率12?18%。含水率较低于 12%时，料坯不易成型，表面容易出现细裂纹；而含水率高于18%时，料坯容易被压变形， 脱模时造成试块开裂。
[0019] 以上所述成型，是对混合泥料使用20?30MPa的压力压制成型。高于30MPa压制 的试块，表面容易出现裂纹，用低于20MPa的成型压力又不易压制强度较高的试块，所以适 宜的成型压力在20?30MPa之间。
[0020] 以上所述干燥，是将压制成型的坯体自然风干后，于100?110°C下烘干10? 12h。
[0021] 以上所述粘土和造孔剂的预处理，为本领域的常规处理方法，即干燥、粉磨、过筛。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0023] 1.本发明的城市污泥利用率可达到20?50%，大大提高了污泥的利用率，符合循 环经济的要求。
[0024] 2.本发明通过对城市污泥进行除臭、烘干等预处理，可以降低城市污泥资源化利 用过程中对环境产生的危害。
[0025] 3.本发明所选用的造孔剂，可提高陶瓷的孔隙率至40?46%，降低表观密度至 1. 54?1. 60g?cnT3,提高隔热保温性能。通过本发明方法制得的多孔陶瓷，具有良好的抗 压强度（10?15MPa)、较低的导热系数（0. 55?0. 96W? (nT1 ?k_〇)，且本发明的烧成温度 较低，符合节约能源的要求，因此具有十分重要的应用意义。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不局限于 实施例所表示的范围。
[0027] 实施例中所用的城市污泥，由琅东污泥和江南污泥按1:1重量组成。
[0028] 琅东污泥取自南宁市琅东污水处理厂，该厂采用二级活性污泥法，通过两级沉淀 池的沉淀过程，利用微生物的分解作用对城市中的有机成分进行降解，处理的污水来源主 要为城市生活污水及少量工业污水。该污水含泥量较低、重金属及放射性组分少，新鲜的琅 东污泥呈深黑色，粘稠状，暴露在空气中15min左右后变为灰色，含水率在32. 4?37. 3 %之 间，PH为 7,热值为 2076.lkj?kg-1。
[0029] 江南污泥来自于南宁市江南污水处理厂，有机质含量比琅东污泥低，颜色较浅，含 水率在27. 3?34. 0%之间，热值均为1524.OkJ?kg-1，都低于琅东污泥，其PH为7。
[0030] 两种污泥在自然状态下散发出微弱的腐臭味，少量污泥堆积不会引起人的反感； 但是在加热到300°C时，会放出大量的刺激性气体，导致严重的空气污染。
[0031] 本发明所用原料化学成分检测如表1所示
[0032] 表1原料化学成分
【权利要求】
1. 一种利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)混料：先将粘土、城市污泥和造孔剂进行预处理，然后将预处理后的城市污泥进行 二次处理，再将预处理后的粘土、造孔剂和二次处理后的城市污泥按一定比例混合，得到混 合料；所述混合料中，粘土添加的重量份为50~80份，城市污泥添加的重量份为20~50份，造 孔剂的添加量为粘土和城市污泥总重的5~20% ; (2 )将所述混合料先后进行粗练、陈腐、练泥、成型、干燥、烧成后即得成品。
2. 根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 造孔剂为锯末、煤粉和淀粉中任一种或一种以上混合物。
3. 根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 烧成的条件是：烧成温度95(Tl050°C，保温时间6(Tl20min。
4. 根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 城市污泥预处理，是将城市污泥与除臭剂混合陈放疒10天后暴晒、烘干、粉磨、过0. 6mm筛； 所述除臭剂为硝酸钙。
5. 根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 二次处理，是先将预处理后的部分城市污泥在50(T55(TC下预烧2(T40min，然后与未预烧 的城市污泥按1 :1的重量比混合。
6. 根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 粗练的时间为1. 5~2h，保持混合料含水率16~22%。
7. 根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 陈腐的时间为3飞天。
8. 根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 练泥时间为lh左右，保持混合泥料含水率12~18%。
9. 根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 成型，是对混合料使用2(T30MPa的压力压制成型。
10. 根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制多孔陶瓷材料的方法，其特征在于：所述 干燥，是将压制成型的坯体自然风干后，于KHTlKTC下烘干l(Tl2h。
【文档编号】C04B33/132GK104355674SQ201410576279
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】邱树恒, 杨志明, 刘守吉, 罗东燕, 黄静, 孙保玉 申请人:广西大学