本发明属于固体废弃物处理及资源化技术领域，涉及一种环保超轻的污泥陶粒及其制备方法。
背景技术：
污水污泥的含水率通常在60-99％，目前利用污泥制备污泥陶粒，一般使用污泥焚烧灰或将污泥进行干化处理，其工艺具有干燥过程复杂，能耗高等缺点。页岩是一种含水率较低的岩石，在国内分布广泛且储量丰富，那么选择污水污泥和页岩作为原料造粒，不需要另外加入水分，也能达到成球所需塑性，不但可以省去干燥工艺，而且还可以有效利用水分进行陶粒的成球。
页岩属于含水性铝硅酸盐矿物，而污水污泥的重金属在高温下易固化在页岩中的铝硅酸盐网格中，以稳定的状态存在于陶粒中，不但有效阻止了重金属等有害物质的浸出，还提高了陶粒强度。污水污泥中的有机质作为烧结过程中的发泡剂，污水污泥中的无机成分作为形成陶粒强度的结构基础，提高了污泥陶粒的性能。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种环保超轻的污泥陶粒及其制备方法，所制备的环保超轻的污泥陶粒以污泥和页岩为主要利用原料，以废酸为污泥改性剂，以颗粒活性炭为微波助剂，经过制备陶粒生料球、预热、烧结、降温、冷却过程制得。制备出的环保超轻的污泥陶粒质轻，膨胀率高，堆积密度在186-448kg/m3，具有优秀的理化性能，如良好的筒压强度、吸水率，其生产原料易得，实现了湿污泥与废酸的再利用，减轻环境污染，降低生产成本，具有良好的社会效益和经济效益。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的一种环保超轻的污泥陶粒，包括的原料及各个原料的质量份数为：污泥为40-70份，页岩为20-40份，颗粒活性炭为5-10份，废酸为3.5-10份。
所述的污泥为质量含水率60-70％的湿污泥。
所述的湿污泥中含有石灰石，石灰石占湿污泥的质量百分比为20-30％。
作为优选，所述的污泥，包括的成分和各个成分的质量百分比为：sio2为40-50％、al2o3为15-25％、cao为15-25％、p2o5为10-20％、fe2o3为5-10％、mgo为0-5％、k2o为0-5％、na2o为0-5％、余量为杂质，以上各个成分的质量百分比之和为100％。
作为优选，所述的页岩，包括的成分及各个成分的质量百分比为：sio2为55-65％、al2o3为15-25％、fe2o3为10-20％、cao为0-5％、mgo为0-5％、k2o为0-5％、na2o为0-5％、余量为杂质，以上各个成分的质量百分比之和为100％。
所述的废酸，其ph值为3-6。
本发明的一种环保超轻的污泥陶粒，其密度等级为200-500级，堆积密度186-448kg/m3，筒压强度0.9-3.1mpa，1h吸水率7.3-12.3％，软化系数0.83-0.91，烧失量0.1％。
本发明的一种环保超轻的污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：改性污泥
(1)按配比，称量污泥、废酸，将其混合并持续搅拌均匀，得到污泥的混合物a，其中，污泥的混合物a的ph值为6-8；
(2)伴随搅拌，将颗粒活性炭加入到混合物a后，继续搅拌均匀，得到混合物b；
(3)将混合物b置于微波中，进行微波改性，得到改性污泥；其中，微波功率为500-900w，温度控制150-180℃，微波改性时间为180s-300s；
步骤2：粉磨页岩
将页岩进行干燥、球磨、过100目筛，得到页岩粉；
步骤3：造粒
按配比，称量页岩粉和改性污泥，将页岩粉和改性污泥混合，搅拌均匀后，进行造粒，得到生料球；
步骤4：预热
将生料球置于300-400℃保温10-30min，得到预热的生料球；
步骤5：烧结
将预热的生料球，直接置于管式高温旋转烧结炉中，在烧结温度为1050-1200℃烧结10-30min，得到烧结后的陶粒；
步骤6：降温
将烧结后的陶粒，在烧结温度下降温100-150℃的温度，保温2-10min，随炉冷却至300-400℃，取出，得到环保超轻的污泥陶粒。
所述的步骤1(1)中，搅拌均匀的搅拌速度优选为50-80r/min，搅拌时间优选为180-200s。
所述的步骤1(3)中，改性污泥的含水率为50-70wt.％。
所述的步骤3中，所述的生料球平均直径为10-15mm。
所述的步骤6中，所述的烧结温度下降温100-150℃的温度，为950-1050℃。
本发明的一种环保超轻的污泥陶粒及其制备方法，其有益效果如下：
(1)本发明制得的环保超轻的污泥陶粒表面粗糙，内部孔隙均匀，膨胀率高，堆积密度为200-500级，最低可达到186kg/m3，筒压强度最高可达3.1mpa，具有良好的吸水率，且都符合国家标准(gb/t17431.1-1998《轻集料及其试验方法》)，具有优异的理化性能。本发明的方法可以大规模地回收污泥，处理工业废酸，降低生产成本，具有良好的社会效益和经济效益。
(2)本发明所用原料包括湿污泥与废酸，使用了大量固废为原材料，节省成本，这是因为所用的污泥在污水厂处理过程中，加入生石灰，其悬浊液的ph值为9-12之间，能够和废酸混合，从而实现“双废”处理，达到双赢。其陶粒制品可用于建材、园艺、耐火保温等领域，具有广阔的应用前景。
(3)本发明直接使用含水率60-70％的湿污泥与页岩混合均匀，污泥无需干化脱水，提高生产效率的同时，也降低了能耗与原料处理成本，更利于污泥陶粒实际生产。
(4)污泥微波处理实质上就是加热调理污泥，从各方向均衡地穿过污泥后均匀加热，提高污泥活性。在污泥的微波预处理过程中，污泥性质的变化主要包括3个阶段：污泥絮体结构的破解、微生物细胞的破碎、大量有机物的释放和有机物的水解。目前常用的污泥微波预处理的吸波材料主要以活性炭为主，活性炭在微波预处理时可以快速升到较高温度，使与其接触的污泥絮体或细胞壁被破坏，胞内聚合物和胞外聚合物被释放至溶液中，加快反应进程。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中，所用的污泥，包括的成分和各个成分的质量份数为：sio2为48.72％、al2o3为16.09％、cao为15.79％、p2o5为12.05％、fe2o3为5.09％、mgo为0.8％、k2o为0.52％、na2o为0.31％、余量为杂质。
以下实施例中，所用的页岩，包括的成分及各个成分的质量份数为：sio2为57.73％、al2o3为18.93％、fe2o3为15.86％、cao为2.26％、mgo为1.68％、k2o为1.09％、na2o为0.8％、余量为杂质。
本发明所述的环保超轻的污泥陶粒，由以下成分按质量份制备而成：污泥40-70份、页岩20-40份、颗粒活性炭5-10份、废酸3.5-10份。
实施例1
本实施例制备的环保超轻的污泥陶粒，由以下成分按质量份制备而成：污泥50份、页岩40份、废酸4份、颗粒活性炭6份。
本实施例所述的环保超轻的污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)搅拌污泥并加入由废酸组成的污泥改性剂，在60r/min的搅拌速度下，搅拌180s，调ph至6-8之间，得到污泥的混合物a；
(2)继续搅拌，并向污泥的混合物a中加入由颗粒活性炭组成的微波助剂，持续搅拌5min以上，得到混合物b；
(3)将混合物b进行微波改性，将微波功率控制在600w，温度控制在150℃，微波改性时间为200s，得到改性污泥，改性污泥的含水率为65wt.％；
(4)将页岩进行干燥处理，通过球磨机进行粉磨、过100目筛，得到页岩粉；
(5)按配比，称量原料，将过筛后的页岩粉与改性污泥用练泥机搅拌均匀后，经造粒机造粒，得到生料球；生料球的平均直径为12mm；
(6)将生料球放入箱式电阻炉，在300℃的温度条件下，加热20min，得到预热的生料球；
(7)将预热好的生料球取出，迅速放入管式高温旋转烧结炉中，在1175℃的温度条件下，烧结15min，得到烧结后的陶粒；
(8)烧结后的陶粒，在1050℃的温度条件下，保温8min，随炉冷却至350℃后取出，得到环保超轻的污泥陶粒。
按照本方法制备的环保超轻的污泥陶粒，密度等级为500级，堆积密度448kg/m3，筒压强度3.1mpa，1h吸水率9.4％，软化系数0.91，烧失量0.1％。
实施例2
本实施例制备的环保超轻的污泥陶粒，由以下成分按质量份制备而成：污泥55份、页岩32.5份、废酸5.5份、颗粒活性炭7份。
本实施例所述的环保超轻的污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)搅拌污泥并加入由废酸组成的污泥改性剂，在65r/min的搅拌速度下，搅拌180s，调ph至6-8之间，得到污泥的混合物a；
(2)继续搅拌，并向污泥的混合物a中加入由颗粒活性炭组成的微波助剂，持续搅拌5min以上，得到混合物b；
(3)将混合物b进行微波改性，将微波功率控制在600w，温度控制在165℃，微波改性时间为265s，得到改性污泥，改性湿污泥的含水率为52wt.％；
(4)将页岩进行干燥处理，通过球磨机进行粉磨、过100目筛，得到页岩粉；
(5)按配比，称量原料，将过筛后的页岩粉与湿污泥用练泥机搅拌均匀后，经造粒机造粒得到生料球；生料球的平均直径为12mm；
(6)将生料球放入箱式电阻炉，在300℃的温度条件下，加热30min，得到预热的生料球；
(7)将预热好的生料球取出，迅速放入管式高温旋转烧结炉中，在1120℃的温度条件下，烧结10min，得到烧结后的陶粒；
(8)烧结后的陶粒，在1050℃的温度条件下，保温10min，随炉冷却至350℃后取出，得到环保超轻的污泥陶粒。
按照本方法制备的环保超轻的污泥陶粒，密度等级为400级，堆积密度387kg/m3，筒压强度2.8mpa，1h吸水率7.3％，软化系数0.84，烧失量0.1％。
实施例3
本实施例制备的环保超轻的污泥陶粒，由以下成分按质量份制备而成：污泥60份、页岩25份、废酸7份、颗粒活性炭8份。
本实施例所述的环保超轻的污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)搅拌污泥并加入由废酸组成的污泥改性剂，在70r/min的搅拌速度下，搅拌200s，调ph至6-8之间，得到污泥的混合物a；
(2)继续搅拌，并向污泥的混合物a中加入由颗粒活性炭组成的微波助剂，持续搅拌5min以上，得到混合物b；
(3)将混合物b进行微波改性，将微波功率控制在650w，温度控制在170℃，微波改性时间为240s，得到改性污泥，改性湿污泥的含水率为68wt.％；
(4)将页岩进行干燥处理，通过球磨机进行粉磨、过100目筛，得到页岩粉；
(5)按配比，称量原料，将过筛后的页岩粉与湿污泥用练泥机搅拌均匀后，经造粒机造粒得到生料球；生料球的平均直径为12mm；
(6)将生料球放入箱式电阻炉，在350℃的温度条件下，加热20min，得到预热的生料球；
(7)将预热好的生料球取出，迅速放入管式高温旋转烧结炉中，在1100℃的温度条件下，烧结15min，得到烧结后的陶粒；
(8)烧结后的陶粒，在950℃的温度条件下，保温5min，随炉冷却至350℃后取出，得到环保超轻的污泥陶粒。
按照本方法制备的环保超轻的污泥陶粒，密度等级为300级，堆积密度294kg/m3，筒压强度2.1mpa，1h吸水率12.3％，软化系数0.86，烧失量0.1％。
实施例4
本实施例制备的环保超轻的污泥陶粒，由以下成分按质量份制备而成：污泥65份、页岩17份、废酸9份、颗粒活性炭9份。
本实施例所述的环保超轻的污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)搅拌污泥并加入由废酸组成的污泥改性剂，在65r/min的搅拌速度下，搅拌200s，调ph至6-8之间，得到污泥的混合物a；
(2)继续搅拌，并向污泥的混合物a中加入由颗粒活性炭组成的微波助剂，持续搅拌5min以上，得到混合物b；
(3)将混合物b进行微波改性，将微波功率控制在650w，温度控制在165℃，微波改性时间为285s，得到改性污泥，改性湿污泥的含水率为60wt.％；
(4)将页岩进行干燥处理，通过球磨机进行粉磨、过100目筛，得到页岩粉；
(5)按配比，称量原料，将过筛后的页岩粉与湿污泥用练泥机搅拌均匀后，经造粒机造粒得到生料球；生料球的平均直径为12mm；
(6)将生料球放入箱式电阻炉，在400℃的温度条件下，加热20min，得到预热的生料球；
(7)将预热好的生料球取出，迅速放入管式高温旋转烧结炉中，在1150℃的温度条件下，烧结30min，得到烧结后的陶粒；
(8)烧结后的陶粒，在1050℃的温度条件下，保温2min，随炉冷却至350℃后取出，得到环保超轻的污泥陶粒。
按照本方法制备的环保超轻的污泥陶粒，密度等级为200级，堆积密度186kg/m3，筒压强度0.9mpa，1h吸水率8.2％，软化系数0.83，烧失量0.1％。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。