1.本发明涉及陶粒制备方法领域，具体涉及一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法。
背景技术：
2.近年来，随着工业的发展和人口的增加，城市污泥的产量与日俱增，污泥的无害化和资源化综合处理成为国内外共同努力的目标。随着人们对污泥理化性质研究的不断深入，通过采用污泥低温干化技术，在使污泥首先实现减量并使污泥中有害物质得到稳定的基础上，开辟了污泥资源化利用的多种途径，比如利用干化后的污泥颗粒烧制轻质节能砖、生产水泥压制品作为烧制水泥的原料和燃煤的辅助燃料等，这些综合利用使污泥得到了彻底的处理。
3.随着城市化的迅速发展，带来了土木建筑业空前活跃，例如高层（超高层）建筑、交通道路、高铁、城市轨道、机场的建设。在土木建筑技术迅猛发展的同时，也将建材在质和量方面推进到较高的水平。轻质高性能混凝土作为一种综合性能极佳的材料，就是随着土木建筑行业的蓬勃发展应运而生的，高性能混凝土的发展也促进了轻质人造粗、细骨料的发展。近年来随着墙体改革的不断推进，人们对建筑物的保温节能要求越来越高，开发具有轻质高强、保温隔热、耐火、抗震等优点的新型节能墙材，受到了人们的极大重视。在制备陶粒的过程中，为了满足功能需要，往往选择在原料混合时添加一部分发泡剂这种方式来实现。以往研究中，陶粒制备中用作发泡剂的物质种类多种多样，大致分为有机和无机两大类。其中，有机类的发泡剂包括有木屑、稻壳和秸秆等，无机类的发泡剂包括碳酸盐、氧化物等。由于发泡剂的种类不同，其相应的发泡机理也相差悬殊，产品的稳定性也很悬殊。
技术实现要素：
4.要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种轻质多孔污泥陶粒，不采用发泡剂的形式，直接构造多孔的轻质污泥陶粒，并具备较高的力学性能和保温性能。
5.技术方案：一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：s1.烧制不同直径的氧化铝空心球：制备两种不同粒径的氧化铝空心球，直径分别为6-10mm和2-3mm；s2.制备污泥粉煤灰混合物：将粉煤灰和污泥干燥后，分别研磨至粒径低于80目，加水混合然后调制污泥粉煤灰混合物；s3.制备不同直径的污泥陶粒：将污泥粉煤灰混合物揉搓包覆于不同粒径的氧化铝空心球表面，最后将包覆污泥粉煤灰混合物的氧化铝空心球进行烧结，得到不同直径的污泥陶粒，包括大粒径污泥陶粒和小粒径污泥陶粒；s4.轻质多孔污泥陶粒的制备：在步骤s3中制备的小粒径污泥陶粒和大粒径污泥陶粒表面再次分别包覆污泥粉煤灰混合物，然后采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒，最后烧结得到12-20mm的轻质多孔污泥陶粒。
6.优选的，所述氧化铝空心球的制备方法为：
s11.将废弃植物纤维粉碎至粉末，然后加水或者粘结剂，将废弃植物纤维的粉末制成不同直径的圆球；s12.采用溶胶法或者静电纺丝法在步骤s11制备的圆球的表面包覆铝溶胶或溶胶静电纺丝膜，得到含铝圆球；s13.将步骤s12制备得到的含铝圆球进行煅烧得到氧化铝空心球。
7.优选的，所述废弃植物纤维包括秸秆，中药渣，甘蔗渣和木屑。
8.优选的，所述s12中溶胶法的具体步骤为：将异丙醇铝与乙醇溶液混合冷凝回流搅拌，待水解反应完全后，加入硝酸继续冷凝回流，使之充分反应，得到铝溶胶，然后加入一定的增稠剂调节铝溶胶粘度，将铝溶胶涂覆于步骤s11制备的圆球表面，得到含铝圆球，其中硝酸和异丙醇铝的摩尔比为3.5:10。
9.优选的，所述s12中静电纺丝法的具体步骤为：将alcl3•
6h2o和al(no3)3•
9h2o加入到硝酸溶液中，搅拌溶解，然后向上述溶液中缓慢加入异丙醇铝，最后加入铝粉，搅拌回流反应完全，得到浅黄色透明溶胶，然后向溶胶中加入纺丝助剂peo，搅拌溶解均匀，得到溶胶纺丝液，将步骤s11制备的圆球作为接收器件，进行静电纺丝，得到含铝圆球，其中，alcl3•
6h2o，al(no3)3•
9h2o，异丙醇铝合铝粉的摩尔比为1:1:2:4。
10.优选的，所述s13中煅烧工艺为：先在100℃干燥2-3h，然后使用马弗炉对其进行煅烧，再以0.5-1.5℃/min升温至100℃，保温1h，继续以1-2℃/min的速率将温度升至550℃，保温2-3h。
11.优选的，所述s13中煅烧工艺为：先在100℃下干燥8-16h，然后在500℃下煅烧8-12h，升温速率为1-2℃/min。
12.优选的，所述s3中烧结工艺为：在350-500℃下烧结30-60min。
13.优选的，所述s4中烧结工艺为：先在350℃下预热下30min，然后在900-1000℃下进行焙烧，以2-5℃/min的速率升温至最高温度后，保温20-30min，最后以2℃/min的速率冷却至室温。
14.有益效果：本发明的轻质多孔污泥陶粒及其制备方法具有以下优点：1、本发明中选用废弃植物纤维粉末制球作为模板然后包覆铝溶胶烧结制备氧化铝空心球，实现污泥陶粒中间可存在可控尺寸的中孔；2、本发明分别单独制备大小粒径不同的中空型陶粒，再采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒制备轻质多孔陶粒，本发明和以往陶粒的区别在于，在制备的陶粒中构成较大的，多个孔的复合结构，且孔与孔之间不相互连通，可以认为是封闭式孔隙，这种封闭式孔隙相比于以往较多连通式的孔隙保温效果更好；3、本发明的制备工艺简单，通过陶粒多个不连通中孔结构的设计，提高陶粒制备的保温效果，同时还能保证陶粒体轻、强度高。
具体实施方式
15.以下实施例是对本发明的解释而本发明不局限于以下实施例：实施例1一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：s1.烧制不同直径的氧化铝空心球：制备两种不同粒径的氧化铝空心球，制备并筛
选两种不同直径范围的氧化铝空心球，分别为大粒径氧化铝空心球和小粒径氧化铝空心球，大粒径氧化铝空心球筛选直径在6-9mm范围内的球体，小粒径氧化铝空心球筛选直径在2-3mm范围内的球体；其中，所述氧化铝空心球的制备方法为：s11.将废弃植物纤维粉碎至粉末，然后加水或者粘结剂，将废弃植物纤维的粉末制成不同直径的圆球，根据需要制备的氧化铝空心球直径不同，圆球的直径分别为5-8mm和1-2mm；s12.将异丙醇铝与乙醇溶液混合冷凝回流搅拌，待水解反应完全后，加入硝酸继续冷凝回流，使之充分反应，得到铝溶胶，然后加入聚乙二醇调节铝溶胶粘度，将铝溶胶涂覆于步骤s11制备的圆球表面，得到含铝圆球，其中硝酸和异丙醇铝的摩尔比为3.5:10；s13.将步骤s12制备得到的含铝圆球进行煅烧得到氧化铝空心球，煅烧工艺为：先在100℃干燥2h，然后使用马弗炉对其进行煅烧，再以1.5℃/min升温至100℃，保温1h，继续以1℃/min的速率将温度升至550℃，保温3h；s2.制备污泥粉煤灰混合物：将粉煤灰和污泥干燥后，分别研磨至粒径低于80目，加水混合然后调制污泥粉煤灰混合物，其中粉煤灰和污泥的比例为3:4，污泥粉煤灰混合物的含水率为40wt%；s3.制备不同直径的污泥陶粒：将污泥粉煤灰混合物揉搓包覆于不同粒径的氧化铝空心球表面，最后将包覆污泥粉煤灰混合物的氧化铝空心球进行烧结，在350℃下烧结60min，得到不同直径的污泥陶粒，包括大粒径污泥陶粒和小粒径污泥陶粒，包覆过程中选择一定包覆厚度的污泥陶粒颗粒，大粒径污泥陶粒包覆厚度和小粒径污泥陶粒包覆厚度不同，所述大粒径污泥陶粒中污泥粉煤灰混合物包覆厚度控制在1-3.5mm，小粒径污泥陶粒中污泥粉煤灰混合物厚度控制在0.8-1.5mm；s4.轻质多孔污泥陶粒的制备：在步骤s3中制备的小粒径污泥陶粒和大粒径污泥陶粒表面再次分别包覆污泥粉煤灰混合物，然后采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒，包覆的过程中施加一定的压力，使得包覆的更加紧实，施加力的大小为6kn，最后烧结得到12-20mm直径区间范围内的轻质多孔污泥陶粒，其烧结工艺为：先在350℃下预热下30min，然后在900℃下进行焙烧，以2℃/min的速率升温至最高温度后，保温20min，最后以2℃/min的速率冷却至室温。
16.实施例2一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：s1.烧制不同直径的氧化铝空心球：制备两种不同粒径的氧化铝空心球，制备并筛选两种不同直径范围的氧化铝空心球，分别为大粒径氧化铝空心球和小粒径氧化铝空心球，大粒径氧化铝空心球筛选直径在6-9mm范围内的球体，小粒径氧化铝空心球筛选直径在2-3mm范围内的球体；其中，所述氧化铝空心球的制备方法为：s11.将废弃植物纤维粉碎至粉末，然后加水或者粘结剂，将废弃植物纤维的粉末制成不同直径的圆球，根据需要制备的氧化铝空心球直径不同，圆球的直径分别为5-8mm和1-2mm；s12.将异丙醇铝与乙醇溶液混合冷凝回流搅拌，待水解反应完全后，加入硝酸继续冷凝回流，使之充分反应，得到铝溶胶，然后加入聚乙二醇调节铝溶胶粘度，将铝溶胶涂覆于步骤s11制备的圆球表面，得到含铝圆球，其中硝酸和异丙醇铝的摩尔比为3.5:10；
s13.将步骤s12制备得到的含铝圆球进行煅烧得到氧化铝空心球，煅烧工艺为：先在100℃干燥3h，然后使用马弗炉对其进行煅烧，再以0.5℃/min升温至100℃，保温1h，继续以2℃/min的速率将温度升至550℃，保温2h；s2.制备污泥粉煤灰混合物：将粉煤灰和污泥干燥后，分别研磨至粒径低于80目，加水混合然后调制污泥粉煤灰混合物，其中粉煤灰和污泥的比例为5:8，污泥粉煤灰混合物的含水率为25wt%；s3.制备不同直径的污泥陶粒：将污泥粉煤灰混合物揉搓包覆于不同粒径的氧化铝空心球表面，最后将包覆污泥粉煤灰混合物的氧化铝空心球进行烧结，在500℃下烧结30min，得到不同直径的污泥陶粒，包括大粒径污泥陶粒和小粒径污泥陶粒，包覆过程中选择一定包覆厚度的污泥陶粒颗粒，大粒径污泥陶粒包覆厚度和小粒径污泥陶粒包覆厚度不同，所述大粒径污泥陶粒中污泥粉煤灰混合物包覆厚度控制在1-3.5mm，小粒径污泥陶粒中污泥粉煤灰混合物厚度控制在0.8-1.5mm；s4.轻质多孔污泥陶粒的制备：在步骤s3中制备的小粒径污泥陶粒和大粒径污泥陶粒表面再次分别包覆污泥粉煤灰混合物，然后采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒，包覆的过程中施加一定的压力，使得包覆的更加紧实，施加力的大小为5kn，最后烧结得到12-20mm直径区间范围内的轻质多孔污泥陶粒，其烧结工艺为：先在350℃下预热下30min，然后在1000℃下进行焙烧，以5℃/min的速率升温至最高温度后，保温30min，最后以2℃/min的速率冷却至室温。
17.实施例3一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：s1.烧制不同直径的氧化铝空心球：制备两种不同粒径的氧化铝空心球，制备并筛选两种不同直径范围的氧化铝空心球，分别为大粒径氧化铝空心球和小粒径氧化铝空心球，大粒径氧化铝空心球筛选直径在6-9mm范围内的球体，小粒径氧化铝空心球筛选直径在2-3mm范围内的球体；其中，所述氧化铝空心球的制备方法为：s11.将废弃植物纤维粉碎至粉末，然后加水或者粘结剂，将废弃植物纤维的粉末制成不同直径的圆球，根据需要制备的氧化铝空心球直径不同，圆球的直径分别为5-8mm和1-2mm；s12.将alcl3•
6h2o和al(no3)3•
9h2o加入到硝酸溶液中，搅拌溶解，然后向上述溶液中缓慢加入异丙醇铝，最后加入铝粉，搅拌回流反应完全，得到浅黄色透明溶胶，然后向溶胶中加入纺丝助剂peo，搅拌溶解均匀，得到溶胶纺丝液，将步骤s11制备的圆球作为接收器件，进行静电纺丝，得到含铝圆球，其中，alcl3•
6h2o，al(no3)3•
9h2o，异丙醇铝合铝粉的摩尔比为1:1:2:4；s13.将步骤s12制备得到的含铝圆球进行煅烧得到氧化铝空心球，煅烧工艺为：先在100℃下干燥8h，然后在500℃下煅烧12h，升温速率为1℃/min；s2.制备污泥粉煤灰混合物：将粉煤灰和污泥干燥后，分别研磨至粒径低于80目，加水混合然后调制污泥粉煤灰混合物，其中粉煤灰和污泥的比例为4:7，污泥粉煤灰混合物的含水率为30wt%；s3.制备不同直径的污泥陶粒：将污泥粉煤灰混合物揉搓包覆于不同粒径的氧化铝空心球表面，最后将包覆污泥粉煤灰混合物的氧化铝空心球进行烧结，在400℃下烧结
50min，得到不同直径的污泥陶粒，包括大粒径污泥陶粒和小粒径污泥陶粒，包覆过程中选择一定包覆厚度的污泥陶粒颗粒，大粒径污泥陶粒包覆厚度和小粒径污泥陶粒包覆厚度不同，所述大粒径污泥陶粒中污泥粉煤灰混合物包覆厚度控制在1.5-2.5mm，小粒径污泥陶粒中污泥粉煤灰混合物厚度控制在1-1.3mm；s4.轻质多孔污泥陶粒的制备：在步骤s3中制备的小粒径污泥陶粒和大粒径污泥陶粒表面再次分别包覆污泥粉煤灰混合物，然后采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒，包覆的过程中施加一定的压力，使得包覆的更加紧实，施加力的大小为7kn，最后烧结得到12-20mm直径区间范围内的轻质多孔污泥陶粒，其烧结工艺为：先在350℃下预热下30min，然后在900℃下进行焙烧，以5℃/min的速率升温至最高温度后，保温20min，最后以2℃/min的速率冷却至室温。
18.实施例4一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：s1.烧制不同直径的氧化铝空心球：制备两种不同粒径的氧化铝空心球，制备并筛选两种不同直径范围的氧化铝空心球，分别为大粒径氧化铝空心球和小粒径氧化铝空心球，大粒径氧化铝空心球筛选直径在6-9mm范围内的球体，小粒径氧化铝空心球筛选直径在2-3mm范围内的球体；其中，所述氧化铝空心球的制备方法为：s11.将废弃植物纤维粉碎至粉末，然后加水或者粘结剂，将废弃植物纤维的粉末制成不同直径的圆球，根据需要制备的氧化铝空心球直径不同，圆球的直径分别为5-8mm和1-2mm；s12.将alcl3•
6h2o和al(no3)3•
9h2o加入到硝酸溶液中，搅拌溶解，然后向上述溶液中缓慢加入异丙醇铝，最后加入铝粉，搅拌回流反应完全，得到浅黄色透明溶胶，然后向溶胶中加入纺丝助剂peo，搅拌溶解均匀，得到溶胶纺丝液，将步骤s11制备的圆球作为接收器件，进行静电纺丝，得到含铝圆球，其中，alcl3•
6h2o，al(no3)3•
9h2o，异丙醇铝合铝粉的摩尔比为1:1:2:4；s13.将步骤s12制备得到的含铝圆球进行煅烧得到氧化铝空心球，煅烧工艺为：先在100℃下干燥16h，然后在500℃下煅烧8h，升温速率为2℃/min；s2.制备污泥粉煤灰混合物：将粉煤灰和污泥干燥后，分别研磨至粒径低于80目，加水混合然后调制污泥粉煤灰混合物，其中粉煤灰和污泥的比例为4:7，污泥粉煤灰混合物的含水率为28wt%；s3.制备不同直径的污泥陶粒：将污泥粉煤灰混合物揉搓包覆于不同粒径的氧化铝空心球表面，最后将包覆污泥粉煤灰混合物的氧化铝空心球进行烧结，在450℃下烧结50min，得到不同直径的污泥陶粒，包括大粒径污泥陶粒和小粒径污泥陶粒，包覆过程中选择一定包覆厚度的污泥陶粒颗粒，大粒径污泥陶粒包覆厚度和小粒径污泥陶粒包覆厚度不同，所述大粒径污泥陶粒中污泥粉煤灰混合物包覆厚度控制在1.5-2.5mm，小粒径污泥陶粒中污泥粉煤灰混合物厚度控制在1-1.3mm；s4.轻质多孔污泥陶粒的制备：在步骤s3中制备的小粒径污泥陶粒和大粒径污泥陶粒表面再次分别包覆污泥粉煤灰混合物，然后采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒，包覆的过程中施加一定的压力，使得包覆的更加紧实，施加力的大小为6kn，最后烧结得到12-20mm直径区间范围内的轻质多孔污泥陶粒，其烧结工艺为：先在350℃下预热下
30min，然后在1000℃下进行焙烧，以2℃/min的速率升温至最高温度后，保温30min，最后以2℃/min的速率冷却至室温。
19.对比例1一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：s1.烧制氧化铝空心球：制备氧化铝空心球，制备氧化铝空心球筛选直径在4-5mm范围内的球体；其中，所述氧化铝空心球的制备方法为：s11.将废弃植物纤维粉碎至粉末，然后加水或者粘结剂，将废弃植物纤维的粉末制成不同直径的圆球，圆球的直径1-2mm；s12.将异丙醇铝与乙醇溶液混合冷凝回流搅拌，待水解反应完全后，加入硝酸继续冷凝回流，使之充分反应，得到铝溶胶，然后加入聚乙二醇调节铝溶胶粘度，将铝溶胶涂覆于步骤s11制备的圆球表面，得到含铝圆球，其中硝酸和异丙醇铝的摩尔比为3.5:10；s13.将步骤s12制备得到的含铝圆球进行煅烧得到氧化铝空心球，煅烧工艺为：先在100℃干燥2h，然后使用马弗炉对其进行煅烧，再以1.5℃/min升温至100℃，保温1h，继续以1℃/min的速率将温度升至550℃，保温3h；s2.制备污泥粉煤灰混合物：将粉煤灰和污泥干燥后，分别研磨至粒径低于80目，加水混合然后调制污泥粉煤灰混合物，其中粉煤灰和污泥的比例为3:4，污泥粉煤灰混合物的含水率为35wt%；s3.制备污泥陶粒：将污泥粉煤灰混合物揉搓包覆于氧化铝空心球表面，最后将包覆污泥粉煤灰混合物的氧化铝空心球进行烧结，在350℃下烧结60min，得到污泥陶粒，包覆过程中选择一定包覆厚度的污泥陶粒颗粒，污泥陶粒中污泥粉煤灰混合物厚度控制在0.8-1.5mm；s4.轻质多孔污泥陶粒的制备：在步骤s3中制备的污泥陶粒再次包覆污泥粉煤灰混合物，将污泥陶粒制成圆球轻质多孔污泥陶粒，包覆的过程中施加一定的压力，使得包覆的更加紧实，施加力的大小为8kn，最后烧结得到12-20mm直径区间范围内的轻质多孔污泥陶粒，其烧结工艺为：先在350℃下预热下30min，然后在900℃下进行焙烧，以2℃/min的速率升温至最高温度后，保温20min，最后以2℃/min的速率冷却至室温。
20.表1为实施例和对比例中制备陶粒的性能比较（按gb/t 17431） 筒压强度（mpa）堆积密度（kg/m3）导热系数（w/m
•
k）实施例18.98030.08实施例27.88120.09实施例38.58450.10实施例48.68210.08对比例18.28100.52市售陶粒4.57890.96从上表可以看出本发明的制备的多孔陶粒性能优于目前市售的陶粒，且通过该陶粒制得混凝土，添加本发明陶粒的混凝土的保温系数为（0.08-0.10）（w/m
•
k），低于市售陶粒。
21.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。