一种核壳轻集料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种核壳轻集料及其制备方法，该核壳轻集料包括内核和外壳；内核和外壳的质量比为1∶1～2∶1；按质量百分数计，内核包括以下组分：污泥：65％～85％，过磷酸钙：6％～12％，硫酸钾：5％～10％，硝酸锰：3％～8％，磷酸铵：5％～11％，氯化钠：4％～10％；按质量百分数计，外壳包括以下组分：污染土壤：75％～85％，污泥：10％～15％，玻璃粉：5％～10％。本发明专利技术的核壳轻集料采用污泥为主要原料并加入无机盐类和含氮磷类的植物营养素制备内核，然后，采用污染土壤为主要原料并加入烧结助剂玻璃粉制备外壳，通过高温烧结的方法将外壳包覆在内核上，一方面，提高了污泥和污染土壤等固废资源化利用率，另一方面，开发了一种适用于植物水培用的轻集料，具有十分重要的经济、环保、科研意义。

A core-shell lightweight aggregate and its preparation method

The present invention provides a core-shell lightweight aggregate and its preparation method. The core-shell lightweight aggregate includes core and shell; the mass ratio of core and shell is 1:1-2:1; by mass percentage, the core includes the following components: sludge: 65%-85%, superphosphate: 6%-12%, potassium sulfate: 5%-10%, manganese nitrate: 3%-8%, ammonium phosphate: 5%-11%, sodium chloride: 4%. According to the mass percentage, the shell includes the following components: contaminated soil: 75% - 85%, sludge: 10% - 15%, glass powder: 5% - 10%. The core-shell light aggregate of the invention uses sludge as the main raw material and adds inorganic salts and plant nutrients containing nitrogen and phosphorus to prepare the core. Then, the contaminated soil is used as the main raw material and the sintering assistant glass powder is added to prepare the shell. The shell is coated on the core by high-temperature sintering method. On the one hand, the utilization ratio of solid waste resources such as sludge and contaminated soil is improved, on the other hand. On the other hand, a light aggregate suitable for plant hydroponics has been developed, which is of great economic, environmental and scientific significance.

【技术实现步骤摘要】
一种核壳轻集料及其制备方法
本专利技术涉及建筑材料
，特别涉及一种核壳轻集料及其制备方法。
技术介绍
目前，水培植物市场前景广阔，专用产品选择较少。轻集料在很多领域具有广泛应用，由于其具有一定孔隙率和透过性，其在自然水体的修复方面有所应用，但在植物水培方面的应用较少，其在植物水培方面的应用主要集中在保水保湿方面。而且，随着矿产资源开发、土壤化学污染等产生的大量固废，带来了严重的环境和社会问题。因此，开发一种适用于植物水培，且能够利用污泥、污染土壤等固废的轻集料具有十分重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种核壳轻集料，以解决现有植物水培用轻集料匮乏，固废资源化利用率低的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种核壳轻集料，包括内核和外壳；所述内核和外壳的质量比为1∶1～2∶1；按质量百分数计，所述内核包括以下组分：污泥：65％～85％，过磷酸钙：6％～12％，硫酸钾：5％～10％，硝酸锰：3％～8％，磷酸铵：5％～11％，氯化钠：4％～10％；按质量百分数计，所述外壳包括以下组分：污染土壤：75％～85％，污泥：10％～15％，玻璃粉：5％～10％。可选地，所述污泥的含水率为30％～40％；所述污泥烘干后的有机质含量为60％～70％。可选地，所述污染土壤的细度为0.074～0.080mm；按质量百分数计，所述污染土壤中氧化硅含量为60％～70％，氧化铝含量为10％～20％，氧化钙和氧化镁的总含量为1～10％。可选地，所述玻璃粉的平均粒径为小于2.5μm。可选地，所述过磷酸钙、所述硫酸钾、所述硝酸锰、所述磷酸铵、所述氯化钠的纯度大于90％。本专利技术的第二目的在于提供一种制备上述核壳轻集料的方法，该制备方法包括以下步骤：1)将所述污泥与所述磷酸钙、所述硫酸钾、所述硝酸锰、所述磷酸铵、所述氯化钠混合，然后，造粒，得到内核坯体；2)将所述污染土壤、所述污泥、所述玻璃粉混合，得到外壳粉料；3)将所述外壳粉料包覆在所述内核坯体表面并烘干，然后，在还原性气氛中烧结，制得核壳轻集料。可选地，所述步骤1)中所述造粒包括：将混合后的所述污泥、所述磷酸钙、所述硫酸钾、所述硝酸锰、所述磷酸铵、所述氯化钠在转速为30～40r/min，旋转倾角为45°～60°的条件下造粒成球。可选地，所述步骤3)中所述烧结的烧结工艺为：在400～600℃的条件下预烧10～30min，然后，在900～1000℃条件下烧结10～30min。可选地，所述步骤3)中将所述外壳粉料包覆在所述内核坯体表面包括：将所述外壳粉料在转速为30～40r/min，旋转倾角为45°～60°的条件下包覆在所述内核坯体表面。相对于现有技术，本专利技术所述的核壳轻集料具有以下优势：1、本专利技术的核壳轻集料采用污泥为主要原料并加入无机盐类和含氮磷类的植物营养素制备内核，然后，采用污染土壤为主要原料并加入烧结助剂玻璃粉制备外壳，通过高温烧结的方法将外壳包覆在内核上，形成内外不同物质、不同含水量的核壳结构，一方面，提高了污泥和污染土壤等固废资源化利用率，另一方面，开发了一种适用于植物水培用的轻集料，具有十分重要的经济、环保、科研意义。2、本专利技术采用在还原气氛中高温烧结的方法制备核壳轻集料，高温烧结过程中，一方面，可将污染土壤中的有害成分重金属离子等充分固化在材料内部，避免其对水培植物的生产造成不利影响，另一方面，可较大程度地保留内核中的无机盐类和含氮磷类的植物营养素，避免高温烧结，造成营养素的损失，且本专利技术将污泥集中在内核，将污染土壤集中在外壳，通过高温烧结形成核壳结构，可很大程度上降低污泥气味。3、本专利技术采用在高温烧结的方法制备核壳轻集料，在高温烧结过程中，一方面，污泥中的有机质分解会产生丰富的孔隙结构，使得内核和外界水形成一定浓度差，从而形成持续的扩散效应，而外壳作为具有一定密封效果的过渡截面，能较好的控制扩散的速度，两者共同作用，使得本专利技术的核壳轻集料在用于植物水培时其中的营养元素可稳定持久的扩散到水中，以供植物生长，进而有利于延长其使用寿命，另一方面，污泥中的有机质在高温下脱水成碳，可使本专利技术的核壳轻集料较强的吸附能力，进而使其具有良好的自我净化功能。4、本专利技术核壳轻集料的制备工艺简单，原料成本低，易用于实际生产和快速推广。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。以下实施例中，污染土壤来自冶金厂搬迁后原厂所在地的地表土壤，其主要用于形成具有一定强度的外壳，并延缓内核所含物质向外扩散的速度，其细度为0.074～0.080mm，且按质量百分数计，污染土壤种氧化硅含量为64％，氧化铝含量为14％，氧化钙含量为2％、氧化镁含量为1％；污泥为来自自来水厂的污泥经过脱水得到，其可在内核形成过程中提供骨架支撑作用，并提供良好的孔隙结构，以控制内部营养成分的释放，其含水率为40％，其烘干后的有机质含量为65％，自来水厂的污泥未脱水前的含水率为80～95％；玻璃粉为磨细得到的硅酸盐类白色粉末，其平均粒径为小于2.5μm，其可提高用于形成外壳的材料在高温烧结时的粘度，防止由内核和外壳形成核壳结构时发生破裂或变形；过磷酸钙、硫酸钾、硝酸锰、磷酸铵、氯化钠的纯度大于90％，其可为水培植物提供所需的各类营养物质以及提供对水培植物常见病症有治愈作用的物质。实施例1一种核壳轻集料，包括内核和外壳；内核和外壳的质量比为1∶1；按质量百分数计，内核包括以下组分：污泥：65％，过磷酸钙：8％，硫酸钾：6％，硝酸锰：7％，磷酸铵：5％，氯化钠：9％；按质量百分数计，外壳包括以下组分：污染土壤：75％，污泥：15％，玻璃粉：10％。制备上述核壳轻集料的方法，其具体包括以下步骤：1)按照上述原料比例，将污泥与磷酸钙、硫酸钾、硝酸锰、磷酸铵、氯化钠搅拌，以混合均匀，然后，通过成球机造粒成球，造粒过程中，成球机转速为35r/min，圆盘旋转倾角为45°，得到内核坯体；2)按照上述原料比例，将污染土壤、污泥、玻璃粉混合均匀，得到外壳粉料；3)采用成球机在转速为35r/min，圆盘旋转倾角为45°的条件下将外壳粉料包覆在内核坯体表面并烘干，然后，先在400℃的条件下预烧20min，再在900℃还原性气氛中烧结10min，制得核壳轻集料。对本实施例的核壳轻集料的性能进行测试。经测试可知，本实施例的核壳轻集料的筒压强度为7.84MPa，吸水率为15.37％。实施例2一种核壳轻集料，包括内核和外壳；内核和外壳的质量比为1∶1；按质量百分数计，内核包括以下组分：污泥：73％，过磷酸钙：8％，硫酸钾：5％，硝酸锰：4％，磷酸铵：6％，氯化钠：4％；按质量百分数计，外壳包括以下组分：污染土壤：75％，污泥：15％，玻璃粉：10％。制备上述核壳轻集料的方法，其具体包括以下步骤：1)按照上述原料比例，将污泥与磷酸钙、硫酸钾、硝酸锰、磷酸铵、氯化钠搅拌，以混合均匀，然后，通过成球机造粒成球，造粒过程中，成球机转速为35r/min，圆盘旋转倾角为45°，得到内核坯体；2)按照上述原料比例，将污染土壤、污泥、玻璃粉混合均匀，得到外壳粉料；3)采用成球机在转速为30r/min，圆盘旋转倾角为60°的条件下将外壳粉料包覆在内核坯体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳轻集料，其特征在于，包括内核和外壳；所述内核和外壳的质量比为1∶1～2∶1；按质量百分数计，所述内核包括以下组分：污泥：65％～85％，过磷酸钙：6％～12％，硫酸钾：5％～10％，硝酸锰：3％～8％，磷酸铵：5％～11％，氯化钠：4％～10％；按质量百分数计，所述外壳包括以下组分：污染土壤：75％～85％，污泥：10％～15％，玻璃粉：5％～10％。

【技术特征摘要】
1.一种核壳轻集料，其特征在于，包括内核和外壳；所述内核和外壳的质量比为1∶1～2∶1；按质量百分数计，所述内核包括以下组分：污泥：65％～85％，过磷酸钙：6％～12％，硫酸钾：5％～10％，硝酸锰：3％～8％，磷酸铵：5％～11％，氯化钠：4％～10％；按质量百分数计，所述外壳包括以下组分：污染土壤：75％～85％，污泥：10％～15％，玻璃粉：5％～10％。2.根据权利要求1所述的核壳轻集料，其特征在于，所述污泥的含水率为30％～40％；所述污泥烘干后的有机质含量为60％～70％。3.根据权利要求1所述的核壳轻集料，其特征在于，所述污染土壤的细度为0.074～0.080mm；按质量百分数计，所述污染土壤中氧化硅含量为60％～70％，氧化铝含量为10％～20％，氧化钙和氧化镁的总含量为1～10％。4.根据权利要求1所述的核壳轻集料，其特征在于，所述玻璃粉的平均粒径为小于2.5μm。5.根据权利要求1所述的核壳轻集料，其特征在于，所述过磷酸钙、所述硫酸钾、所述硝酸锰、所述磷酸铵、所述氯化钠的纯度大于90％。6.制备权利要求1至5任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：蹇守卫，高文斌，李宝栋，李相国，谭洪波，黄健，吕阳，马保国，吴任迪，黄伟超，樊黎，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42