一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法及其设备技术

本发明专利技术涉及一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法及设备，所述方法主要由原料粉碎、预混合、湿法球磨、筛分、发泡、养护成型、脱模、烧结及冷却工序组成。本发明专利技术还提供了实施一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法的设备，其工艺流程简单，自动化程度高，生产过程清洁，产品绿色环保。本发明专利技术主要优点在于利用污泥热解残渣作为生产泡沫陶瓷的主要原料，一方面极大降低了泡沫陶瓷的制备成本，另一方面，也为污泥热解产物的无害化处理与资源化安全利用提供了新的途径，具有良好的环境效益与经济效益。

A method and equipment for making foam ceramics by using sludge pyrolysis residue

The invention relates to a method and device for preparing foam ceramic by utilizing sludge pyrolysis residue. The method is mainly composed of raw material comminution, pre mixing, wet ball milling, screening, foaming, curing molding, demoulding, sintering and cooling process. The invention also provides a device for implementing a method of preparing foam ceramics by using sludge pyrolysis residue, and has the advantages of simple process, high automation, clean production process, and product's green and environmental protection. The invention has the advantages of using sludge pyrolysis residue as the main raw material for the production of foam ceramics, one hand greatly reduces the cost of preparation of foam ceramics, on the other hand, it provides a new way for harmless treatment and safe utilization of sludge pyrolysis products, with good environmental and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法及其设备
本专利技术涉及固体废弃物资源化利用
，尤其是涉及一种污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法及其设备。
技术介绍
随着经济的快速发展，城市污水处理厂产的生污泥量大幅增加，预计到2020年将达到6000万吨。如何实现污泥的资源化利用是目前国内外研究都关注的焦点问题。无论采用何种工艺，减量化、无害化与最终产物的资源化是污泥处理的发展趋势。近年来，污泥热解技术作为一种比较先进的污泥处理技术而备受国内外关注。该工艺能够实现污泥无害化与减量化，但是对于热解残渣的资源化利用尚处于探索阶段。虽然有部分研究都将热解残渣作为生物炭用于改良土壤，但出于对污泥热解产物中含有的重金属对土壤造成二次累积污染的担忧，使其尚未得到大规模的应用。因此，寻求污泥热解产物的多途径资源化利用，是推动新技术应用的关键环节。泡沫陶瓷是一种造型上像泡沫状的多孔陶瓷，具有均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小、比表面大，具有陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好、强度高、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性等特点，可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、保温材料、吸声减震、特种墙体材料和传感器材料等方面得到广泛的应用。中国专利技术专利CN103979998B涉及一种空心泡沫陶瓷板及其制备方法，原料组成包括:膨润土、高岭土、粘土、碳化硅、无烟煤、花岗岩石材废渣、石灰石、生石膏和铁矿，制备方法步骤如下：(1)粉碎各原料并混合形成混合原料；(2)将混合原料和水在搅拌机内进行混和，制得湿料；(3)将上述湿料送入练泥机进行混练，制得泥料；(4)将泥料送入真空挤出机经模口进行成型，然后切割制得湿坯体；(5)将湿坯体干燥制得干坯体；(6)将干坯体送入烧成窑中1140℃～1180℃烧成后，制得空心泡沫陶瓷板。该方法以石材废渣为主要原料，需要进行复杂的配料，原料浆液未经发泡处理，孔隙结构差，且不涉及利用污泥热解残渣的资源化利用。中国专利技术专利CN104098342B涉及一种装饰保温型泡沫陶瓷及生产工艺方法，以珍珠岩尾矿泡沫陶瓷粉料为基料形成冷颜色，以油页岩渣、页岩、凝灰岩泡沫陶瓷为造粒料形成暖颜色点状的装饰保温型泡沫陶瓷材料，该专利技术产品集装饰、保温于一体，花色丰富，冷暖分明；产品导热系数小，无机质防火性能好；原料来源广泛，配方简化，可大量利用工业废渣。中国专利技术专利申请CN106146027A公开了一种以钢渣为原料的泡沫陶瓷墙材及其制备方法，通过混合、球磨、成型，在1020℃～1250℃烧成制得，制备泡沫陶瓷墙材有闭气孔率高、吸水率低、抗压强度较高等特性，是一种性能优良的保温隔热墙材。上述专利申请主要以粘土、矿石和工业固体废弃物钢渣等为原料，烧结制备泡沫陶瓷，虽充分利用固体废弃物，变废为宝，但原料成份调控不易，制备成本较高，产品的使用范围较窄，主要适用于保温材料，性价比较低，也未提及使用污泥热解残渣作为原料。研究发现城市生活污水处理厂污泥或工业污泥经热解后所得到的残渣中，主要由Si、Al、Fe，Ca、Na、Mg等元素的金属氧化矿物组成，而且热解残渣中还残留有5-8％的碳，是制备泡沫陶瓷的良好原料。直接将污泥热解残渣烧制泡沫陶瓷，一方面充分发挥残渣中有效组分的作用，无需复杂的配料过程，降低了泡沫陶瓷的制备成本，另一方面，通过高温烧结实现其中重金属等有害元素的固化与稳定化，为污泥热解残渣的资源化安全利用提供新途径，这对于污泥热处置领域与泡沫陶瓷领域均具有良好意义。中国专利申请CN101289332A公开了一种用固体废渣生产低温陶瓷泡沫材料的生产方法，组分按质量比配合为胶凝材料原料100份，骨料原料100-400份，活化剂13-50份，助剂0.2-3.0份，发泡剂0.04-1.0份，溶剂15-50份。其中，骨料主要由废渣组成，包括污泥焚烧产生的焚化渣等，用量不高且采用的是低温养护方法，因此，需要配合大量的水泥等胶凝材料，虽然实现了固体废渣的资源化利用，但生产成本较高；而且，该方法采用低温养护成型的工艺，没有高温烧结过程，一方面难以固定稳定化原料中可能存在的重金属离子，产品使用过程中存在重金属离子渗出的风险，因此，对某些重金属不超标的污泥高温焚烧渣适用，但不适用于经400～800℃热解后的污泥残渣；另一方面，低温养护制备的陶瓷泡沫材料强度低，仅适用于装饰材料与保温材料，应用范围小。
技术实现思路
本专利技术充分利用污泥热解残渣中的有效元素，将其作为泡沫陶瓷的原料，原料来源简单，成本低廉，不但克服了泡沫陶瓷的原料成本高等问题，而且还为污泥热解残渣的资源化利用提供了新的途径。为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法，包括以下步骤：(a)将污泥热解残渣粉碎至粒度小于1mm；(b)将上步粉碎后的污泥热解残渣与流变剂、造孔剂进行预混合，然后将预混合后的物料输送至湿法球磨中加水进行湿法球磨，得到浆料；(c)将上步湿法球磨后的浆料过200目筛，筛上物返回湿法球磨循环使用，筛下物为用于发泡的原料浆，然后在原料浆中加入发泡剂，进行发泡；(d)将发泡后的浆料倒入成型模具中，养护成型，脱模后制成烧结胚料；(e)将上步得到的烧结胚料进行高温烧结，冷却后得到泡沫陶瓷产品。所述步骤(a)中的污泥热解残渣是由城市污水处理厂污泥或工业污泥经过无氧或缺氧条件下热解所得到的残渣，热解温度为400～800℃，时间为10～60min；所述步骤(b)中，所述的流变剂为膨润土、高岭土或羟基纤维素，添加比例为粉碎后污泥热解残渣质量的2％～15％，可以改善原料浆的流动性和可塑性，使得发泡成型更容易；造孔剂为生物质粉末、碳粉或碳酸盐，添加比例为粉碎后污泥热解残渣质量的3％～9％，比例太低，造孔效果不明显，影响泡沫陶瓷的质量，添加比例过高，不但增加成本，对造孔提高程度不明显，且易使污泥热解残渣中的重金属不稳定，从造成潜在环境污染；预混合后的物料加水进行湿法球磨时加水至质量固液比为10～30％，水添加比例低，容易成泥浆状，无法进行均匀细磨，影响球磨效果；水添加过高，则细磨效率低，耗能高。所述步骤(c)中，发泡剂为聚醚酰亚胺、聚丙烯酰胺或十二烷基硫酸钠，添加比例为原料浆质量的0.5～2％；所述的发泡工艺为，加入发泡剂后进行搅拌，搅拌速度为200～800r/min，搅拌时间为5～30min，搅拌方式为机械搅拌或磁力搅拌，发泡后料浆体积增加30～200％。所述步骤(d)中，成型模具形状为圆柱体、圆盘形、长方体或正方体，模具体积为10～500cm3,养护成型的温度为25～100℃，养护成型时间为8～24h。所述步骤(e)中，烧结温度控制过程为1000～1200℃，烧结的时间为20～60min；冷却方式为随炉冷却或鼓风冷却，冷却速率为<10℃/min。烧结工艺对泡沫陶瓷的显气孔率、抗压与抗折强度影响最为明显，当烧结温度低于1000℃，泡沫陶瓷烧结不充分，基本以原料颗粒的形式堆积而成，抗压抗折强度低，而且污泥热解残渣中的重金属组份未得到良好固化稳定化，具有潜在环境风险；当烧结温度高于1200℃，因气孔坍塌而缩聚导致气孔率快速降低，无法形成良好的孔隙结构，泡沫陶瓷产品质量差，同时浪费能源。本专利技术还提出一种实施利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法的设备，主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于：包括以下步骤：(a)将污泥热解残渣粉碎至粒度小于1mm；(b)将上步粉碎后的污泥热解残渣与流变剂、造孔剂进行预混合，然后将预混合后的物料输送至湿法球磨中加水进行湿法球磨，得到浆料；(c)将上步湿法球磨后的浆料过200目筛，筛上物返回湿法球磨循环使用，筛下物为用于发泡的原料浆，然后在原料浆中加入发泡剂，进行发泡；(d)将发泡后的浆料倒入成型模具中，养护成型，脱模后制成烧结胚料；(e)将上步得到的烧结胚料进行高温烧结，冷却后得到泡沫陶瓷产品。

【技术特征摘要】
1.一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于：包括以下步骤：(a)将污泥热解残渣粉碎至粒度小于1mm；(b)将上步粉碎后的污泥热解残渣与流变剂、造孔剂进行预混合，然后将预混合后的物料输送至湿法球磨中加水进行湿法球磨，得到浆料；(c)将上步湿法球磨后的浆料过200目筛，筛上物返回湿法球磨循环使用，筛下物为用于发泡的原料浆，然后在原料浆中加入发泡剂，进行发泡；(d)将发泡后的浆料倒入成型模具中，养护成型，脱模后制成烧结胚料；(e)将上步得到的烧结胚料进行高温烧结，冷却后得到泡沫陶瓷产品。2.根据权利要求1所述的一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤(a)中的污泥热解残渣是由城市污水处理厂污泥或工业污泥经过无氧或缺氧条件下热解所得到的残渣，热解温度为400～800℃，时间为10～60min。3.根据权利要求1所述的一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤(b)中，所述的流变剂为膨润土、高岭土或羟基纤维素，添加比例为粉碎后污泥热解残渣质量的2％～15％；造孔剂为生物质粉末、碳粉或碳酸盐，添加比例为粉碎后污泥热解残渣质量的3％～9％；预混合后的物料加水进行湿法球磨时加水至质量固液比为10～30％。4.根据权利要求1所述的一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤(c)中，发泡剂为聚醚酰亚胺、聚丙烯酰胺或十二烷基硫酸钠，添加比例为原料浆质量的0.5～2％；所述的发泡工艺为，加入发泡剂后进行搅拌，搅拌速度为200～800r/min，搅拌时间为5～30min，搅拌方式为机械搅拌或磁力搅拌。5.根据权利要求1所述的一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤(d)中，成型模具形状为圆柱体、圆盘形、长方体或正方体，模具体积为10～500cm3，养护成型的温度为25～100℃，养护成型时间为8～24h。6.根据权利要求1所述的一种利用污泥热解残渣制备泡沫陶瓷的方法，其特征在于：所述步骤(e)中，烧结温度控制过程为1000～1200℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余广炜，李杰，汪印，谢胜禹，汪刚，马建立，商晓甫，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，中国科学院大学，天津环科立嘉环境修复科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35