一种纺织类物化污泥基免烧陶粒及其制备方法和应用与流程

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种利用高含水率纺织污泥制备的免烧陶粒的方法及其制备方法和应用。

背景技术：

棉纺织行业主要生产工艺主要有棉浆粕生产和粘胶纤维生产，两种工艺产生的酸洗废水和碱性废水在调节吹脱池内混合调节废水水质，并投加石灰与絮凝剂，经充分反应后进入初沉池，所以在纺织行业的生产过程中，会产生大量的纺织类物化污泥，目前这类污泥的处理处置方法有脱水填埋、高温协同焚烧处理等，这些方法存在污染土壤、大气等二次污染的风险；处理能耗高等缺陷。例如将初沉池产生的物化污泥输送至污泥脱水机房采用板框压滤机进行脱水，经脱水后污泥运往锅炉车间与煤掺匀后，进锅炉焚烧处置，板框压滤为传统干化脱水处理，此法耗能耗时且效果不明显。

目前国内外利用污泥制备陶粒的主要技术是高温烧结法，烧结法需要对污泥先进行干化脱水处理，有些研究甚至需要污泥预焚烧成污泥灰从而配合其他辅料添加剂来制备陶粒。这种方法操作复杂，能耗大且污染严重。若能将纺织类物化污泥制备陶粒，可以实现此类污泥的高附加值资源化利用。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种纺织类物化污泥免烧陶粒，本发明将纺织类物化污泥、粉煤灰固体废弃物进行变废为宝的资源化利用，并且克服现有的免烧陶粒强度低、吸水率高等缺点，提供了一种低能耗、无需烧制、性能优良的纺织类物化污泥基免烧陶粒。

本发明旨在用纺织类物化污泥与粉煤灰替代粘土制备陶粒，以充分利用纺织类物化污泥和粉煤灰中大量氧化物(如sio2、al2o3、fe2o3、cao、mgo等)和纺织类物化污泥中原有水分，同时借助于水化硬化反应，固化纺织类物化污泥中重金属(主要为zn⁺)。本发明通过纺织污泥、粉煤灰与胶凝材料及其他添加剂的物理化学作用，借助陶粒坯体内大量水的缓释作用，完成陶粒内部组成的一系列硬化反应，经养护形成高性能免烧陶粒。

本发明还提供纺织类物化污泥基免烧陶粒及其制备方法及其应用。

技术方案：为了实现上述目的，本发明所述一种纺织类物化污泥基免烧陶粒，主要由以下重量百分比的原料所制成：湿纺织污泥：20～30％、粉煤灰：40～50％、水泥(干料)：25～35％、水玻璃：4.5％～10％、聚乙烯醇：0.5～5％。

作为优选，主要由以下重量百分比的原料所制成：湿纺织污泥：23～30％、粉煤灰：40～45％、水泥(干料)：25～30％、水玻璃：4.5％～10％、聚乙烯醇：0.5～5％。

其中，所述湿纺织污泥含水率为45-55％，优选含水率为55％左右。

其中，所述水玻璃、水泥干料的粒径均为过60目的筛下物。

其中，所述水泥使用市售42.5r级硅酸盐水泥；所述水玻璃为普通市售工业硅酸钠。

本发明所述的纺织污泥基免烧陶粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料的预处理：将纺织污泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将粉煤灰、水玻璃、水泥干料、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入步骤(1)预处理的纺织污泥中并搅拌均匀至粘稠坯料；

(3)造粒成球：粘稠坯料由螺旋式挤出机挤出并连续切断，挤出直径为10～25mm，切割成长度为10～25mm的条块状颗粒落入圆盘造粒机，随圆盘旋转滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：将滚至圆球状物料经过12～48h室温静置干燥后得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没水养60～80h；

(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护20d～30d，养护结束后得到纺织类物化污泥基免烧陶粒成品。

其中，步骤(1)中除杂主要去除湿纺织污泥中的石块、垃圾、水草等杂质；步骤(1)中均质后湿纺织污泥成分均匀化。

作为优选，步骤(3)所述粘稠坯料由螺旋式挤出机挤出并连续切断，挤出直径为15～20mm，切割成长度为15～20mm的条块状颗粒，落入圆盘造粒机滚至圆球状。

作为优选，步骤(4)所述室温静置干燥15～25h得到陶粒样品浸水时间为65～75h。

作为优选，步骤(5)所述养护时间为21d～28d。

本发明所述纺织污泥基免烧陶粒在制备和生产绿色生态环保建筑材料中的应用。

尤其是能够满足工业滤料、建材轻骨料的市场需求。

本发明中的原料和试剂均市售可得。

设计原理：本发明同时利用了粉煤灰与纺织类物化污泥两种废弃物，通过纺织类物化污泥和粉煤灰中的组分(如sio2、al2o3、fe2o3、cao、mgo等)可以与水泥发生水化硬化反应，同时反应生成的产物对重金属zn²⁺有较好的固化效果，使重金属以稳定态络合物等形式存在，从而有效控制了陶粒中重金属的浸出。本发明不仅可以大比例消耗纺织类物化污泥和粉煤灰这二种工业固体废物，同时制成的陶粒可以满足轻集料国标作为建材使用，达到固体废物资源化利用的目的。

在本发明中纺织类物化污泥的主要氧化物组成与黏土类物料相似，可作为制备陶粒原料的组分要求。另外此类污泥因其前段工艺的特殊性，在污泥中含有一定比例的重金属硫酸盐(主要是znso4)，本发明主要通过设计优选的原物料配方和合理的免烧固化工艺，通过固化反应过程，使其中的重金属(主要是zn²⁺)变成稳定态的物质，同时降低陶粒产品中的硫含量。通过本发明成分配方设计，不仅可制备出力学性能满足国标要求的陶粒制品；同时实现了此类污泥中硫酸盐类重金属的良好固化和稳定化，所制备陶粒产品的重金属浸出和硫含量满足国家标准，不超标。

本发明中前期采用过单一利用纺织类物化污泥为主要原料，水泥作为固化剂来制备免烧陶粒，发现所制备陶粒硫含量超标，原因是原料配比中纺织类物化污泥占比较高，而纺织类物化污泥中含有大量的硫酸盐(主要是znso4)，约占纺织类物化污泥总质量的15％，得到的陶粒成品中硫含量为4％～7％，高于轻集料国标中规定的1％，不能满足要求，而如果通过提高水泥含量来降低硫含量，的确可以使所制备陶粒的硫含量降低，达到要求。但是这样不仅会因为水泥量的增加导致成本升高，同时会因为大量使用水泥导致制备的陶粒较重不符合轻集料要求。

本发明发现利用粉煤灰可以克服上述缺陷：a.粉煤灰与水泥化学组成相似，能够提供水化反应所需要的必要组分；b.粉煤灰中基本不含硫，从而达到降低陶粒硫含量以满足国标的要求；c.粉煤灰的密度小，与添加水泥相比添加粉煤灰可以使制成的陶粒密度降低；d.粉煤灰也是一种工业固体废物，使用粉煤灰可以达到固体废物资源化利用目的。基于以上四点，选择粉煤灰作为纺织类物化污泥陶粒的另一种原料(纺织类物化污泥控制在30％以下时，所制备陶粒产品的各项性能指标可满足国标中的相应要求)。但是在加入粉煤灰后，发现陶粒难以成型，容易开裂，本发明选用水玻璃作为粉煤灰的粘结剂能有效增强陶粒的可塑性，防止陶粒开裂，并辅以聚乙烯醇作为添加剂起到了增强坯料粘度，方便造粒成型，最终起到减少陶粒破损和增加陶粒强度的作用。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明首次使用纺织类物化污泥作为免烧陶粒的原料，将纺织污泥类固体废弃物进行变废为宝的资源化利用，并且克服现有的免烧陶粒强度低、吸水率高等缺点，提供了一种低能耗、无需烧制、性能优良的纺织污泥基免烧陶粒，同时固化了纺织污泥中含有的zn²⁺。本发明利用聚乙烯醇具有超高粘度以及其特殊分子结构，主要起增强、粘合和造粒等作用；水玻璃起到防止陶粒开裂的作用；粉煤灰起到增加固化反应必要的组分元素和降低陶粒硫含量的作用；胶凝材料在本发明法中选用42.5r硅酸盐水泥，由于水泥生成氢氧化钙，与纺织类物化污泥与粉煤灰中激发出的sio2和活性al2o3反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，进而形成钙矾石，另外水泥作为胶凝材料，将各原料充分胶结混合。

2、本发明通过控制各物料(湿纺织类物化污泥、水泥、粉煤灰、水玻璃)的配比，充分发挥各物料的作用，制得的纺织类物化污泥基免烧陶粒质量优良，由于各种原料的作用，结合该方法的工艺步骤和参数的合理设计，使得该方法不需要对纺织污泥进行传统的脱水干燥处理，并且陶粒成型过程中不需要高温焙烧，大大降低了生产能耗和简化了生产步骤，直接制得免烧陶粒，而且制得的产品强度较传统免烧陶粒得到了大幅提高；同时，该方法的养护步骤简便，降低了生产成本，能够消耗大量纺织污泥和粉煤灰，并且生产能耗低、强度高，生产的纺织污泥基免烧陶粒满足建筑市场的需求。

3、本发明制备方法中采用螺旋挤出机挤出切割造粒，圆盘造粒机滚球，全过程连续无间断，此方法克服了传统成球盘粉尘大的缺点，螺旋式挤出造粒可以借助螺旋辊轮、活塞、回转叶片使粘稠坯料在加压搅拌过程中，通过网板孔挤出。使造出的颗粒截面规则、均一、生产量大；颗粒圆润、饱满、致密，强度高。

4、利用本发明生产的纺织类物化污泥基陶粒满足gb17431.1～2010中普通轻集料陶粒标准，也可达到如下技术指标：粒径范围：5～20mm；堆积密度：600～800kg/m³；筒压强度：≥2mpa(一等品)；1h吸水率：≤22％；可以有效应用在制备和生产绿色生态环保建筑材料中，能够满足工业滤料、建材轻骨料的市场需求。

5、利用本发明纺织类物化污泥基陶粒满足gb5085.3～2007中固体废物浸出毒性的限制，达到了固化重金属(主要是zn²⁺)的需求，同时也避免了硫含量超标的问题。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明内容不仅仅局限于下面的实例。

本发明中的原料均由市售可得，各厂家的同样产品均可。

本发明实施例中的湿纺织污泥含水率约55％；水泥使用市售42.5r级硅酸盐水泥；粉煤灰使用燃煤电厂粉煤灰；水玻璃为普通市售工业硅酸钠；粉煤灰、水泥干料的粒径约80目。聚乙烯醇[c2h4o]n为聚乙烯醇2488，平均分子量为117000-122000。

实施例1

利用高含水率纺织类物化污泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿纺织类物化污泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将粉煤灰、水泥干料、水玻璃、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿纺织类物化污泥中并搅拌均匀至粘稠坯料；

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：30％；粉煤灰：40％；水泥：25％；水玻璃：4.5％；聚乙烯醇：0.5％；

(3)造粒成球：粘稠坯料由螺旋式挤出机挤出并连续切断，挤出直径为15mm，切割成长度为15mm的条块状颗粒落入圆盘造粒机，随圆盘旋转滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：将滚至圆球状物料经过48h室温静置干燥后得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没水养72h；

(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护21d，得到纺织类物化污泥基免烧陶粒。

本实例所得的纺织类物化污泥基免烧陶粒的筒压强度值为2.58mpa，堆积密度为800kg/m³，1h吸水率为7％，测试方法符合gb17431.2-2010轻集料及其试验方法的标准要求，性能符合gb17431.1-2010中普通轻集料的要求，浸出毒性符合gb5085.3～2007中固体废物浸出毒性的限制。

实施例2

利用高含水率纺织类物化污泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿纺织类物化污泥除杂、均质化处理；

(2)配料：配料：将粉煤灰、水泥干料、水玻璃、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿纺织类物化污泥中并搅拌均匀至粘稠坯料；

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：25％；粉煤灰：45％；水泥：25％；水玻璃：4.5％；聚乙烯醇：0.5％；

(3)造粒成球：粘稠坯料由螺旋式挤出机挤出并连续切断，挤出直径为20mm，切割成长度为20mm的条块状颗粒落入圆盘造粒机，随圆盘旋转滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：将滚至圆球状物料经过24h室温静置干燥后得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没水养72h；

(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护21d，得到纺织类物化污泥基免烧陶粒。

本实例所得的纺织类物化污泥基免烧陶粒的筒压强度值为2.85mpa，堆积密度为750kg/m³，1h吸水率为11％，测试方法符合gb17431.2-2010轻集料及其试验方法的标准要求，性能符合gb17431.1-2010中普通轻集料的要求，浸出毒性符合gb5085.3～2007中固体废物浸出毒性的限制。

实施例3

利用高含水率纺织类物化污泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿纺织类物化污泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将粉煤灰、水玻璃、水泥干料、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿纺织类物化污泥中并搅拌均匀至粘稠坯料；

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织污泥：25％；粉煤灰：40％；水泥：30％；水玻璃：4.5％；聚乙烯醇：0.5％；

(3)造粒成球：粘稠坯料由螺旋式挤出机挤出并连续切断，挤出直径为15mm，切割成长度为15mm的条块状颗粒落入圆盘造粒机，随圆盘旋转滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：将滚至圆球状物料经过48h室温静置干燥后得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没水养72h；

(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护21d，得到纺织类物化污泥基免烧陶粒。

本实例所得的纺织类物化污泥基免烧陶粒的筒压强度值为4.2mpa，堆积密度为820kg/m³，1h吸水率为5％，测试方法符合gb17431.2-2010轻集料及其试验方法的标准要求，性能符合gb17431.1-2010中普通轻集料的要求，浸出毒性符合gb5085.3～2007中固体废物浸出毒性的限制。

实施例4

利用高含水率纺织类物化污泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿纺织类物化污泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将粉煤灰、水泥干料、水玻璃、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿纺织类物化污泥中并搅拌均匀至粘稠坯料；

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：25％；粉煤灰：40％；水泥：30％；水玻璃：4.5％；聚乙烯醇：0.5％；

(3)造粒成球：粘稠坯料由螺旋式挤出机挤出并连续切断，挤出直径为15mm，切割成长度为15mm的条块状颗粒落入圆盘造粒机，随圆盘旋转滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：将滚至圆球状物料经过48h室温静置干燥后得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没水养72h；

(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护21d，得到纺织类物化污泥基免烧陶粒。

实施例5

利用高含水率纺织类物化污泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿纺织类物化污泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将粉煤灰、水泥干料、水玻璃、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿纺织类物化污泥中并搅拌均匀至粘稠坯料；

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：26％；粉煤灰：44％；水泥：25％；水玻璃：4.5％；聚乙烯醇：0.5％；

(3)造粒成球：粘稠坯料由螺旋式挤出机挤出并连续切断，挤出直径为20mm，切割成长度为20mm的条块状颗粒落入圆盘造粒机，随圆盘旋转滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：将滚至圆球状物料经过24h室温静置干燥后得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没水养72h；

(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护21d，得到纺织类物化污泥基免烧陶粒。

实施例6

利用高含水率纺织类物化污泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿纺织类物化污泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将粉煤灰、水泥干料、水玻璃、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿纺织类物化污泥中并搅拌均匀至粘稠坯料；

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：28％；粉煤灰：42％；水泥：25％；水玻璃：4.5％；聚乙烯醇：0.5％；

(3)造粒成球：粘稠坯料由螺旋式挤出机挤出并连续切断，挤出直径为15mm，切割成长度为15mm的条块状颗粒落入圆盘造粒机，随圆盘旋转滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：将滚至圆球状物料经过24h室温静置干燥后得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没水养72h；

(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护21d，得到纺织类物化污泥基免烧陶粒。

实施例7

实施例7与实施例1制备方法相同，不同之处在于：

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：25％；粉煤灰：40％；水泥：25％；水玻璃：8％；聚乙烯醇：2％；

步骤(4)陶粒样品初级水养：经过15h室温静置干燥后，将得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没75h；

步骤(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护20d，得到纺织类物化污泥基免烧陶粒。

实施例8

实施例8与实施例1制备方法相同，不同之处在于：

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：20％；粉煤灰：50％；水泥：25％；水玻璃：4.5％；聚乙烯醇：0.5％；

步骤(3)挤出直径为25mm，切割成长度为25mm的条块状颗粒落入圆盘造粒机，随圆盘旋转滚至圆球状；

步骤(4)陶粒样品初级水养：经过12h室温静置干燥后，将得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没60h；

步骤(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护30d，得到纺织类物化污泥基免烧陶粒。

实施例9

实施例9与实施例1制备方法相同，不同之处在于：

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：23％；粉煤灰：40％；水泥：25％；水玻璃：10％；聚乙烯醇：2％；

步骤(4)陶粒样品初级水养：经过25h室温静置干燥后，将得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没80h；

步骤(5)保水自然养护：将经过初级水养的陶粒放入养护箱中保水自然养护，在室温条件下养护28d，得到纺织类物化污泥基免烧陶粒。

实施例10

实施例10与实施例1制备方法相同，不同之处在于：

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：20％；粉煤灰：40％；水泥：35％；水玻璃：4.5％；聚乙烯醇：0.5％。

实施例11

实施例11与实施例1制备方法相同，不同之处在于：

其中，各物料所占质量百分比分别是：湿纺织类物化污泥：25％；粉煤灰：40％；水泥：25％；水玻璃：5％；聚乙烯醇：5％。本实施例中可采用45％含水率的湿纺织污泥。

实施例4-11制备的纺织类物化污泥基免烧陶粒均可达到如下技术指标：粒径范围：5～20mm；堆积密度：600～850kg/m³；筒压强度：≥2mpa(一等品)；1h吸水率：≤22％；重金属浸出不超标(尤其是zn⁺)；可以有效应用在制备和生产绿色生态环保建筑材料中，能够满足工业滤料、建材轻骨料的市场需求。

综上，本发明提出了一种纺织类物化污泥基免烧陶粒，本发明利用水泥、粉煤灰和污泥中的cao，sio2，mgo，与水中的oh^-结合在水化过程中生成ca(oh)2、水化硅酸钙(c-s-h)凝胶、水化硅酸镁(m-s-h)凝胶，这些物质均具有吸附性，可以吸附并沉降纺织类物化污泥中的重金属离子(主要是zn²⁺)。使得免烧陶粒中的重金属由可溶态离子形式向不溶态或络合态的金属氢氧化物、碳酸盐类化合物等形式转化。此外，水泥、粉煤灰作为固化剂与水发生反应后生成的水化产物结构致密、强度较高，对重金属离子也有包裹和吸附作用，促进了重金属(主要是zn²⁺)由非稳定态向稳定态的转化，水玻璃和聚乙烯醇作为添加剂起到了增强坯料粘度，方便造粒成型，减少陶粒破损和增加陶粒强度的作用。本发明将纺织类物化污泥与粉煤灰类固体废弃物进行变废为宝，并且达到了固化纺织污泥中有害重金属(主要为zn²⁺)的效果，同时克服免烧陶粒强度低、吸水率高等缺点，提供了一种低能耗、无需烧制、性能优良的纺织类物化污泥基免烧陶粒。本发明能够消耗大量高含水率纺织类物化污泥与粉煤灰，废物利用率高，生产能耗低，生产的纺织类物化污泥基免烧陶粒能够满足工业滤料、建材轻骨料的市场需求。

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