本發明屬于陶粒制備領域，具體涉及到一種以城市污泥為原料的陶粒的制備方法。
背景技術：
：近年來，隨著我國城市的飛速發展，人口的增多，城市污泥量明顯增加，對于城市污泥傳統的處理方法是堆肥、焚化、填海，其中的大量有害微生物及重金屬及其瀝出物所造成的污染已經引起了人們的關注。近年來的環保法規對城市污泥處理已經作出了嚴格的規定，如幾年前城市污泥可以直接作農業肥料，由于污泥中的重金屬含量較高，現在已經禁止污泥作為肥料使用。利用城市污泥生產陶粒是最有效的城市污泥處理方法之一，不僅有效的解決了城市污泥的堆放問題，避免排放不當對環境造成的二次污染，而且陶粒作為輕骨料可以用于基礎建筑，也緩解了砂、石等建材緊張的資源危機，符合當前國家固體廢棄物資源化利用的政策。但是目前污水處理廠的城市污泥中有機質含量過高，其絕干比重占70％以上，單純使用這種污泥焙燒陶粒在通常情況下是不可行的。如果生料球處于高溫之下，首先失去的是占總體積90％以上的可燃物，可燃物變成灰燼體積急劇變小，料球失去支撐而瓦解，粉末狀的無機物質在高溫下會形成一些微小顆粒或崩散為粉末，也有少量小顆粒會破壁相互粘連形成較大顆粒，但為數不多，可被稱為渣滓，這些渣滓具有一定的活性，理論上可作為生產水泥的填充料，但因為原料污泥本身的不穩定，這些渣滓的活性也極不穩定，所以很難被采用。將城市污泥制備成陶粒，焙燒工藝是重要的因素，不僅決定了焙燒的燒脹過程，而且對于陶粒的微觀結構及晶相組成有重要的影響。除此之外，陶粒原料成分、配比結構也對陶粒的品質影響顯著。中國專利申請號2011101491242(申請日為2011.06.03)的《城市污水處理廠污泥處置及資源化利用的方法》公開了一種城市污水處理廠污泥處置及資源化利用的方法，以城市污水處理廠的居民生活污泥為原料，經過干燥、攪拌、造粒、燒結、破碎、除塵、粉篩的步驟，將污泥燒制為能為人們所利用的陶粒，由于該方法以單一的城市污泥為原料，污泥成分比較單一，得到的陶粒在性能及其應用方面有一定的局限性。中國專利申請號021149380(申請日為2002.03.07)的《一種利用污水處理廠生物污泥燒制粘土陶粒的方法》公開了一種利用污水處理廠生物污泥燒制粘土陶粒的方法，具體的原料組分包括粘土、污水處理廠干生物污泥、石灰石、鐵粉，該方法使用了較多的粘土，造成資源的浪費。因此，需要探索一種將城市污泥和各種輔料相結合，輔以特定的生產工藝的制備陶粒的方法，以得到性能和品質有所改善的適應不同需求的陶粒，進而擴大陶粒的應用范圍。技術實現要素：為了解決現有技術的問題，本發明提供了一種以城市污泥為原料的陶粒的制備方法。該制備方法制得的陶粒強度較高、堆積密度小，不僅有利于保護環境，節約資源，而且符合國家標準要求，滿足市場需求，使該陶粒更好的向市場推廣。為了達到上述目的，本發明提供以下技術方案：以城市污泥為原料的陶粒的制備方法，由以下具體步驟制成：(1)干燥：對城市污泥濃縮、消化、機械脫水、烘干，得到含水率為22～24％的原料污泥；以上的消化步驟為，采用普通厭氧工藝法去除污泥中的易生化的有機物，具體為，將城市污泥投入消化池中，加入兼性菌和厭氧菌，將城市污泥中的可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和水等物質；(2)配料：按以下的重量份數配比取各原料：原料污泥80～120、粉煤灰10～20、高嶺土1～5、煉鋼爐渣5～20、沸石5～15、赤鐵礦1～5、鈣質頁巖5～15、垃圾焚燒飛灰5～20、fe2o30.5～2、廢玻璃1～4、碳酸鈣0.1～2、十二烷基硫酸鈉0.1～2、苯甲酸鈉0.1～1.5；(3)取步驟(2)中的各原料，混合、攪拌均勻，將攪拌后的物料投入造粒機中造粒，粒徑控制在15～20mm之間；(4)將造粒后的料球顆粒置于90-110℃下干燥1～2小時，再在220～280℃預熱10～20分鐘，然后迅速轉移至燒結設備中燒結；燒結設備中進行兩段式燒結，先低溫燒結，后高溫燒結；燒結設備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為600～800℃，爐膛b提供的溫度為900～1100℃；預熱后的物料在爐膛a中燒制3～5分鐘，再迅速轉移到爐膛b中燒制4～6分鐘，冷卻至室溫；(5)將冷卻后的物料卸下，并且對大塊的燒成物破碎，使破碎物料的最大粒徑控制在20～26mm之間；(6)對破碎后的物料分篩，分篩出粒徑為5～15mm的陶粒，15～26mm的陶粒，0.5～5mm的陶砂，粒徑小于0.5mm的細末。優選地，垃圾焚燒飛灰來自于城市固體廢物處理廠。采用上述技術方案，本發明的有益效果是：(1)按照本發明的方法制備得到的陶粒減少了大塊燒成物的產生，從而也相應的減少了后續的破碎工作，節省了能耗；(2)制備得到的陶粒的筒壓強度大，堆積密度低，明顯改善了陶粒的品質和性能，擴大了應用范圍，可更好的向市場推廣；(3)利用城市污泥、煉鋼爐渣、垃圾焚燒飛灰、廢玻璃等進行陶粒的制備，是廢棄物的轉化的一種循環利用方式，有利于保護環境。具體實施方式下面結合實施例進一步說明本發明。實施例1以取自青島市某污水處理廠的城市污泥為原料的陶粒的制備方法，由以下具體步驟制成：(1)干燥：對城市污泥進行濃縮、消化、機械脫水、烘干，得到的原料污泥含水率為23％左右；消化的具體步驟為：將城市污泥投入至消化池中，在消化池中加入甲烷菌菌劑、產乙酸菌菌劑，調節城市污泥的ph為6.5左右，于37℃左右厭氧處理30小時左右；其中每噸城市污泥中投入甲烷菌劑2升，投入產乙酸菌菌劑2升，每升菌劑中，活菌數量為109-1012cfu/g；(2)配料：按以下重量份數取各原料原料污泥100、粉煤灰15、高嶺土4、煉鋼爐渣8、沸石12、赤鐵礦4、鈣質頁巖12、垃圾焚燒飛灰15、fe2o31、廢玻璃2、碳酸鈣1.5、十二烷基硫酸鈉1.5、苯甲酸鈉1.2；(3)取步驟(2)中的各原料，混合、攪拌均勻，將攪拌后的物料投入造粒機中造粒，粒徑控制在15～20mm之間；(4)將造粒后的料球顆粒置于100℃下干燥1.5小時，再在260℃預熱15分鐘，然后迅速轉移至燒結設備中燒結；燒結設備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為700℃，爐膛b提供的溫度為1040℃；預熱后的物料在爐膛a中燒制4分鐘，再迅速轉移到爐膛b中燒制5分鐘，冷卻至室溫；(5)將冷卻后的物料卸下，并且對大塊的燒成物破碎，使破碎物料的最大粒徑控制在20～26mm之間；(6)對破碎后的物料分篩，分篩出粒徑為5～15mm的陶粒，15～26mm的陶粒，0.5～5mm的陶砂，粒徑小于0.5mm的細末。垃圾焚燒飛灰來自于城市固體廢物處理廠。設置4組對照例，分別制備陶粒，并對陶粒的性質進行比較。對照例1：陶粒的各原料的重量份數配比為：原料污泥250、粉煤灰15、高嶺土4、煉鋼爐渣8、沸石12、赤鐵礦4、鈣質頁巖12、垃圾焚燒飛灰15、fe2o31、廢玻璃2、碳酸鈣1.5、十二烷基硫酸鈉1.5、苯甲酸鈉1.2。對照例1將城市污泥的量調整為較高的比例，城市污泥的重量百分比約為82％，其他步驟與實施例1相同。對照例2：陶粒的各原料的重量份數配比為：原料污泥20、粉煤灰15、高嶺土4、煉鋼爐渣8、沸石12、赤鐵礦4、鈣質頁巖12、垃圾焚燒飛灰15、fe2o31、廢玻璃2、碳酸鈣1.5、十二烷基硫酸鈉1.5、苯甲酸鈉1.2。對照例1、對照例2中原料污泥的處理均同實施例1；對照例2將城市污泥的量調整為較低的比例，原料污泥的重量百分比約為27％，其他步驟與實施例1相同。對照例3：將步驟(4)調整為：將造粒后的料球顆粒置于100℃下干燥1.5小時，再在260℃預熱15分鐘，然后迅速轉移至燒結設備中燒結；該燒結設備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為900℃，爐膛b提供的溫度為1250℃；預熱后的物料在爐膛a中燒制4分鐘，再迅速轉移到爐膛b中燒制5分鐘；冷卻至室溫。對照例3的其他步驟與實施例1相同。對照例4：將造粒后的料球顆粒置于100℃下干燥1.5小時，再在260℃預熱15分鐘，然后迅速轉移至燒結設備中燒結；該燒結設備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為500℃，爐膛b提供的溫度為850℃；預熱后的物料在爐膛a中燒制4分鐘，再迅速轉移到爐膛b中燒制5分鐘；冷卻至室溫。對照例4的其他步驟與實施例1相同。實施例1與4組對照例制備得到的陶粒的性能具體如表1所示：表1實施例1與4組對照例制備得到的陶粒的性能實施例1對照例1對照例2對照例3對照例4顆粒級配2.82.93.12.93.0堆積密度(kg/m3)184164254284295表觀密度(kg/m3)846812905916943筒壓強度(mpa)2.51.42.31.61.3吸水率％17.610.511.610.410.8軟化系數0.950.690.810.540.62粒型系數1.361.451.521.691.73含泥量％1.82.52.12.83.1泥塊含量％0.541.091.041.542.13煮沸質量損失％4.175.635.486.356.11燒失量％3.83.94.15.25.6硫化物和硫酸鹽含量％0.730.640.580.870.91從上表內容可以看出，污泥量、燒結溫度均對陶粒的性能、品質產生重要影響：(1)污泥量的增加或減少，都會對陶粒的品質產生影響。當污泥的重量含量過多時，對照例1與實施例1相比，陶粒的筒壓強度較低，陶粒燒制后易碎，這主要是由于污泥含量較大時，陶粒燒制的過程中會有較多的表面裂紋和較大的內部空隙導致陶粒強度降低；當污泥的量減少到一定程度時，則會影響陶粒的堆積密度和筒壓強度，對照例2與實施例1相比，陶粒堆積密度增大、筒壓強度略微降低，在本發明所限定的污泥數值范圍內，陶粒的強度和堆積密度是較理想的。(2)燒結溫度對陶粒的品質的影響較顯著。對照例3與實施例1相比，當溫度過高時，越來越多的原料成分熔化為液相并成為玻璃態的物質，增加了陶粒體積收縮率，使得陶粒表面和內部的密度增大，吸水率降低，當溫度超過1050℃時，由于后期產氣反應的發生，陶粒內部氣壓增大，造成體積膨脹和密度降低；對照例4與實施例1相比，當溫度過低時，料球中部分組分未完全熔化，其內部結構疏松，僅有少部分形成玻璃態，而陶粒要燒脹必須滿足2個條件：原料被加熱到高溫時，必須生成黏性的玻璃相，能密封住由原料內部釋放的氣體；高溫下生成黏性的玻璃相后必須有氣體物質釋放。過低的溫度會導致部分原料無法達到玻璃相，從而影響陶粒的燒脹。只有當溫度保持在一定范圍時，陶粒內部形成玻璃體為主體，并能形成致密結構和均勻封閉的孔結構，該結構使得陶粒獲得較高的強度；本發明通過兩段式燒結，低溫燒結中使原料為燒脹形成的玻璃態作準備，使燒過程中的液相黏度大小適中，對陶粒膨脹性能有較有利的影響，再經過迅速高溫燒結，有利于燒脹的進行。隨著爐膛b中焙燒溫度的升高，越來越多的原料成分熔化成液相并成為玻璃態物質，增加了陶粒體積收縮率，使得陶粒表面和內部的密度增大，吸水率降低，當溫度過高時，反而會導致陶粒的性能下降。采用本發明的技術方案，制備得到的陶粒具有明顯的有益效果：(1)減少了大塊燒成物的產生，從而也相應的減少了后續的破碎工作。以城市污泥為原料加入了輔料之后，制備陶粒，大塊的燒成物較少，經過實驗發現，大塊燒成物的重量占所得的物料重量的8％左右，大大的減少了后續的破碎工作，節省了能耗，分析原因如下：污泥料球在爐膛中自燃溫度不易散失，自身溫度迅速提高，而周邊壓力和有機物的減少，本身體積迅速減小，此時料球中的無機物處于半熔化狀態，彼此之間發生粘連，而由于本發明中添加了部分輔料，使得料球在燃燒過程中產生了一些氣體，這就使包裹在外層的半熔體發生膨脹形成空氣泡，由于大量的空氣泡的存在又互相粘連使失去了大量物質的污泥料球不會崩潰，只是比原來縮小了體積，而又由于輔料的加入，使料球之間的粘連度相應的減小，從而減少了大塊燒成物的產生。因此，對于后續的破碎工作相應的也減少。(2)筒壓強度大，堆積密度低。本發明的工藝采用分段式焙燒，在第一階段焙燒時，陶粒內部孔隙分布相對均勻，孔隙小而多，主要是由于隨著燒制溫度的增加，陶粒表面的液相增多，陶粒料球表面粘度適合，內部有機物在高溫下分解為氣體，從而從陶粒料球的表面不斷逸出，形成陶粒內部中空多孔的結構。第一階段的升溫過程中，陶粒表面的液相滲入陶粒的孔隙內部，減少了孔隙的大小，陶粒內部開始致密化，從而使得陶粒顆粒密度增加，當陶粒的燒制溫度進一步升高并保持一定時間時，料球內部就會形成致密小孔結構，同時，這些小孔會互相連通或串通，進而形成大的孔隙，也會導致陶粒顆粒的堆積密度減小。通過表1中關于陶粒性能的數據可以得出結論：實施例1的陶粒強度較高，堆積密度小，不僅符合國家標準要求，而且滿足市場需求，得到了具有較低堆積密度性能的陶粒，可以使該陶粒更好的向市場推廣。實施例2以取自青島市某污水處理廠的城市污泥為原料的陶粒的制備方法，由以下具體步驟制成：(1)干燥：對城市污泥進行濃縮、消化、機械脫水、烘干，得到原料污泥的含水率為22％左右；其消化步驟同實施例1；(2)配料：按以下的重量份數配比取各原料：原料污泥80、粉煤灰10、高嶺土1、煉鋼爐渣5、沸石5、赤鐵礦1、鈣質頁巖5、垃圾焚燒飛灰5、fe2o30.5、廢玻璃1、碳酸鈣0.1、十二烷基硫酸鈉0.1、苯甲酸鈉0.1；(3)將步驟(2)中的各原料混合、攪拌均勻，將攪拌后的物料投入造粒機中造粒，粒徑控制在15～20mm之間；(4)將造粒后的料球顆粒置于90℃下干燥2小時，再在220℃預熱20分鐘，然后迅速轉移至燒結設備中燒結；燒結設備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為600℃，爐膛b提供的溫度為900℃；預熱后的物料在爐膛a中燒制5分鐘，再迅速轉移到爐膛b中燒制6分鐘，冷卻至室溫；(5)將冷卻后的物料卸下，并且對大塊的燒成物破碎，使破碎物料的最大粒徑控制在20～26mm之間；(6)對破碎后的物料分篩，分篩出粒徑為5～15mm的陶粒，15～26mm的陶粒，0.5～5mm的陶砂，粒徑小于0.5mm的細末。垃圾焚燒飛灰來自于城市固體廢物處理廠。實施例2制備得到的陶粒強度較高，堆積密度小，品質好，有利于陶粒的市場推廣。實施例3以取自青島市某污水處理廠的城市污泥為原料的陶粒的制備方法，由以下具體步驟制成：(1)干燥：對城市污泥進行濃縮、消化、機械脫水烘干，得到的原料污泥的含水率為24％左右；其消化步驟同實施例1；(2)配料：按以下重量份數配比取各原料：城市污泥120、粉煤灰20、高嶺土5、煉鋼爐渣20、沸石15、赤鐵礦5、鈣質頁巖15、垃圾焚燒飛灰20、fe2o32、廢玻璃4、碳酸鈣2、十二烷基硫酸鈉2、苯甲酸鈉1.5；(3)取步驟(2)中的各原料，混合、攪拌均勻，將攪拌后的物料投入造粒機中造粒，粒徑控制在15～20mm之間；(4)將造粒后的料球顆粒置于110℃下干燥1小時，再在280℃預熱10分鐘，然后迅速轉移至燒結設備中燒結；燒結設備有兩個爐膛，爐膛a中提供的溫度為800℃，爐膛b提供的溫度為1100℃；預熱后的物料在爐膛a中燒制3分鐘，再迅速轉移到爐膛b中燒制4分鐘，冷卻至室溫；(5)將冷卻后的物料卸下，并且對大塊的燒成物破碎，使破碎物料的最大粒徑控制在20～26mm之間；(6)對破碎后的物料分篩，分篩出粒徑為5～15mm的陶粒，15～26mm的陶粒，0.5～5mm的陶砂，粒徑小于0.5mm的細末。垃圾焚燒飛灰來自于城市固體廢物處理廠。實施例3制備得到的陶粒強度較高，堆積密度小，品質好，有利于陶粒的市場推廣。上述雖然結合實施例對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。當前第1頁12