学文网【摘要】本发明涉及一种超轻建筑陶粒，尤其是涉及一种采用精对苯二甲酸（Pure Terephthalic Acid，PTA）石化沉淀污泥、海泥、淤泥、废石粉等固体废渣为原料的超轻陶粒及其制备方法。
【关键词】超轻陶粒；制备方法；原材料；发明
1.背景技术
污泥是指用物理法、化学法、物理化学法和生物法等处理废水时产生的沉淀物、颗粒物和漂浮物。污泥一般指介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵输送，但它很难通过沉降进行固液分离。悬浮物浓度一般在1%～10%，低于此浓度常常称为泥浆。由于污泥的来源及水处理方法不同，产生的污泥性质不一，污泥的种类很多，分类比较复杂，目前，一般可以按以下方法分类[1,2]：
（1）按污泥的来源分，主要分为给水污泥、生活污水污泥和工业废水污泥三类。给水污泥是指城市生活用水的过滤、消毒过程中产生的污泥，其主要成分来源于城市给水原水所含颗粒、胶体和部分可溶性物质，以无机物为主。生活污水污泥是指城市污水处理厂处理生活污水过程中产生的污泥，其主要成分为有机物。而工业废水污泥是工业生产过程中产生的废水处理时产生的污泥，以无机物为主，重金属含量较高，且成分复杂，处理十分困难。
（2）按污泥的成分性质分，可以分为有机污泥和无机污泥。以有机物为主要成分的称为有机污泥，其主要特征是有机物含量高，易腐化发臭，比重较小，颗粒较细，含水率高，且不易脱水。它是呈胶状结构的亲水性物质，易用管渠输送。其中往往还含有很多植物营养元素、寄生虫卵、致病微生物及重金属离子等。初次沉淀池、二次沉淀池的沉淀物均属有机污泥。以无机物为主要成分的称为无机污泥，又称沉渣，其主要特性是颗粒较粗，比重较大，易于脱水，但流动性差，不易用管渠输送，也不易腐化。主要来自沉砂池、某些工业废水的物理以及化学处理过程中的沉淀物。
（3）按污泥在不同的处理阶段分，又可分为生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水干化污泥、干燥污泥以及污泥焚烧灰等。
（4）按水处理的阶段分，还可分为初沉污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥与化学污泥 (深度处理污泥)等。
随着各地城市污水处理设施的兴建及污水处理率的提高,国内污水厂污泥产量越来越大，且其成分相对于工业废水污泥更为简单，是国内外在污泥无害化、资源化综合利用领域的主要研究对象。污泥陶粒最早由NakouziS.等提出,是以污泥为主要原料,掺加适量辅料，经过成球、焙烧而成的。由于陶粒密度小，内部多孔，形态成分较均一，且具有一定强度和坚固性，因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的隔绝性等多功能特点，利用陶粒这些优异的性能，可以将它广泛应用于建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等部门。
国内研究者对城市给水厂和生活污水处理厂污泥在陶粒制品方面的资源化利用技术已有较多报道，均不同程度涉及到配料种类、最佳配比、最佳烧成工艺、陶粒制品主要性能（堆积密度、筒压强度、吸水率）等。
2.制备内容及方法
本发明的目的在于提供一种超轻陶粒及其制备方法。
所述超轻陶粒为堆积密度不大于500kg/m3的陶粒，粒径为6～15mm。
所述超轻陶粒的制备方法包括以下步骤：
（1）将工业污泥、混合淤泥、废石粉和添加剂混合，得混合物，按质量百分比，由精对苯二甲酸沉淀污泥、海泥或混合淤泥、废石粉和添加剂，按一定的配比制作。
在步骤（1）中，所述工业污泥可为生产精对苯二甲酸（Pure Terephthalic Acid，PTA）的沉淀污泥；所述混合淤泥为城市附近的江、河、湖、塘、池、沟、渠、水库、码头及水产养殖区内的淤泥的混合物；所述的海泥为某城市的海泥；所述废石粉为石材加工产生的废石粉；所述添加剂可选自铁粉、粉煤灰等，所述铁粉、粉煤灰。
（2）将混合物预热。
在步骤（2）中，所述预热的温度为150℃，预热的时间为2h。
（3）将预热后的混合物焙烧，得超轻陶粒。
在步骤（3）中，所述焙烧的温度可为1150～1200℃，焙烧的时间为4min。
精对苯二甲酸是化纤的上游产品，是生产涤纶短纤的主要原料，化纤则是纺织业的重要原料。精对苯二甲酸还是生产聚酯（PET）切片的原料，以聚酯切片为原料的涤纶纤维在目前化学纤维中使用量最大。精对苯二甲酸还应用于容器、包装材料、薄膜产品等领域。精对苯二甲酸的应用比较集中，世界上90%的精对苯二甲酸用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），其余用作聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等其它聚酯树脂或化学衍生物的原料。
由于生产精对苯二甲酸（Pure Terephthalic Acid，PTA）的沉淀污泥是生产PTA产生的废液残渣，属于危险废物。但是现有的PTA残渣的处理率极低，因此造成大量的废液残渣只能进行焚烧或直接运出填埋，企业急需能够将PTA污泥减量化、无害化、资源化综合利用的技术。
经分析，PTA污泥的化学成分如表1所示，主要成分仍为无机物，但烧失量较高，说明PTA污泥中有机质含量较高。
表1（%）
采用本发明提供的技术，可以实现以PTA污泥为主要原料，辅以适当的其他配料（均为固体废渣）和少量添加剂，不需添加任何化学试剂，采用烧成工艺，即可得到堆积密度≤500kg/m3的不同密度等级的超轻陶粒，该超轻陶粒是建筑节能墙体材料急需的轻质骨料，市场前景广阔。在1150～1200℃烧成温度时，污泥中的有害重金属得到固化，表2给出某省建筑工程检测中心有关超轻陶粒主要环保指标的检测结果。
表2
综上所述，本发明完全可以满足PTA污泥减量化、无害化、资源化综合利用要求。
3.具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步的说明。
实施例1
按质量百分比，分别称取工业污泥、海泥、粉煤灰，按工业污泥、海泥、粉煤灰按一定的配比混合并搅拌均匀，得生料球，生料球的含水量控制在20%～30%，生料球的直径小于15mm。生料球在150℃的烘箱中烘干2h，将高温炉的温度升至1150～1200℃，将烘干后的生料球放入高温炉进行焙烧，4min后取出冷却，制得堆积密度≤500kg/m3的不同密度等级的超轻陶粒，该超轻陶粒强度高、吸水率低。混合淤泥根据陶粒高温熔胀理论对原材料化学成分的要求进行科学调整，补充污泥中某种氧化物成分的不足。选用大理石类石材加工产生的废石粉。生产过程充分节能，可采用稻谷加工企业产生的固体废弃物谷壳代替优质煤气化产生的清洁能源为陶粒煅烧燃料。
实施例2
与实施例1类似，其区别在于，添加剂采用铁粉，铁粉的粒径≤80目，混合淤泥采用城市附近的江、河、湖、塘、池、沟、渠、水库、码头及水产养殖区内的淤泥的混合物，工业污泥、混合淤泥、铁粉按质量百分比进行混合。
实施例3
与实施例1类似，其区别在于，添加剂采用铁粉，铁粉的粒径为≤80目，按质量百分比，工业污泥、海泥、废石粉、铁粉的配比进行混合将所得的超轻陶粒进行检测，检测结果如表3所示。
表3
本发明的主要原辅材料均采用固体废渣，表4给出所用主辅原材料的化学成分。混合淤泥根据陶粒高温熔胀理论对原材料化学成分的要求进行科学调整，补充污泥中某种氧化物成分的不足。选用大理石类石材加工产生的废石粉，因废石粉密度大，无塑性，会增加原料塑性造粒的难度，并增加陶粒的密度，一般超轻陶粒生产技术中不会选用石粉作为原料，本发明技术制得陶粒堆积密度可低至（300～350）kg/m3，为提高陶粒强度和密度，有意识地加入大理石类废石粉，因大理石主要成分是碳酸钙，碳酸钙在900～1000℃会分解产生CO2气体，在减轻石粉重量得同时，还能帮助陶粒膨胀。因此，本发明不宜使用花岗岩类废石粉。
表4（%）[科]
【参考文献】
［1］林云琴，周少奇.我国污泥处理、处置与利用现状,能源环境保护，2004，18（6）：15-18.
［2］许韶波.城市生活污泥制取陶粒的研究，福州大学硕士学位论文，福州，2004，7.
［3］杜欣，金宜英，张光明，王兴润，聂永丰.城市生活污泥烧结制陶粒的两种工艺比较研究，环境工程学报，2007，1（4）：109-114.
［4］金宜英，杜欣，王志玉，王兴润，聂永丰.采用污水厂污泥制陶粒的烧结工艺及配方研究，中国环境科学，2009，29（1）：17-21.
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