阅读说明：本技术 一种河湖淤泥基免烧陶粒及其制备方法和应用 (River and lake sludge-based non-sintered ceramsite as well as preparation method and application thereof ) 是由 刘荣 曹云 徐悦清 韩燕� 高鹏 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种河湖淤泥基免烧陶粒及其制备方法和应用,该河湖淤泥基免烧陶粒,主要由以下重量百分比的原料所制成：湿河湖淤泥60～80％、建筑石膏1～10％、水泥15～30％、聚乙烯醇0.5～5％。本发明将河湖淤泥类固体废弃物进行变废为宝,并且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、性能优良的河湖淤泥基免烧陶粒。本发明无需对河湖淤泥进行干化脱水处理降低成本,同时能够消耗大量高含水率河湖淤泥,废物利用且高比例替代天然传统陶粒原料,各原辅料的合适配比以及工艺的优化为水化硬化反应提供优良条件,且生产能耗低,生产的河湖淤泥基免烧陶粒能够满足工业滤料、建材轻骨料的市场需求。(The invention discloses a river and lake sludge-based non-sintered ceramsite and a preparation method and application thereof, wherein the river and lake sludge-based non-sintered ceramsite is mainly prepared from the following raw materials in percentage by weight: 60-80% of wet river and lake silt, 1-10% of building gypsum, 15-30% of cement and 0.5-5% of polyvinyl alcohol. The invention changes the solid waste of river and lake sludge into valuable, overcomes the defects of low strength, high water absorption and the like of the non-sintered ceramsite, and provides the river and lake sludge based non-sintered ceramsite with low energy consumption, no need of firing and excellent performance. The invention does not need to carry out drying dehydration treatment on the river and lake sludge to reduce the cost, can consume a large amount of river and lake sludge with high water content, utilizes waste materials and replaces natural traditional ceramsite raw materials in a high proportion, provides excellent conditions for hydration hardening reaction by proper proportion of raw materials and auxiliary materials and optimization of the process, and has low production energy consumption, and the produced river and lake sludge based baking-free ceramsite can meet the market requirements of industrial filter materials and building material lightweight aggregates.)

一种河湖淤泥基免烧陶粒及其制备方法和应用

技术领域

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

背景技术

中国各地河湖淤泥产生量巨大。据统计，中国总疏浚河湖淤泥量已超过50亿m³；此外，各给水厂、污水厂、印染厂等每年均产生大量废弃河湖淤泥。河湖淤泥因其高含水率而储运困难，传统处置即为干化脱水处理，此法耗能耗时且效果不明显。目前国内外利用河湖淤泥制备陶粒的主要技术是高温烧结法，烧结法需要对河湖淤泥先进行干化脱水处理，有些研究甚至需要河湖淤泥预焚烧成河湖淤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。

免烧法制备陶粒可克服上述缺点，而目前利用高含水率河湖淤泥制备免烧陶粒的方法尚未见报道。传统免烧法因其制得的陶粒性能不佳(强度低、密度大)而得不到产业化，。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种河湖淤泥基免烧陶粒，本发明将河湖淤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、性能优良的河湖淤泥基免烧陶粒。

本发明旨在用河湖淤泥替代粘土制备陶粒，以充分利用河湖淤泥原有水分及其中大量氧化物(如SiO₂、A1₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO等)，同时固化河湖淤泥中重金属。本发明通过河湖淤泥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。

本发明还提供河湖淤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，如本发明所述一种河湖淤泥基免烧陶粒，主要由以下重量百分比的原料所制成：湿河湖淤泥：60～80％、建筑石膏：1～10％、水泥(干料)：15～30％、聚乙烯醇：1～5％。

作为优选，主要由以下重量百分比的原料所制成：湿河湖淤泥：65～80％、建筑石膏：3～10％、水泥：15～25％、聚乙烯醇：1～3％。

其中，所述湿河湖淤泥含水率为＞50％。

其中，所述建筑石膏、水泥干料的粒径均大于60目。

其中，所述水泥使用市售42.5R级硅酸盐水泥；所述石膏为普通市售建筑石膏。

本发明所述的河湖淤泥基免烧陶粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料的预处理：将湿河湖淤泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将建筑石膏、水泥干料、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入步骤(1)预处理的湿河湖淤泥中并搅拌均匀至粘稠坯料；

(3)压饼搓条制丸滚球：坯料经压制成厚度为10～25mm厚度的饼状；制成的饼状切割成宽度为10～25mm的长条状；长条状物料制成直径为10～25mm的颗粒状陶粒初坯；初坯滚至圆球状物料；

(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，养护结束后得到免烧陶粒成品。

其中，步骤(1)中除杂主要去除河湖淤泥中的石块、垃圾、水草等杂质；步骤(1)中均质后湿河湖淤泥成分均匀化；

作为优选，步骤(3)所述胚料经压饼槽压制成厚度为15～20mm厚度的饼状；制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为15～20mm的长条状；长条状物料经过制丸槽制成直径为15～20mm的颗粒状陶粒初坯；初坯置于滚筒中滚至圆球状。

作为优选，步骤(4)所述陶粒室温静置干燥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。

本发明所述河湖淤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。其中，42.5R水泥和建筑石膏购于无锡金鹰建筑材料有限公司，聚乙烯醇购于上海美梦佳化工科技有限公司。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明将河湖淤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、性能优良的河湖淤泥基免烧陶粒。本发明利用河湖淤泥中SiO₂和Al₂O₃及其他氧化物含量，根据河湖淤泥构成成分属性选择建筑石膏促使其发生钙化作用；聚乙烯醇由于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；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，与河湖淤泥和建筑石膏中激发出的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(湿河湖淤泥、水泥、建筑石膏)的配比，充分发挥各物料的作用，使生产得到的河湖淤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河湖淤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，能够消耗大量河湖淤泥，并且生产能耗低、强度高，生产的河湖淤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压饼、搓条、制丸、滚球法造粒，克服了传统成球盘粉尘大的缺点，此方法使造出的河湖淤泥基免烧陶粒致密均匀，强度高。

4、利用本发明生产的河湖淤泥免烧基陶粒满足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。

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。

本发明实施例中的湿河湖淤泥含水率约55％；水泥使用市售42.5R级硅酸盐水泥；石膏为普通市售建筑石膏；建筑石膏、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

利用高含水率河湖淤泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿河湖淤泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将建筑石膏、水泥干料、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿河湖淤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：湿河湖淤泥：70％；建筑石膏：3.7％；水泥：25.3％；聚乙烯醇：1％；

(3)压饼搓条制丸滚球：坯料经压饼槽压制成厚度为15mm厚度的饼状；制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为15mm的长条状；条状物料经过制丸槽制成直径为15mm的颗粒状陶粒初坯；初坯置于滚筒中滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：经过24h室温静置干燥后，将得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没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，得到河湖淤泥基免烧陶粒。

本实例所得的河湖淤泥基免烧陶粒的筒压强度值为6.5MPa，堆积密度为780kg/m³，1h吸水率为5.8％，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。

实施例2

利用高含水率河湖淤泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿河湖淤泥除杂、均质化处理；

(2)配料：配料：将建筑石膏、水泥干料、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿河湖淤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：湿河湖淤泥：74％；建筑石膏：3％；水泥：22.5％；聚乙烯醇：0.5％；

(3)压饼搓条制丸滚球：坯料经压饼槽压制成厚度为15mm厚度的饼状；制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为15mm的长条状；条状物料经过制丸槽制成直径为15mm的颗粒状陶粒初坯；初坯置于滚筒中滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：经过24h室温静置干燥后，将得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没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28d，得到河湖淤泥基免烧陶粒。

本实例所得的河湖淤泥基免烧陶粒的筒压强度值为6.3MPa，堆积密度为720kg/m³，1h吸水率为15％，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。

实施例3

利用高含水率河湖淤泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿河湖淤泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将建筑石膏、水泥干料、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿河湖淤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：湿河湖淤泥：72％；建筑石膏：3.4％；水泥：24.4％；聚乙烯醇：0.5％；

(3)压饼搓条制丸滚球：坯料经压饼槽压制成厚度为15mm厚度的饼状；制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为15mm的长条状；条状物料经过制丸槽制成直径为15mm的颗粒状陶粒初坯；初坯置于滚筒中滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：经过24h室温静置干燥后，将得到的陶粒样品完全浸没于水中，浸没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28d，得到河湖淤泥基免烧陶粒。

本实例所得的河湖淤泥基免烧陶粒的筒压强度值为5.6MPa，堆积密度为750kg/m³，1h吸水率为8.9％，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。

实施例4

利用高含水率河湖淤泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿河湖淤泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将建筑石膏、水泥干料、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿河湖淤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：湿河湖淤泥：60％；建筑石膏：5％；水泥：30％；聚乙烯醇：5％；

(3)压饼搓条制丸滚球：坯料经压饼槽压制成厚度为10mm厚度的饼状；制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为10mm的长条状；条状物料经过制丸槽制成直径为10mm的颗粒状陶粒初坯；初坯置于滚筒中滚至圆球状；

(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；

(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，得到河湖淤泥基免烧陶粒。

实施例5

利用高含水率河湖淤泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿河湖淤泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将建筑石膏、水泥干料、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿河湖淤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：湿河湖淤泥：80％；建筑石膏：1％；水泥：15％；聚乙烯醇：4％；

(3)压饼搓条制丸滚球：坯料经压饼槽压制成厚度为25mm厚度的饼状；制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为25mm的长条状；条状物料经过制丸槽制成直径为25mm的颗粒状陶粒初坯；初坯置于滚筒中滚至圆球状；

(4)陶粒样品初级水养：经过48h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；

(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，得到河湖淤泥基免烧陶粒。

实施例6

利用高含水率河湖淤泥制备免烧陶粒的方法，步骤如下：

(1)原料的预处理：将湿河湖淤泥除杂、均质化处理；

(2)配料：将建筑石膏、水泥干料、聚乙烯醇混合搅拌均匀，掺入湿河湖淤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：湿河湖淤泥：65％；建筑石膏：7％；水泥：25％；聚乙烯醇：3％；

(3)压饼搓条制丸滚球：坯料经压饼槽压制成厚度为20mm厚度的饼状；制成的饼状投入搓条槽中切割成宽度为20mm的长条状；条状物料经过制丸槽制成直径为20mm的颗粒状陶粒初坯；初坯置于滚筒中滚至圆球状；

(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65h；

(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，得到河湖淤泥基免烧陶粒。

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：湿河湖淤泥：73％；建筑石膏：10％；水泥：15％；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，得到河湖淤泥基免烧陶粒。

实施例1-7制备的河湖淤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：600～800kg/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。