一种底泥免烧陶粒及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种底泥免烧陶粒及其制备方法。


背景技术：

2.我国水系发达，江河湖海水库纵横，近一二十年疏浚行业发展快速，而且目前国内外随着工业化水平的提高和经济活动的扩张与增长，水体污染越来越得到人们的重视。由于滇池中的特殊环境，其内部底泥成分复杂且含有大量有机物、重金属等有毒有害物质，这些物质在水流环境中不断向上层水转移扩散，不仅造成水体富营养化、黑臭等一系列生态破坏，还可经食物链逐级在生物体内累积，进而危害人体健康。以滇池底泥为原料制备免烧陶粒，可以大规模处理和利用底泥，解决目前滇池底泥难处理、处理成本高的情况，提供了一种河道污泥的新型治理途径，加强底泥的资源化利用，减轻二次污染。废物利用且高比例替代传统陶粒的天然原料，生产出一种硬度高、质量轻、抗腐蚀、使用寿命长以及无二次污染安全性高的陶粒轻骨料。
3.公开号为cn110835247b的中国专利“一种乳化沥青与水泥复合胶凝材料固化淤泥免烧陶粒”利用乳化沥青、水泥、掺合料、淤泥等原材料按固定配合比制备得到一种免烧陶粒，这种用淤泥生产的免烧陶粒充分利用了河湖底的淤泥，大大降低了成本，而且免烧陶粒在生产制备过程中不需要大量消耗能源进行烧制。但是，类似此种方法生产的免烧陶粒通常吸水率较大、强度偏低、稳定性差，一般建筑工程中所用的耐水材料要求软化系数（软化系数即材料吸水饱和状态下筒压强度与材料未吸水筒压强度的比值）＞0.8，而免烧陶粒比烧结陶粒遇水后更容易软化，所以有必要对制备的免烧陶粒进行改性，降低其吸水率，提升其软化系数和力学性能。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供一种底泥免烧陶粒及其制备方法，将底泥作为原材料应用于建筑生产行业，通过滇池底泥免烧陶粒进行外表面改性处理，从而改善底泥免烧陶粒的吸水率、软化系数和力学性能，提升稳定性。
5.本发明的具体技术方案是：一种底泥免烧陶粒，由以下原料按照重量份数组成：底泥60份，硅酸盐水泥40～50份，半水石膏5～20份，矿渣5～20份，蒸馏水20～30份，水性环氧树脂50份。
6.进一步，由以下原料按照重量份数组成：底泥60份，硅酸盐水泥40份，半水石膏10份，矿渣10份，蒸馏水25份，水性环氧树脂50份进一步，所述底泥的主要化学成分是al3o2、sio2。
7.进一步，所述底泥的al3o2占比12%～15%、sio2占比为40%～60%。
8.进一步，所述半水石膏是固废磷石膏制作的半水石膏，主要化学组分是cao、so3。
9.进一步，所述矿渣为s95级。
10.进一步，由所述原材料配比得到的改性底泥免烧陶粒的筒压强度为：未吸水的改
性底泥免烧陶粒的筒压强度为8.01 mpa～14.12 mpa, 吸水24小时后的改性底泥免烧陶粒的筒压强度为6.65 mpa～11.43 mpa、软化系数为0.81～0.84。
11.上述底泥免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：s1.底泥粉料制备：按原材料配比称取滇池底泥，放入烘箱中烘干至固体硬块状，将烘干的固体硬块研磨制粉，制得底泥粉料备用；s2.混合浆料制备：按照原材料配比称取硅酸盐水泥、半水石膏、矿渣、蒸馏水，与步骤s1中的底泥粉料进行混合，放入高速分散机中，均匀分散3～5 min，使底泥粉料与辅助胶凝材料混合均匀，制得混合浆料；s3.造粒：将混合浆料放入不锈钢圆盘造粒机进行搅拌造粒，在搅拌造粒的过程中，分多次将剩下的蒸馏水喷洒至造粒机当中，直至造粒完成，关闭仪器，将制备的免烧陶粒样品取出；s4.养护：将步骤s3制备的免烧陶粒送至自然室内环境养护1天后，再放入标准养护箱养护28天；s5.改性：按原材料配比称取水性环氧树脂，将养护后的底泥免烧陶粒放入水性环氧树脂中均匀裹覆一层水性环氧树脂进行改性，然后置于室温环境下固化1天，固化好后测量未吸水的改性污泥免烧陶粒的筒压强度；s6.浸泡：将固化好了的改性底泥免烧陶粒放入水中浸泡24小时，测量吸水24小时后的改性底泥免烧陶粒的筒压强度，并计算其软化系数。
12.进一步，步骤s3所制备的免烧陶粒为球状，直径为3～10mm（一般陶粒级配为5-10mm和10-15mm，其中10-15mm生产较多，本发明为了配合下游应用端，生产陶粒的直径较小，在10mm以下）。
13.本发明的原理为：利用底泥和一些辅助胶凝材料根据特定配比混合，使用不锈钢圆盘造粒机制备底泥免烧陶粒，在制备过程中反应体系反应先后生成c-s-h和钙矾石等胶凝材料，起到胶凝效果，从而制得底泥免烧陶粒。经过养护后，用水性环氧树脂对其外表面进行改性，在免烧陶粒外表面形成一层保护膜，填补了外表面的微小裂缝，从而改善底泥免烧陶粒的吸水率和力学性能，提升稳定性。
14.本发明的有益效果：（1）本发明采用胶凝材料制备底泥免烧陶粒，能够大量利用滇池底具有污染性的底泥，能在一定程度上缓解滇池底泥给环境带来的危害，合理地利用了固体废弃物，减少了资源消耗，降低了生产成本，真正达到了固体废物的资源化、无害化和减量化的目的。
15.（2）本发明所制备的免烧底泥陶粒，无需烧制，减少了生产制备过程中的能源消耗。
16.（3）本发明还采用水性环氧树脂对免烧陶粒进行外表面改性处理，在免烧陶粒外表面形成一层保护膜，填补了外表面的微小裂缝，降低了陶粒的吸水率，提升了陶粒的力学性能和软化系数，这也是解决陶粒因吸水导致体积稳定性差问题的重要措施，为河道污泥回用提供了技术支持。
17.（4）本发明的制备工艺简单，产品的品种易调节，方便实现功能化。
18.（5）本发明制备的改性底泥免烧陶粒，底泥的掺量高达60%，远超现有利用淤泥制备免烧陶粒工艺中淤泥的掺入占比量，而且还能保证制备免烧陶粒软化系数＞0.8，满足轻
集料相关标准要求。
实施方式
19.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
20.以下实施例所使用的底泥是来源于云南滇池底，底泥的主要化学成分是al3o2、sio2，其中，al3o2占比12%～15%、sio2占比为40%～60%。
实施例
21.本实施例提供了一种底泥免烧陶粒，由以下原料按照重量份数组成：底泥60份，硅酸盐水泥40～50份，半水石膏5～20份，矿渣5～20份，蒸馏水20～30份，水性环氧树脂50份。
22.其中，底泥的主要化学成分是al3o2、sio2；硅酸盐水泥的主要化学组分是cao、sio2；半水石膏是固废磷石膏制作的半水石膏，主要化学组分是cao、so3；矿渣为s95级，主要化学组分是cao、sio2、al2o3。
实施例
23.本实施例提供了实施例1所述底泥免烧陶粒的制备方法，其步骤如下：s1.底泥粉料制备：按原材料配比称取滇池底泥，放入烘箱中烘干至固体硬块状，将烘干的固体硬块研磨制粉，制得底泥粉料备用；s2.混合浆料制备：按照原材料配比称取硅酸盐水泥、半水石膏、矿渣、蒸馏水，与步骤s1中的底泥粉料进行混合，放入高速分散机中，均匀分散3～5 min，使底泥粉料与辅助胶凝材料混合均匀，制得混合浆料；s3.造粒：将混合浆料放入不锈钢圆盘造粒机进行搅拌造粒，在搅拌造粒的过程中，分多次将剩下的蒸馏水喷洒至造粒机当中，直至造粒完成，关闭仪器，将制备的免烧陶粒样品取出；s4.养护：将步骤s3制备的免烧陶粒送至自然室内环境养护1天后，再放入标准养护箱养护28天；s5.改性：按原材料配比称取水性环氧树脂，将养护后的底泥免烧陶粒放入水性环氧树脂中均匀裹覆一层水性环氧树脂进行改性，然后置于室温环境下固化1天，固化好后测量未吸水的改性污泥免烧陶粒的筒压强度；s6.浸泡：将固化好了的改性底泥免烧陶粒放入水中浸泡24小时，测量吸水24小时后的改性底泥免烧陶粒的筒压强度，并计算其软化系数。
24.实施例2.1本实施例采用的底泥免烧陶粒，由以下原料按照重量份数组成：底泥60份，硅酸盐水泥40份，半水石膏20份，蒸馏水20份，水性环氧树脂50份。
25.按照实施例2的制备方法进行制备，本实施例2.1所制得的改性免烧污泥陶粒吸水前后的筒压强度测试结果如表1所示，其吸水前的筒压强度为12.25 mpa，吸水24小时后的筒压强度为10.29 mpa，软化系数为0.84。
26.实施例2.2本实施例采用的底泥免烧陶粒，由以下原料按照重量份数组成：底泥60份，硅酸盐水泥50份，矿渣10份，蒸馏水20份，水性环氧树脂50份。
27.按照实施例2的制备方法进行制备，本实施例2.2所制得的改性免烧底泥陶粒吸水前后的筒压强度测试结果如表1所示，其吸水前的筒压强度为12.88 mpa，吸水24小时后的筒压强度为10.56 mpa，软化系数为0.82。
28.实施例2.3本实施例采用的底泥免烧陶粒，由以下原料按照重量份数组成：底泥60份，硅酸盐水泥40份，半水石膏10份，矿渣10份，蒸馏水25份，水性环氧树脂50份。
29.按照实施例2的制备方法进行制备，本实施例2.3所制得的改性免烧底泥陶粒吸水前后的筒压强度测试结果如表1所示，其吸水前的筒压强度为14.12 mpa，吸水24小时后的筒压强度为11.43 mpa，软化系数为0.81。
30.实施例2.4本实施例采用的底泥免烧陶粒，由以下原料按照重量份数组成：底泥60份，硅酸盐水泥45份，半水石膏7份，矿渣7份，蒸馏水25份，水性环氧树脂50份。
31.按照实施例2的制备方法进行制备，本实施例2.4所制得的改性免烧底泥陶粒吸水前后的筒压强度测试结果如表1所示，其吸水前的筒压强度为8.01 mpa，吸水24小时后的筒压强度为6.65 mpa，软化系数为0.83。
32.表1 实施例2.1～2.4制备的改性污泥免烧陶粒的筒压强度测试结果表
33.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
34.以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种底泥免烧陶粒，其特征在于，由以下原料按照重量份数组成：底泥60份，硅酸盐水泥40～50份，半水石膏5～20份，矿渣5～20份，蒸馏水20～30份，水性环氧树脂50份。2.根据权利要求1所述的一种底泥免烧陶粒，其特征在于，由以下原料按照重量份数组成：底泥60份，硅酸盐水泥40份，半水石膏10份，矿渣10份，蒸馏水25份，水性环氧树脂50份。3.根据权利要求1所述的一种底泥免烧陶粒，其特征在于，所述底泥的主要化学成分是al3o2、sio2。4.根据权利要求3所述的一种底泥免烧陶粒，其特征在于，所述底泥的al3o2占比12%～15%、sio2占比为40%～60%。5.根据权利要求1所述的一种底泥免烧陶粒，其特征在于，所述半水石膏是固废磷石膏制作的半水石膏，主要化学组分是cao、so3。6.根据权利要求1所述的一种底泥免烧陶粒，其特征在于，所述矿渣为s95级。7.根据权利要求1所述的一种底泥免烧陶粒，其特征在于，由所述原材料配比得到的改性底泥免烧陶粒的筒压强度为：未吸水的改性底泥免烧陶粒的筒压强度为8.01 mpa～14.12 mpa, 吸水24小时后的改性底泥免烧陶粒的筒压强度为6.65 mpa～10.56 mpa、软化系数为0.81～0.84。8.一种如权利要求1所述底泥免烧陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.底泥粉料制备：按原材料配比称取滇池底泥，放入烘箱中烘干至固体硬块状，将烘干的固体硬块研磨制粉，制得底泥粉料备用；s2.混合浆料制备：按照原材料配比称取硅酸盐水泥、半水石膏、矿渣、蒸馏水，与步骤s1中的底泥粉料进行混合，放入高速分散机中，均匀分散3～5 min，使底泥粉料与辅助胶凝材料混合均匀，制得混合浆料；s3.造粒：将混合浆料放入不锈钢圆盘造粒机进行搅拌造粒，在搅拌造粒的过程中，分多次将剩下的蒸馏水喷洒至造粒机当中，直至造粒完成，关闭仪器，将制备的免烧陶粒样品取出；s4.养护：将步骤s3制备的免烧陶粒送至自然室内环境养护1天后，再放入标准养护箱养护28天；s5.改性：按原材料配比称取水性环氧树脂，将养护后的底泥免烧陶粒放入水性环氧树脂中均匀裹覆一层水性环氧树脂进行改性，然后置于室温环境下固化1天，固化好后测量未吸水的改性污泥免烧陶粒的筒压强度；s6.浸泡：将固化好了的改性底泥免烧陶粒放入水中浸泡24小时，测量吸水24小时后的改性底泥免烧陶粒的筒压强度，并计算其软化系数。9.根据权利要求8所述的一种底泥免烧陶粒的制备方法，其特征在于，步骤s3所制备的免烧陶粒为球状，直径为3～10mm。

技术总结
本发明涉及一种底泥免烧陶粒及其制备方法。该免烧陶粒包括底泥、硅酸盐水泥、半水石膏、矿渣、蒸馏水、水性环氧树脂，各组分的重量份数分别为60份、40～50份、5～20份、5～20份、20～30份、50份；该免烧陶粒通过底泥粉料制备、混合浆料制备、造粒、养护、改性、浸泡后制得；本发明的制备工艺简单、免烧结，产品的品种易调节，方便实现功能化，制备的免烧陶粒吸水率低、力学性能好，解决底泥陶粒固废掺量少、力学性能差、因吸水导致体积稳定性差的问题，为河道污泥回用提供了技术支持。污泥回用提供了技术支持。


技术研发人员：王泽生 段平 董田良 曾彦生 李昱洁 罗仁 刘怀 樊晋源 严嘉豪 覃铃玲 周梦雅 唐琪舍 王晓东 丁琼红 李仕军 刘招贵 夏自旺 杨伟 范永梅 罗肖 聂立兴 普文俊 许连生 吴汝莉
受保护的技术使用者：昆明顺弘新材料有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/8