申請(qǐng)日2015.07.31
公開(公告)日2015.12.02
IPC分類號(hào)C04B7/24
摘要
本發(fā)明涉及一種污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法。該制備方法是利用污泥灰及偏高嶺土為原料，在NaOH-水玻璃堿激發(fā)劑溶液的激發(fā)下，生成污泥灰基地質(zhì)聚合物。該制備方法工藝簡單易行，既能節(jié)約資源，又能實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用，變廢為寶，一舉兩得。
權(quán)利要求書
1.一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，其特征在于，包括下列步驟：
步驟1：稱取污泥飛灰及偏高嶺土或污泥底灰及偏高嶺土為原料，并置于水泥膠砂攪拌機(jī)中;
步驟2：將與原料質(zhì)量的百分比為12.8%—35%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑的水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中，與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;
步驟3：將漿體裝入d=20.20mm的圓柱形模具中，采用制片機(jī)加12MPa壓力壓實(shí)，成型脫模，室溫下養(yǎng)護(hù)7d，制成污泥灰基地質(zhì)聚合物;
步驟4：利用萬能機(jī)對(duì)不同條件下的污泥灰地質(zhì)聚合物試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，其特征在于，所述的污泥飛灰的成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為：SiO2:40.9022%，Al2O3:21.7987%,Fe2O3:10.3797%,K2O:3.0470%,Na2O:0.88165%,MgO:1.5248%，雜質(zhì)21.466%;所述的污泥底灰的成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為：SiO2:54.9708%，Al2O3:41.8081%,Fe2O3:0.8923%,K2O:0.2846%,MgO:0.0756%，雜質(zhì)1.97%;所述的偏高嶺土的成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為SiO2:52.5%,Al2O3:42.5%,CaO:0.1%,Fe2O3:0.3%,MgO:0.1%，雜質(zhì)4.5%。
說明書
一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無機(jī)材料的制備及污泥的資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法。
背景技術(shù)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市生活污水的排放量越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)2011年，全國重點(diǎn)城市共建成污水處理廠2288座，污泥的產(chǎn)量在1741.3萬噸。由于污泥產(chǎn)量大，含水率高，且含有大量有機(jī)質(zhì)、病菌、寄生蟲和重金屬等，若處理不當(dāng)，會(huì)給環(huán)境帶來嚴(yán)重的二次污染，因此在對(duì)污泥的處理過程中實(shí)現(xiàn)污泥的資源化成為了探索污泥徹底根治的最有效途徑之一。目前制備地質(zhì)聚合物應(yīng)用最廣泛的原料為高嶺土，其缺點(diǎn)在于高嶺土一種非金屬礦產(chǎn)資源，是一種以高嶺石族粘土礦物為主的粘土或粘土巖，高嶺土基地質(zhì)聚合物若大量投入使用，將會(huì)消耗大量礦產(chǎn)資源，并且高嶺土的價(jià)格在800-1500元/噸不等，導(dǎo)致制備高嶺土基地質(zhì)聚合物的成本較高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，以污泥底灰與偏高嶺土或污泥飛灰與偏高嶺土為原料，以NaOH—水玻璃作為堿激發(fā)劑，在堿激發(fā)劑的催化作用下，使原料發(fā)生地質(zhì)聚合反應(yīng)，形成地質(zhì)聚合物。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下解決方案：
一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，是利用污泥灰和偏高嶺土為主要原料，加入NaOH和水玻璃的水溶液制備出一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新型無機(jī)硅酸鹽材料—污泥灰基地質(zhì)聚合物，并通過實(shí)驗(yàn)研究其可行性。以硅鋁比、NaOH加入量以及不同原料為主要影響因素，通過設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，研究這三種因素對(duì)污泥灰基地質(zhì)聚合物抗壓強(qiáng)度等性能的影響，確定優(yōu)化條件，以制得具有優(yōu)異性能的地質(zhì)聚合物。
一種利用污泥灰制備地質(zhì)聚合物的方法，包括下列步驟：
步驟1：稱取污泥飛灰及偏高嶺土或污泥底灰及偏高嶺土為原料，并置于水泥膠砂攪拌機(jī)中;
步驟2：將與原料質(zhì)量的百分比為12.8%—35%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑的水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中，與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;
步驟3：將漿體裝入d=20.20mm的圓柱形模具中，采用制片機(jī)加12MPa壓力壓實(shí)，成型脫模，室溫下養(yǎng)護(hù)7d，制成污泥灰基地質(zhì)聚合物;
步驟4：利用萬能機(jī)對(duì)不同條件下的地質(zhì)聚合物試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試;
所述的污泥飛灰取自杭州青山麗水污水處理廠，其成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為：SiO2:40.9022%，Al2O3:21.7987%,Fe2O3:10.3797%,K2O:3.0470%,Na2O:0.88165%,MgO:1.5248%，雜質(zhì)21.466%;所述的污泥底灰是利用沈陽北部污水處理廠的污泥經(jīng)旋轉(zhuǎn)管式氣氛爐在800℃燒制成污泥灰，其成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為：SiO2:54.9708%，Al2O3:41.8081%,Fe2O3:0.8923%,K2O:0.2846%,MgO:0.0756%，雜質(zhì)1.97%;所述的偏高嶺土是將湖南超牌偏高嶺土在800℃下煅燒而成，成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為SiO2:52.5%,Al2O3:42.5%,CaO:0.1%,Fe2O3:0.3%,MgO:0.1%，雜質(zhì)4.5%。
為了更進(jìn)一步的對(duì)所制得的污泥灰基進(jìn)行分析，將地質(zhì)聚合物試樣研磨成粉末，對(duì)試樣粉末進(jìn)行SEM掃描以及XRD測試，并且通過XRD以及掃描電子顯微鏡(SEM)的分析對(duì)污泥灰基地質(zhì)聚合物的成分及表面形態(tài)進(jìn)行表征。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)提出了采用污泥灰為原料制備地質(zhì)聚合物的方法，既可以節(jié)省高嶺石等資源，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用，避免了污泥的二次污染，變廢為寶，對(duì)環(huán)境問題中的污水處理問題有極其重要的意義;
(2)所制備的地質(zhì)聚合物性能優(yōu)異，應(yīng)用前景十分廣泛，其可做核廢料的密封材料，灌漿材料，耐火材料，高性能板材等。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
準(zhǔn)確稱量偏高嶺土15g及污泥飛灰5g，并倒入水泥膠砂攪拌機(jī)中。將與原料質(zhì)量的百分比為12.8%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實(shí)，得到成型試樣，脫模。將試樣在室溫下養(yǎng)護(hù)7d;達(dá)到齡期后，利用萬能機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，抗壓強(qiáng)度為49.39MPa。
實(shí)施例2：
準(zhǔn)確稱量偏高嶺土15g及污泥飛灰5g，并倒入水泥膠砂攪拌機(jī)中。將與原料質(zhì)量的百分比為25%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實(shí)，得到成型試樣，脫模;將試樣在室溫下養(yǎng)護(hù)7d;達(dá)到齡期后，利用萬能機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，抗壓強(qiáng)度為51.22MPa。
實(shí)施例3：
準(zhǔn)確稱量偏高嶺土15g及污泥飛灰5g，并倒入水泥膠砂攪拌機(jī)中。將與原料質(zhì)量的百分比為35%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實(shí)，得到成型試樣，脫模;將試樣在室溫下養(yǎng)護(hù)7d;達(dá)到齡期后，利用萬能機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，抗壓強(qiáng)度為60.13MPa。
實(shí)施例4：
準(zhǔn)確稱量偏高嶺土10g及污泥飛灰10g，并倒入水泥膠砂攪拌機(jī)中。將與原料質(zhì)量的百分比為25%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實(shí)，得到成型試樣，脫模;將試樣在室溫下養(yǎng)護(hù)7d;達(dá)到齡期后，利用萬能機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，抗壓強(qiáng)度為56.32MPa。
實(shí)施例5：
準(zhǔn)確稱量偏高嶺土5g及污泥飛灰15g，并倒入水泥膠砂攪拌機(jī)中。將與原料質(zhì)量的百分比為25%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實(shí)，得到成型試樣，脫模;將試樣在室溫下養(yǎng)護(hù)7d;達(dá)到齡期后，利用萬能機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，抗壓強(qiáng)度為60.23MPa。
實(shí)施例6：
準(zhǔn)確稱量偏高嶺土10g和污泥底灰10g，并倒入水泥膠砂攪拌機(jī)中。將與原料質(zhì)量的百分比為12.8%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實(shí)，得到成型試樣，脫模;將試樣在室溫下養(yǎng)護(hù)7d;達(dá)到齡期后，利用萬能機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，抗壓強(qiáng)度為22.09MPa。
實(shí)施例7：
準(zhǔn)確稱量偏高嶺土10g和污泥底灰10g，并倒入水泥膠砂攪拌機(jī)中。將與原料質(zhì)量的百分比為25%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實(shí)，得到成型試樣，脫模。將試樣在室溫下養(yǎng)護(hù)7d;達(dá)到齡期后，利用萬能機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，抗壓強(qiáng)度為38.96MPa。
實(shí)施例8：
準(zhǔn)確稱量偏高嶺土10g和污泥底灰10g，并倒入水泥膠砂攪拌機(jī)中。將與原料質(zhì)量的百分比為35%的NaOH以及與原料質(zhì)量的百分比為12.5%的水玻璃混合制成堿激發(fā)劑溶于一定量水中，水固比為0.57，然后將堿激發(fā)劑水溶液加入到水泥膠砂攪拌機(jī)中與原料一起攪拌成混合均勻的漿體;將漿體注入d=20.20mm的圓柱形模具中，加12MPa壓力壓實(shí)，得到成型試樣，脫模。將試樣在室溫下養(yǎng)護(hù)7d;達(dá)到齡期后，利用萬能機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，抗壓強(qiáng)度為27.31MPa。
