一种高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法与流程

1.本发明涉及陶瓷技术领域，特别涉及一种高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法。


背景技术：

2.涉海淤泥作为沿海发育、石油开采等海上作业的独特产物，不仅存在堵塞航道，危害通航安全的风险，而且涉海淤泥的积聚会造成海水的富营养化，危害沿海的养殖基地，严重时还会造成海水养殖场的淤塞甚至废弃，极大的影响了沿海地区的经济发展。
3.每年沿海地区相关部门都会花费大量的人力、物力用于港口、航道的疏浚清淤，而清除出来的涉海淤泥盐含量和有机质含量高，导致其在应用上存在诸多限制，如何资源化利用高盐含量、高有机质的涉海淤泥，是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法。首先，通过芬顿氧化去除高含盐量、高有机质涉海淤泥中的有机质，再通过脱水处理去除高含盐量、高有机质涉海淤泥中的盐分，最后通过与其他物料搭配，制成高强度的陶粒。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.本发明技术方案之一：提供一种高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，包括以下步骤：
7.将涉海淤泥的ph值调整为酸性，加入双氧水和fe
2+
，反应完成后用碱调节ph值至6～8，脱水，加入粉煤灰和矿渣，混合均匀后磨碎，然后制粒，烘干，得到陶粒生坯，对陶粒生坯先预烧结，再烧结，制得陶粒。
8.本发明选用的涉海淤泥在制备陶粒时可以作为粘合剂，可以提高陶粒的粘塑性，不仅容易成型，同时能够避免烧结过程中由于颗粒运动导致的破碎。
9.优选地，所述将涉海淤泥的ph值调整为酸性具体为利用盐酸将涉海淤泥的ph值调节至3～5。
10.芬顿试剂一般在酸性条件下降解有机物，在中性或碱性条件下，fe
2+
难以催化氧化h2o2产生羟基自由基，碱性条件更是会使fe
2+
形成沉淀，失去催化能力；而h
+
浓度过高，会使fe
3+
难以还原为fe
2+
，阻碍催化反应的进行，ph值为3～5时，整个反应体系能够快速进行，有机质的降解速度快。
11.优选地，所述双氧水与所述涉海淤泥的质量比为(1～1.5):10；所述fe
2+
与所述双氧水的摩尔比为1:(4～8)。
12.优选地，所述反应的时间为10～15min。
13.优选地，所述脱水为将ph值调节至6～8的涉海淤泥中的水分脱除至50～60％。
14.由于高含盐量、高有机质涉海淤泥中的盐分主要为可溶性盐，在脱除水分的过程中，可以同时除去涉海淤泥的盐，避免在制备陶粒时，因涉海淤泥中含盐量过高导致的烧结
温度增高，耗能增加的缺陷。
15.优选地，所述粉煤灰、所述矿渣与所述涉海淤泥的质量比为(22～35):(13～33):(45～52)。
16.优选地，所述烘干的温度为100～150℃，时间为4～6h。
17.优选地，所述预烧结的温度为480～550℃，时间为10～15min。
18.本发明通过加入预烧结的步骤，一是可以使前面形成的氢氧化亚铁分解为氧化铁，生成的氧化铁可以作为助溶剂，降低烧结的温度，同时氧化铁可使陶粒在1000℃左右产生更多液相和更复杂的晶相，使烧结表面结构更加致密，有效提高陶粒的强度；二是通过中温度的预烧结步骤，使陶粒生坯预先膨胀，防止直接高温导致陶粒生坯膨胀过快，产生裂隙，影响陶粒的强度。
19.优选地，所述烧结的温度为950～1050℃，时间为15～20min。
20.相比于本领域目前存在的利用涉海淤泥烧制陶粒的方案，本发明的烧结温度大大降低(现有技术一般为1200℃左右)，有效降低例资源化利用涉海淤泥的能源消耗。
21.本发明技术方案之二：提供一种根据上述高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法制得的陶粒。
22.本发明烧制出来的陶粒强度高，可以满足用于建筑工程的需求。
23.本发明的有益技术效果如下：
24.本发明提供了一种以高含盐量、高有机质涉海淤泥为原料烧制陶粒的技术方案。
25.首先，通过芬顿氧化去除高含盐量、高有机质涉海淤泥中的有机质，氧化时将涉海淤泥的ph值调节为酸性，以提高有机质的去除率及去除速度。
26.然后，利用碱调节ph值至6～8，这一步可以将芬顿试剂中的fe
2+
转换为氢氧化亚铁沉淀，所形成的沉淀可通过后期的预烧结过程转化成助溶剂氧化铁。
27.进一步通过脱水处理去除高含盐量、高有机质涉海淤泥中的盐分，由于涉海淤泥中所含盐分为可溶性盐，在脱除水分的过程中，盐分同时被带走；
28.脱水后的涉海淤泥与粉煤灰(粉煤灰中的残留炭可作为燃料提供热能，节约烧结消耗的能量)与矿渣进行复配，磨碎后进行造粒，得到陶粒生坯；
29.得到的陶粒生坯再通过一系列的干燥与烧结过程，制成高强度的陶粒。
30.本发明提供的高含盐量、高有机质涉海淤泥资源化利用方法，可以有效解决涉海淤泥的处置问题，同时，以其为原料制备的陶粒强度高，且制备过程耗能低，有较大的推广价值。
具体实施方式
31.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
32.另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
33.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
34.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
35.本发明实施例中所用涉海淤泥来源为渤海海域(含水量为85％)，所用涉海淤泥的干物质(105℃干燥至恒重所剩物质为干物质)中各组分含量见表1。
36.表1涉海淤泥的干物质中各组分含量
[0037][0038]
本发明实施例中所用粉煤灰中各组分含量见表2。
[0039]
表2粉煤灰中各组分含量
[0040][0041]
本发明实施例中所用矿渣为高炉矿渣(粒径≤25mm)，各组分含量见表3。
[0042]
表3高炉矿渣中各组分含量
[0043][0044]
实施例1
[0045]
本实施例中粉煤灰、高炉矿渣与涉海淤泥的质量份数分别为30份、20份、50份。
[0046]
制备陶粒的步骤如下：
[0047]
(1)将涉海淤泥加入到搅拌器中，利用2mol/l的盐酸溶液调节涉海淤泥的ph值3.5，加入质量分数为30％的双氧水18份，再加入对应h2o21/4摩尔量的七水合硫酸亚铁，搅拌均匀，反应10min；
[0048]
(2)反应结束后，利用2mol/l的naoh溶液将反应体系的ph值调节为6.5，转移至隔膜板框式压滤机中进行压滤，压至涉海淤泥的含水量为60％；
[0049]
(3)加入粉煤灰和高炉矿渣，搅拌均匀后双辊粉碎(双辊间距调整为4mm)；
[0050]
(4)将粉碎后的浆料加入制粒机中进行造粒(颗粒大小为10～20mm)，造粒后105℃烘烤6h，得到陶粒生坯；
[0051]
(5)将陶粒生坯放入回转窑中，现在500℃预烧结15min，再升温至1000℃，烧结
15min，制得陶粒。
[0052]
实施例2
[0053]
本实施例中粉煤灰、高炉矿渣与涉海淤泥的质量份数分别为25份、30份、45份。
[0054]
制备陶粒的步骤如下：
[0055]
(1)将涉海淤泥加入到搅拌器中，利用2mol/l的盐酸溶液调节涉海淤泥的ph值5，加入质量分数为30％的双氧水17份，再加入对应h2o21/4摩尔量的七水合硫酸亚铁，搅拌均匀，反应13min；
[0056]
(2)反应结束后，利用2mol/l的naoh溶液将反应体系的ph值调节为6.5，转移至隔膜板框式压滤机中进行压滤，压至涉海淤泥的含水量为60％；
[0057]
(3)加入粉煤灰和高炉矿渣，搅拌均匀后双辊粉碎(双辊间距调整为4mm)；
[0058]
(4)将粉碎后的浆料加入制粒机中进行造粒(颗粒大小为10～20mm)，造粒后130℃烘烤5h，得到陶粒生坯；
[0059]
(5)将陶粒生坯放入回转窑中，现在520℃预烧结13min，再升温至1000℃，烧结15min，制得陶粒。
[0060]
实施例3
[0061]
本实施例中粉煤灰、高炉矿渣与涉海淤泥的质量份数分别为35份、13份、52份。
[0062]
制备陶粒的步骤如下：
[0063]
(1)将涉海淤泥加入到搅拌器中，利用2mol/l的盐酸溶液调节涉海淤泥的ph值4，加入质量分数为30％的双氧水22份，再加入对应h2o21/6摩尔量的七水合硫酸亚铁，搅拌均匀，反应10min；
[0064]
(2)反应结束后，利用2mol/l的naoh溶液将反应体系的ph值调节为7，转移至隔膜板框式压滤机中进行压滤，压至涉海淤泥的含水量为50％；
[0065]
(3)加入粉煤灰和高炉矿渣，搅拌均匀后双辊粉碎(双辊间距调整为4mm)；
[0066]
(4)将粉碎后的浆料加入制粒机中进行造粒(颗粒大小为10～20mm)，造粒后150℃烘烤4h，得到陶粒生坯；
[0067]
(5)将陶粒生坯放入回转窑中，现在480℃预烧结15min，再升温至950℃，烧结20min，制得陶粒。
[0068]
实施例4
[0069]
本实施例中粉煤灰、高炉矿渣与涉海淤泥的质量份数分别为22份、33份、45份。
[0070]
制备陶粒的步骤如下：
[0071]
(1)将涉海淤泥加入到搅拌器中，利用2mol/l的盐酸溶液调节涉海淤泥的ph值3，加入质量分数为30％的双氧水14份，再加入对应h2o21/8摩尔量的七水合硫酸亚铁，搅拌均匀，反应15min；
[0072]
(2)反应结束后，利用2mol/l的naoh溶液将反应体系的ph值调节为8，转移至隔膜板框式压滤机中进行压滤，压至涉海淤泥的含水量为50％；
[0073]
(3)加入粉煤灰和高炉矿渣，搅拌均匀后双辊粉碎(双辊间距调整为4mm)；
[0074]
(4)将粉碎后的浆料加入制粒机中进行造粒(颗粒大小为10～20mm)，造粒后105℃烘烤6h，得到陶粒生坯；
[0075]
(5)将陶粒生坯放入回转窑中，现在550℃预烧结10min，再升温至1050℃，烧结
15min，制得陶粒。
[0076]
对比例1
[0077]
与实施例1相比，区别在于省略预烧结步骤，烧结时间延长10min，其他操作与实施例1相同。
[0078]
对比例2
[0079]
本对比例中粉煤灰、高炉矿渣与涉海淤泥的质量份数分别为30份、20份、50份(与实施例1相同)。
[0080]
制备陶粒的步骤如下：
[0081]
(1)将涉海淤泥加入到搅拌器中，利用2mol/l的盐酸溶液调节涉海淤泥的ph值3.5，加入质量分数为30％的双氧水18份，再加入对应h2o21/4摩尔量的七水合硫酸亚铁，搅拌均匀，反应10min；
[0082]
(2)反应结束后转移至隔膜板框式压滤机中进行压滤，压至涉海淤泥的含水量为60％(与实施例1的区别在于省略碱调节ph值的步骤)；
[0083]
(3)加入粉煤灰和高炉矿渣，搅拌均匀后双辊粉碎(双辊间距调整为4mm)；
[0084]
(4)将粉碎后的浆料加入制粒机中进行造粒(颗粒大小为10～20mm)，造粒后105℃烘烤6h，得到陶粒生坯；
[0085]
(5)将陶粒生坯放入回转窑中，现在500℃预烧结15min，再升温至1000℃，烧结15min，制得陶粒。
[0086]
对比例3
[0087]
本对比例中粉煤灰、高炉矿渣与涉海淤泥的质量份数分别为30份、20份、50份(与实施例1相同)。
[0088]
制备陶粒的步骤如下：
[0089]
(1)将涉海淤泥放入隔膜板框式压滤机中进行压滤，压至涉海淤泥的含水量为60％(与实施例1的区别在于省略了芬顿氧化和加碱调节ph值的步骤)；
[0090]
(2)加入粉煤灰和高炉矿渣，搅拌均匀后双辊粉碎(双辊间距调整为4mm)；
[0091]
(3)将粉碎后的浆料加入制粒机中进行造粒(颗粒大小为10～20mm)，造粒后105℃烘烤6h，得到陶粒生坯；
[0092]
(4)将陶粒生坯放入回转窑中，现在500℃预烧结15min，再升温至1000℃，烧结15min，制得陶粒。
[0093]
分别对实施例1～4及对比例1～2所制得陶粒的各技术指标进行测定，测定结果见表4。
[0094]
按照gb/t 2842-1981《轻骨料试验方法》检测各组试样的筒压强度；
[0095]
松散堆积密度由处于自然堆积状态的未经振实的颗粒物料的总质量除以堆积物料的总体积求得；
[0096]
吸水率的测定方法为：将各组陶粒在水中浸泡1h，取出后用毛巾擦干表面水分，称重(m1)，然后105℃烘干至恒重(m2)，吸水率(％)＝(m
1-m2)/m2×
100％。
[0097]
表4各实施例及对比例所制得陶粒的技术指标
[0098][0099][0100]
从表4中可以看出，本发明实施例1～4制备的陶粒强度高，吸水率低；在省略预烧结的情况下(对比例1)，陶粒的筒压强度有所降低，吸水率及松散堆积密度提升，原因可能是省略预烧结的情况下，烧结过程之膨胀速度过快，导致体积增大以及产生了少量裂隙，影响了陶粒的筒压强度；在省略了碱调节ph值的情况下(对比例2)，陶粒筒压强度降低，松散堆积密度和吸水率略有提升，原因可能是未调结ph值至近中性时，在脱水过程中铁盐也相应地减少了，后期烧结过程中氧化铁含量降低，影响陶粒的致密度，导致筒压强度降低；在省略芬顿氧化的情况下(对比例3)，陶粒的筒压强度明显降低，吸水率和松散堆积密度明显提升，原因可能是未除去有机质的情况下，陶粒在烧制过程中有机质大量分解，导致陶粒热胀程度过大，直接影响了陶粒的筒压强度和吸水率。
[0101]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：将涉海淤泥的ph值调整为酸性，加入双氧水和fe
2+
，反应完成后用碱调节ph值至6～8，脱水，加入粉煤灰和矿渣，混合均匀后磨碎，然后制粒，烘干，得到陶粒生坯，对陶粒生坯先预烧结，再烧结，制得陶粒。2.根据权利要求1所述的高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，其特征在于，所述将涉海淤泥的ph值调整为酸性具体为利用盐酸将涉海淤泥的ph值调节至3～5。3.根据权利要求1所述的高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，其特征在于，所述双氧水与所述涉海淤泥的质量比为(1～1.5):10；所述fe
2+
与所述双氧水的摩尔比为1:(4～8)。4.根据权利要求1所述的高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，其特征在于，所述反应的时间为10～15min。5.根据权利要求1所述的高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，其特征在于，所述脱水为将ph值调节至6～8的涉海淤泥中的水分脱除至50～60％。6.根据权利要求1所述的高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，其特征在于，所述粉煤灰、所述矿渣与所述涉海淤泥的质量比为(22～35):(13～33):(45～52)。7.根据权利要求1所述的高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，其特征在于，所述烘干的温度为100～150℃，时间为4～6h。8.根据权利要求1所述的高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，其特征在于，所述预烧结的温度为480～550℃，时间为10～15min。9.根据权利要求1所述的高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，其特征在于，所述烧结的温度为950～1050℃，时间为15～20min。10.一种根据权利要求1～9任一项所述高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法制得的陶粒。

技术总结
本发明公开了一种高含盐量、高有机质涉海淤泥烧制陶粒的方法，属于陶瓷技术领域。所述方法的步骤包括：将涉海淤泥的pH值调整为酸性，加入双氧水和Fe


技术研发人员：李铭铭 李明哲 赵红艳
受保护的技术使用者：天科院环境科技发展（天津）有限公司
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2023/7/13