CN106242514A - 一种复合固废轻质高强陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合固废轻质高强陶粒及其制备方法，复合固废轻质高强陶粒按重量份数主要由如下原料制备得到：铁尾矿40.0‑60.0份；辅助原料10.0‑15.0份；发泡剂0.1‑3.0份；还包括污泥，污泥中干基污泥含量为30.0‑50.0份。其制备方法为：按照设计成分配比准确称量污泥、铁尾矿、辅助原料和发泡剂混合均匀，形成均匀的基础配合料；造粒成型获得陶粒生坯，对陶粒生坯进行烧成，退火冷却得到城市污泥协同铁尾矿陶粒。以污泥协同铁尾矿为主要原料制陶粒，不仅将污泥进行无害化处置、资源化利用，而且将污泥这种“城市矿产”替代原生矿物原料具有显著的经济和环境效益。

Description

一种复合固废轻质高强陶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于固体废弃物的资源化利用技术领域，涉及一种复合固废轻质高强陶粒及其制备方法，尤其涉及一种城市污泥协同铁尾矿制备的轻质高强陶粒及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展和城市化水平的不断提高，我国工业污水和城市生活污水的排放量日益增多，污水收集处理率和处理深度不断提高，污泥产量也正以每年10％的速度急剧增加。污泥中含有机物及大量的无机物(主要是硅、铝、铁、钙等)，与许多建筑材料常用的原料成分相近，利用污泥中的有机和无机成分，高温烧胀污泥陶粒、污泥砖、生态水泥等建筑材料，可同时实现污泥的减量化、无害化和资源化利用，渐渐成为近年来污泥处理处置领域的研究热点和发展方向。
CN102786319A公开了一种新型污泥陶粒生产方法，所述方法包括如下步骤：1)原料准备：a、污泥：污水处理厂排出的污泥，含水率为20％-40％；b、粉煤灰，要求粉煤灰细度在80目以上，且粉煤灰成分中含有Al2O3的质量含量在30％以上；c、石英砂，要求石英砂的细度在200目以上，且石英砂中硅的质量含量在95％以上；d、钾盐矿粉，要求钾盐矿粉细度在80目以上，且钾盐矿粉中K2O含量大于25％，Na2O含量大于25％；2)配料：取上述污泥重量百分比为65％-75％；粉煤灰5％-15％；石英沙粉5％-15％；钾盐矿粉5％-10％，充分搅拌均匀；通过挤压造粒制成5mm-20mm长，直径5mm-10mm的初产品；3)烧制。但其发明内容更侧重于烧制过程以及烧制过程中涉及到的装备。
CN102875116A公开了一种制备含铬污泥陶粒的方法，所述方法包括：铬泥经湿磨至120目，城市污泥、风化岩、淤泥或高岭土烘干后和还原剂一起干磨至100目；混合均匀，压制成直径为10mm，长度为20mm的条形颗粒，经成球、烘干后进入回转窑高温1230-1330℃煅烧45分钟，即得到含铬污泥陶粒。其主要是利用了皮革生产过程中产生的含铬污泥，目的在于治理重金属污染。
但是，以单一污泥为主要原料制备陶粒，由于污泥中含有大量的有机质，在污泥陶粒成型过程中会出现生坯尺寸稳定性差、干燥时表面龟裂、有机质燃烧造成生坯颗粒强度下降等问题。
发明内容
针对目前存在的陶粒生坯成型稳定性差、干燥过程龟裂、有机质燃烧造成生坯强度下降等问题，本发明提供一种以城市污泥和铁尾矿为主要原料的轻质高强陶粒及其制备方法，所述城市污泥与铁尾矿之间具有协同作用，可以实现陶粒生坯的宽温域烧成，避免了传统体系烧成温度范围小、成分波动干扰产品质量等问题，成型及预烧过程生坯强度高、尺寸稳定，陶粒性能优异：容积密度低、筒压强度高。
本发明所述轻质高强陶粒是指所述陶粒的容积密度为566.00-886.00kg/m3，筒压强度为3.58-5.51MPa。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种复合固废轻质高强陶粒，所述复合固废轻质高强陶粒按重量份数主要由如下原料制备得到：
铁尾矿为40.0-60.0份，如42.0份、45.0份、48.0份、52.0份、55.0份、57.0份或59.0份等；
辅助原料为10.0-15.0份，如11.0份、12.0份、13.0份、13.5份、14.0份、14.5份或14.8份等；
发泡剂为0.1-3.0份，如0.3份、0.5份、0.8份、1.0份、1.5份、2.0份、2.5份或2.8份等；
所述原料还包括污泥，所述污泥中的干基污泥含量为30.0-50.0份，如32.0份、35.0份、37.0份、39.0份、41.0份、43.0份、45.0份、48.0份或49.0份等。
作为优选的技术方案，所述复合固废轻质高强陶粒按重量份数由如下原料制备得到：
铁尾矿 40.0-60.0份
辅助原料 10.0-15.0份
发泡剂 0.1-3.0份；
所述原料还包括污泥，所述污泥中的干基污泥含量为 30.0-50.0份。
污泥与铁尾矿协同利用制备的陶粒具有质轻、耐腐蚀、抗冻融、抗震和良好的隔热性等优异理化性能，可广泛应用于建材、园艺、耐火保温材料、化工、石油等领域。
所述污泥为城市污泥。以城市污泥协同铁尾矿为主要原料制陶粒，可以解决污水厂污泥无害化、减量化处置的问题。另一方面，污泥与铁尾矿的协同利用极大地降低了矿物原料的添加比例，同时形成多种类固体废弃物协同利用新方法。
优选地，所述污泥的含水率为60.0-80.0％，如61.0％、62.0％、63.0％、68.0％、71.0％、73.0％、75.0％、76.0％、78.0％或79.0％等，烧失量为40.0-60.0％，如42.0％、45.0％、47.0％、49.0％、51.0％、53.0％、55.0％或57.0％等。所述污泥只要保证其干基污泥含量为30.0-50.0份即可，其含水率没有严格的限制，本领域技术人员在实际制备过程中可根据实际情况进行调整。
所述污泥的含水率如无特殊说明均是指污泥中水的质量百分含量。
优选地，所述干基污泥按质量百分含量包括如下成分：12.00-24.50％SiO2，如13.00％、15.25％、18.35％、20.45％、23.60％、28.15％或29.62％等；4.00-6.00％Fe2O3，如4.25％、4.50％、4.75％、5.01％、5.25％、5.56％或5.85％等；4.00-8.50％Al2O3，如4.35％、4.85％、5.15％、5.35％、6.10％、6.57％、6.85％、7.12％、7.35％或7.64％等；1.10-2.50％MgO，如1.15％、1.23％、1.54％、1.80％、2.12％或2.35％等；43.80-65.40％CaO，如45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％或65％等；0.30-1.50％Na2O，如0.52％、0.82％、0.91％、1.12％、1.35％或1.42％等；0.50-1.50％K2O，如0.85％、0.88％、0.92％、1.02％、1.05％或1.10％等；0.50-0.90％TiO2，如0.60％、0.70％、0.80％或0.85％等；3.60-4.70％P2O5，如3.70％、3.80％、3.90％、4.10％、4.30％、4.50％或4.60％等；0.12-0.14％MnO，如0.13％等；4.02-7.04％SO3，如4.35％、4.85％、5.20％、5.60％、6.02％、6.32％、6.58％或6.90％等；0.03-0.04％CuO；0.05-0.12％ZnO，如0.06％、0.07％、0.09％、0.10％或0.11％等；0.01-0.02％ZrO2；0.05-0.06％SrO；0.03-0.05％Cr2O3；0-0.01％NiO；0-0.01％Rb2O。
所述铁尾矿按质量百分含量包括如下成分：0.08-0.20％Na2O，如0.09％、0.10％、0.12％、0.13％、0.15％、0.17％或0.19％等；3.50-5.64％MgO，如3.60％、3.80％、4.01％、4.23％、4.56％、4.86％、5.21％、5.38％或5.60％等；8.17-15.00％Al2O3，如9.00％、10.00％、11.00％、12.00％、13.00％或14.00％等；45.85-65.00％SiO2，如46.00％、47.00％、48.00％、50.00％、52.00％、55.00％、58.00％、60.00％或62.00％等；0.20-0.34％P2O5，如0.21％、0.25％、0.28％、0.30％、0.32％或0.33％等；2.49-3.50％SO3，如2.50％、2.60％、2.70％、2.80％、2.90％、3.00％、3.12％或3.35％等；1.39-2.45％K2O，如1.42％、1.52％、1.66％、1.75％、1.86％、1.90％、2.10％、2.21％或2.32％等；12.50-18.25％CaO，如13.50％、15.00％、15.50％、16.00％、16.50％、17.00％、17.50％或18.00％等；0.38-0.50％TiO2，如0.40％、0.42％、0.45％或0.48％等；1.42-1.70％MnO，如1.52％或1.62％等；12.50-18.00％Fe2O3，如13.00％、14.00％、15.00％、16.00％、17.00％或17.50％等；0.20-0.30％CuO，如0.25％等；0.50-0.68％ZnO，如0.62％等；0.01-0.02％SrO；0.01-0.02％ZrO2；0.01-0.02％PbO；0.04-0.05％F。
优选地，所述铁尾矿按质量百分含量包括如下成分：0.08％Na2O、5.64％MgO、8.17％Al2O3、45.85％SiO2、0.34％P2O5、2.49％SO3、1.39％K2O、18.25％CaO、0.38％TiO2、1.42％MnO、14.55％Fe2O3、0.25％CuO、0.68％ZnO、0.02％SrO、0.02％ZrO2、0.02％PbO、0.45％F。
所用辅助原料为：石英砂和/或硅石、纯碱、氧化铝和碳酸钾中的任意三种或至少四种的组合。典型但非限制性的组合如石英砂、硅石、纯碱与氧化铝，硅石、纯碱、氧化铝和碳酸钾，石英砂、纯碱、氧化铝和碳酸钾，石英砂、硅石、纯碱、氧化铝和碳酸钾。所述辅助原料的作用为稳泡、助熔等。
优选地，所述辅助原料中石英砂和/或硅石、纯碱、氧化铝和碳酸钾的重量比是：5.0-10.0:0-3.0:2.0-5.0:0-3.0，如6:1:3:1、7:2:4:2、8:2.5:4.5:2.5或9:1.5:2.5:2.5等。
优选地，所述辅助原料是含有SiO2、Na2O、Al2O3、K2O和Fe3O4的矿物，优选为钾长石粉和/或页岩粉。
所用发泡剂为：碳酸钠、碳化硅、四氧化三铁或碳粉中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合为，碳酸钠与碳化硅，四氧化三铁与碳粉，碳酸钠与四氧化三铁，碳化硅、四氧化三铁与碳粉，碳酸钠、碳化硅与四氧化三铁。
优选地，所述发泡剂为碳酸钠、碳化硅、四氧化三铁和碳粉，且其重量比是：2.0-4.0:0.1-0.5:0-6.0:0-11.0，如2.5:0.2:1:1、3:0.2:2:3、3.5:0.4:4:5、2.5:0.3:5:9或3.5:0.4:4.5:10等。
本发明的目的之一还在于提供一种如上所述的复合固废轻质高强陶粒的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将配方量的污泥、铁尾矿、辅助原料和发泡剂混合，得到陶粒基础混合料；
(2)将陶粒基础混合料进行造粒，得到陶粒生坯颗粒；
(3)将陶粒生坯颗粒干燥，得到陶粒生坯干颗粒；
(4)将陶粒生坯干颗粒进行烧成处理，冷却，得到所述复合固废轻质高强陶粒。
步骤(1)所述污泥为在40-120℃条件下干燥，粉碎后得到的干基污泥，如在45℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或115℃条件下干燥。
优选地，步骤(1)所述混合在混料机中进行。
步骤(2)所述陶粒生坯颗粒的直径为5.0-20.0mm，如6.0mm、8.0mm、9.0mm、10.0mm、12.0mm、13.0mm、15.0mm或18.0mm等。
优选地，步骤(2)所述的陶粒生坯颗粒表面包覆一层粉煤灰层后，再进行步骤(3)所述的干燥。所述粉煤灰层有助于避免陶粒生坯颗粒在烧成阶段的粘连。
优选地，步骤(3)所述干燥的温度为40-120℃,如45℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或115℃等。
步骤(4)所述烧成处理为：以10.0-40.0℃/min的速率升温至600-650℃，保温5.0-30.0min(即预烧成)；再以20.0-40.0℃/min的速率升温至1050-1150℃，保温5.0-15.0min(即烧成)。
所述预烧成的升温速率可为12.0℃/min、15.0℃/min、18.0℃/min、20.0℃/min、22.0℃/min、25.0℃/min、28.0℃/min、30.0℃/min、32.0℃/min、35.0℃/min或38.0℃/min等；所述预烧成的温度可为610℃、620℃、630℃、640℃或645℃等；所述预烧成的时间可为6.0min、7.0min、8.0min、10.0min、12.0min、18.0min、22.0min、25.0min或28.0min等。
所述烧成的升温速率可为22.0℃/min、25.0℃/min、28.0℃/min、30.0℃/min、32.0℃/min、35.0℃/min或38.0℃/min等；所述烧成的温度可为1060℃、1080℃、1100℃、1120℃、1130℃或1040℃等，所述烧成的时间可为6.0min、7.0min、8.0min、10.0min、12.0min或14.0min等。
优选地，步骤(4)所述冷却为自然冷却，冷却的温度为50℃以下，如45℃、40℃、35℃、30℃、20℃、10℃或5℃等。
作为优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)混料：将湿污泥置于40-120℃烘干，粉碎得到的干基污泥或直接采用湿污泥作原料；将精确称量的配方量的干基污泥或湿污泥、铁尾矿、辅助原料及发泡剂放入混料机混合均匀，得到陶粒基础混合料；
(2)造粒：对陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm陶粒生坯颗粒；
(3)干燥：将陶粒生坯颗粒表面包覆一层粉煤灰层后在40-120℃烘干，得到陶粒生坯干颗粒；
(4)烧成：对陶粒生坯干颗粒进行烧成处理，烧成制度为：以10.0-40.0℃/min的速率升温至600-650℃，保温5.0-30.0min；再以20.0-40.0℃/min的速率升温至1050-1150℃，保温5.0-15.0min；自然冷却至50℃以下，得到所述复合固废轻质高强陶粒。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的复合固废轻质高强陶粒是污泥与铁尾矿协同利用及新型陶粒成分体系。选择污泥和铁尾矿为主要原料，具有极其重要的战略意义，尤其污泥是一种有机物与无机物混合的难处理固体废弃物，目前还未大规模资源化利用，以污泥和铁尾矿为主要原料开发复合固废轻质高强陶粒轻集料，在能源与环境等诸多领域具有广泛和重要的应用，对于推进环境治理和节能增效具有重要的意义。本发明设计的新型轻质高强陶粒成分体系，可以实现宽温域烧成，避免了传统体系烧成温度范围小、成分波动干扰产品质量等问题，并且可以实现对污泥的系统性、大规模性处理。
(2)本发明提供的复合固废轻质高强陶粒的成型及预烧过程生坯强度高、尺寸稳定。以城市污泥协同铁尾矿为主要的原材料，污泥和铁尾矿组成的基础配合料塑性好，可避免在陶粒成型过程中生坯强度低、尺寸稳定性差、干燥表面龟裂、有机质燃烧致生坯强度下降等问题。
(3)本发明提供的复合固废轻质高强陶粒的性能优异：容积密度低、筒压强度高。根据本发明方法制得的陶粒外表坚硬、无明显气孔，内部气孔分布均匀，筒压强度高达5.51MPa，容积密度高达886.00kg/m3。
附图说明
图1为本发明一种实施方式提供的复合固废轻质高强陶粒制备工艺流程。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。而且本发明通过下面实施例，本领域技术人员是能够完全实现本发明权利要求记载的所有内容的。
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，如图1所示。所述制备方法包括如下步骤：
(1)混料：将湿污泥在40-120℃烘干，粉碎得到的干基污泥或直接采用湿污泥作原料；将精确称量的配方量的干基污泥或湿污泥、铁尾矿、辅助原料及发泡剂放入混料机混合均匀，得到陶粒基础混合料；
(2)造粒：对陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm陶粒生坯颗粒；
(3)干燥：将陶粒生坯颗粒表面包覆一层粉煤灰层后在40-120℃烘干，得到陶粒生坯干颗粒；
(4)烧成：对陶粒生坯干颗粒进行烧成处理，烧成制度为：以10.0-40.0℃/min的速率升温至600-650℃，保温5.0-30.0min；再以20.0-40.0℃/min的速率升温至1050-1150℃，保温5.0-15.0min；自然冷却至50℃以下，得到所述复合固废轻质高强陶粒。
实施例1
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将城市污泥置于40℃干燥箱烘干粉碎，按照成分配比精确称量45.0kg脱水污泥，40.0kg铁尾矿，辅助原料15.0kg(其中：3.0kg碳酸钠，2.0kg氧化铝，10.0kg石英砂)，0.5kg碳化硅。将精确称量的脱水污泥、铁尾矿、辅助原料及碳化硅放入混料机混合均匀，得到污泥协同铁尾矿陶粒基础混合料；
(2)对污泥协同铁尾陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm的球状颗粒，之后在球状颗粒表面包覆一层粉煤灰层，即得到陶粒生坯；
(3)将得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯置于40℃烘箱中烘干；
(4)对所述步骤(3)得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯进行烧成处理，烧成制度为：以10.0℃/min的速率升温至600℃，保温10.0min；以20.0℃/min的速率升温至1130℃，保温25.0min；自然冷却至50℃以下，得到污泥协同铁尾矿陶粒；
所述步骤(4)得到的陶粒筒压强度为4.04MPa，容积密度为596.00kg/m3。
实施例2
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将城市污泥置于80℃干燥箱烘干粉碎，按照成分配比精确称量40.0kg脱水污泥，50.0kg铁尾矿，辅助原料(页岩粉)10.0kg(页岩粉成分为(按质量分数)：44.40％SiO2、27.73％Al2O3、0.34％Na2O、1.24％K2O、10.77％CaO、1.27％MgO、5.56％Fe2O3)，0.2kg碳化硅；将精确称量的脱水污泥、铁尾矿、辅助原料及碳化硅放入混料机混合均匀，得到陶粒基础混合料；
(2)对污泥协同铁尾陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm的球状颗粒，之后在球状颗粒表面包覆一层粉煤灰层，即得到污泥协同铁尾矿陶粒生坯；
(3)将得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯置于80℃烘箱中烘干；
(4)对所述步骤(3)得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯进行烧成处理，烧成制度为：以30.0℃/min的速率升温至620℃，保温15min；以25.0℃/min的速率升温至1120℃，保温15.0min；自然冷却至50℃以下，得到污泥协同铁尾矿陶粒；
所述步骤(4)得到的陶粒筒压强度为5.45MPa，容积密度为763.00kg/m3。
实施例3
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将城市污泥置于110℃干燥箱烘干粉碎，按照成分配比精确称量30.0kg脱水污泥，60.0kg铁尾矿，辅助原料(钾长石粉)10.0kg(钾长石粉成分为：66.52％SiO2、19.53％Al2O3、4.20％Na2O、6.19％K2O、1.45％CaO、0.43％MgO、1.32％Fe2O3)，0.1kg碳化硅；将精确称量的脱水污泥、铁尾矿、辅助原料及碳化硅放入混料机混合均匀，得到陶粒基础混合料；
(2)对污泥协同铁尾陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm的球状颗粒，之后在球状颗粒表面包覆一层粉煤灰层，即得到污泥协同铁尾矿陶粒生坯；
(3)将得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯置于110℃烘箱中烘干；
(4)对所述步骤(3)得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯进行烧成处理，烧成制度为：以30.0℃/min的速率升温至640℃，保温25.0min；以20.0℃/min的速率升温至1100℃，保温10.0min；自然冷却至50℃以下，得到污泥协同铁尾矿陶粒；
所述步骤(4)得到的陶粒筒压强度为5.41MPa，容积密度为758.00kg/m3。
实施例4
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将城市污泥置于110℃干燥箱烘干粉碎，按照成分配比精确称量30.0kg脱水污泥，55.0kg铁尾矿，辅助原料(钾长石粉)15.0kg(钾长石粉成分为(按质量分数)：66.52％SiO2、19.53％Al2O3、4.20％Na2O、6.19％K2O、1.45％CaO、0.43％MgO、1.32％Fe2O3)，0.2kg碳化硅。将精确称量的脱水污泥、铁尾矿、辅助原料及碳化硅放入混料机混合均匀，得到污泥协同铁尾矿陶粒基础混合料；
(2)对污泥协同铁尾陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm的球状颗粒，之后在球状颗粒表面包覆一层粉煤灰层，即得到矿陶粒生坯；
(3)将得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯置于110℃烘箱中烘干；
(4)对所述步骤(3)得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯进行烧成处理，烧成制度为：以15.0℃/min的速率升温至650℃，保温25.0min；以25.0℃/min的速率升温至1080℃，保温5.0min；自然冷却至50℃以下，得到污泥协同铁尾矿陶粒；
所述步骤(4)得到的陶粒筒压强度为5.51MPa，容积密度为703.00kg/m3。
实施例5
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将城市污泥置于120℃干燥箱烘干粉碎，按照成分配比精确称量50kg脱水污泥，50.0kg铁尾矿，辅助原料12.0kg(其中：硅石5.0kg、纯碱2.0kg、氧化铝2.0kg和碳酸钾3.0kg)，3.0kg发泡剂(碳酸钠2kg、四氧化三铁1kg)。将精确称量的脱水污泥、铁尾矿、辅助原料及发泡剂放入混料机混合均匀，得到污泥协同铁尾矿陶粒基础混合料；
(2)对污泥协同铁尾陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm的球状颗粒，之后在球状颗粒表面包覆一层粉煤灰层，即得到陶粒生坯；
(3)将得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯置于120℃烘箱中烘干；
(4)对所述步骤(3)得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯进行烧成处理，烧成制度为：以40.0℃/min的速率升温至650℃，保温5.0min；以40.0℃/min的速率升温至1150℃，保温5.0min；自然冷却至50℃以下，得到污泥协同铁尾矿陶粒；
所述步骤(4)得到的陶粒筒压强度为3.58MPa，容积密度为566.00kg/m3。
实施例6
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将城市污泥置于120℃干燥箱烘干粉碎，按照成分配比精确称量40kg脱水污泥，55.0kg铁尾矿，辅助原料13.0kg(其中：硅石5.0kg、纯碱3.0kg、氧化铝5.0kg)，2.0kg发泡剂(碳酸钠、碳化硅、四氧化三铁和碳粉的重量比是：3.0:0.3:3:6.0)。将精确称量的脱水污泥、铁尾矿、辅助原料及发泡剂放入混料机混合均匀，得到污泥协同铁尾矿陶粒基础混合料；
(2)对污泥协同铁尾陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm的球状颗粒，之后在球状颗粒表面包覆一层粉煤灰层，即得到陶粒生坯；
(3)将得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯置于80℃烘箱中烘干；
(4)对所述步骤(3)得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯进行烧成处理，烧成制度为：以10.0℃/min的速率升温至630℃，保温30.0min；以20.0℃/min的速率升温至1050℃，保温15.0min；自然冷却至50℃以下，得到污泥协同铁尾矿陶粒；
所述步骤(4)得到的陶粒筒压强度为5.50MPa，容积密度为886.00kg/m3。
实施例7
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将城市污泥置于80℃干燥箱烘干粉碎，按照成分配比精确称量40kg脱水污泥，55.0kg铁尾矿，辅助原料13.0kg(其中：石英砂5.0kg、硅石5kg、氧化铝3.0kg)，2.0kg发泡剂(碳酸钠、碳化硅、四氧化三铁的重量比是：4.0:0.1:6.0)。将精确称量的脱水污泥、铁尾矿、辅助原料及发泡剂放入混料机混合均匀，得到污泥协同铁尾矿陶粒基础混合料；
(2)对污泥协同铁尾陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm的球状颗粒，之后在球状颗粒表面包覆一层粉煤灰层，即得到陶粒生坯；
(3)将得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯置于100℃烘箱中烘干；
(4)对所述步骤(3)得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯进行烧成处理，烧成制度为：以30.0℃/min的速率升温至600℃，保温20.0min；以30.0℃/min的速率升温至1100℃，保温10.0min；自然冷却至50℃以下，得到污泥协同铁尾矿陶粒；
所述步骤(4)得到的陶粒筒压强度为4.34MPa，容积密度为635.00kg/m3。
实施例8
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将城市污泥置于100℃干燥箱烘干粉碎，按照成分配比精确称量40kg脱水污泥，55.0kg铁尾矿，辅助原料10.0kg(其中：石英砂5.0kg、硅石1kg、碳酸钠2.0kg、碳酸钾2.0kg)，2.0kg发泡剂(碳酸钠、碳化硅、碳粉的重量比是：2.0:0.5:11.0)。将精确称量的脱水污泥、铁尾矿、辅助原料及发泡剂放入混料机混合均匀，得到污泥协同铁尾矿陶粒基础混合料；
(2)对污泥协同铁尾陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm的球状颗粒，之后在球状颗粒表面包覆一层粉煤灰层，即得到陶粒生坯；
(3)将得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯置于100℃烘箱中烘干；
(4)对所述步骤(3)得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯进行烧成处理，烧成制度为：以30.0℃/min的速率升温至600℃，保温20.0min；以30.0℃/min的速率升温至1100℃，保温10.0min；自然冷却至50℃以下，得到污泥协同铁尾矿陶粒；
所述步骤(4)得到的陶粒筒压强度为4.54MPa，容积密度为705.00kg/m3。
实施例9
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干基污泥含量为40kg的含水率为70.0％的城市污泥，55.0kg铁尾矿，辅助原料10.0kg(其中：石英砂5.0kg、硅石1kg、碳酸钠2.0kg、碳酸钾2.0kg)，2.0kg发泡剂(碳酸钠、碳化硅、碳粉的重量比是：2.0:0.5:11.0)。将精确称量的城市污泥、铁尾矿、辅助原料及发泡剂放入混料机混合均匀，得到污泥协同铁尾矿陶粒基础混合料；
(2)对污泥协同铁尾陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm的球状颗粒，之后在球状颗粒表面包覆一层粉煤灰层，即得到陶粒生坯；
(3)将得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯置于100℃烘箱中烘干；
(4)对所述步骤(3)得到的污泥协同铁尾矿陶粒生坯进行烧成处理，烧成制度为：以30.0℃/min的速率升温至600℃，保温20.0min；以30.0℃/min的速率升温至1100℃，保温10.0min；自然冷却至50℃以下，得到污泥协同铁尾矿陶粒；
所述步骤(4)得到的陶粒筒压强度为4.54MPa，容积密度为705.00kg/m3。
所述城市污泥的含水率为60.0％、65％、75％或80.0％时，其得到的陶粒的筒压强度和容积密度与实施9得到的陶粒的筒压强度和容积密度基本相同。
对比例1
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，除步骤(1)中含有55kg脱水污泥外，其余与实施例1相同。
得到的陶粒筒压强度为3.26MPa，容积密度为655.00kg/m3。
对比例2
一种复合固废轻质高强陶粒的制备方法，除步骤(1)中不含有铁尾矿外，其余与实施例1相同。
得到的陶粒筒压强度为1.05MPa，容积密度为754.00kg/m3。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种复合固废轻质高强陶粒，其特征在于，所述复合固废轻质高强陶粒按重量份数主要由如下原料制备得到：
铁尾矿 40.0-60.0份；
辅助原料 10.0-15.0份；
发泡剂 0.1-3.0份；
所述原料还包括污泥，所述污泥中的干基污泥含量为 30.0-50.0份。
2.根据权利要求1所述的复合固废轻质高强陶粒，其特征在于，所述污泥为城市污泥；
优选地，所述污泥的含水率为60.0-80.0％，烧失量为40.0-60.0％；
优选地，所述干基污泥按质量百分含量包括如下成分：12.00-24.50％SiO2、4.00-6.00％Fe2O3、4.00-8.50％Al2O3、1.10-2.50％MgO、43.80-65.40％CaO、0.30-1.50％Na2O、0.50-1.50％K2O、0.50-0.90％TiO2、3.60-4.70％P2O5、0.12-0.14％MnO、4.02-7.04％SO3、0.03-0.04％CuO、0.05-0.12％ZnO、0.01-0.02％ZrO2、0.05-0.06％SrO、0.03-0.05％Cr2O3、0-0.01％NiO、0-0.01％Rb2O。
3.根据权利要求1或2所述的复合固废轻质高强陶粒，其特征在于，所述铁尾矿按质量百分含量包括如下成分：0.08-0.20％Na2O、3.50-5.64％MgO、8.17-15.00％Al2O3、45.85-65.00％SiO2、0.20-0.34％P2O5、2.49-3.50％SO3、1.39-2.45％K2O、12.50-18.25％CaO、0.38-0.50％TiO2、1.42-1.70％MnO、12.50-18.00％Fe2O3、0.20-0.30％CuO、0.50-0.68％ZnO、0.01-0.02％SrO、0.01-0.02％ZrO2、0.01-0.02％PbO、0.04-0.05％F；
优选地，所用铁尾矿按质量百分含量包括如下成分：0.08％Na2O、5.64％MgO、8.17％Al2O3、45.85％SiO2、0.34％P2O5、2.49％SO3、1.39％K2O、18.25％CaO、0.38％TiO2、1.42％MnO、14.55％Fe2O3、0.25％CuO、0.68％ZnO、0.02％SrO、0.02％ZrO2、0.02％PbO、0.45％F。
4.根据权利要求1-3之一所述的复合固废轻质高强陶粒，其特征在于，所用辅助原料为：石英砂和/或硅石、纯碱、氧化铝和碳酸钾中的任意三种或至少四种的组合；
优选地，所述辅助原料中石英砂和/或硅石、纯碱、氧化铝和碳酸钾的重量比是：5.0-10.0:0-3.0:2.0-5.0:0-3.0；
优选地，所述辅助原料是含有SiO2、Na2O、Al2O3、K2O和Fe3O4的矿物，优选为钾长石粉和/或页岩粉。
5.根据权利要求1-4之一所述的复合固废轻质高强陶粒，其特征在于，所用发泡剂为：碳酸钠、碳化硅、四氧化三铁或碳粉中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述发泡剂为碳酸钠、碳化硅、四氧化三铁和碳粉，且其重量比是：2.0-4.0:0.1-0.5:0-6.0:0-11.0。
6.根据权利要求1-5之一所述的复合固废轻质高强陶粒的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将配方量的污泥、铁尾矿、辅助原料和发泡剂混合，得到陶粒基础混合料；
(2)将陶粒基础混合料进行造粒，得到陶粒生坯颗粒；
(3)将陶粒生坯颗粒干燥，得到陶粒生坯干颗粒；
(4)将陶粒生坯干颗粒进行烧成处理，冷却，得到所述复合固废轻质高强陶粒。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述污泥为在40-120℃条件下干燥，粉碎后得到的干基污泥；
优选地，步骤(1)所述混合在混料机中进行。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述陶粒生坯颗粒的直径为5.0-20.0mm；
优选地，步骤(2)所述的陶粒生坯颗粒表面包覆一层粉煤灰层后，再进行步骤(3)所述的干燥；
优选地，步骤(3)所述干燥的温度为40-120℃。
9.根据权利要求6-8之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述烧成处理为：以10.0-40.0℃/min的速率升温至600-650℃，保温5.0-30.0min；再以20.0-40.0℃/min的速率升温至1050-1150℃，保温5.0-15.0min；
优选地，步骤(4)所述冷却为自然冷却，冷却的温度为50℃以下。
10.根据权利要求6-9之一所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)混料：将湿污泥在40-120℃烘干，粉碎得到的干基污泥或直接采用湿污泥作原料；将精确称量的配方量的干基污泥或湿污泥、铁尾矿、辅助原料及发泡剂放入混料机混合均匀，得到陶粒基础混合料；
(2)造粒：对陶粒基础混合料进行造粒处理，制成直径为5.0-20.0mm陶粒生坯颗粒；
(3)干燥：将陶粒生坯颗粒表面包覆一层粉煤灰层后在40-120℃烘干，得到陶粒生坯干颗粒；
(4)烧成：对陶粒生坯干颗粒进行烧成处理，烧成制度为：以10.0-40.0℃/min的速率升温至600-650℃，保温5.0-30.0min；再以20.0-40.0℃/min的速率升温至1050-1150℃，保温5.0-15.0min；自然冷却至50℃以下，得到所述复合固废轻质高强陶粒。
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