冶金综合废水沉积淤泥制备彩釉地砖的工艺方法 【技术领域】
本发明涉及一种建筑装饰材料的制备方法，具体的说是以冶金行业沉积废水淤泥为原料制备彩釉地砖的工艺方法。
背景技术
针对不同特性污泥的资源化利用，国内外进行了大量的研究。如利用东湖底泥和粉煤灰作为主要原料，辅以伟晶花岗岩和石英添加剂，烧制出吸水率、断裂模数达到国家有关质量标准的瓷质砖(中国地质大学学报，2004，29(03)：347-351.)，但其底泥含量较低，约为60％左右，从而需要增加辅料的添加量，使得生产成本较高。申请号200610031101.采用城市污水脱水污泥烘干后碾碎制成污泥粉，与高岭土、长石粉混合均匀后，加入一定质量的水，混合均匀，然后恒温贮存一定时间，模压成型，再烧成成陶质地砖，污泥使用量更低，只有13-15％，成本高，污泥处理效果差。申请号02107233.公开了一种利用河道、湖泊、工厂、污水厂的污淤泥，经过资源化无害化处理，掺加胶结料、填充料、增加剂，混合搅拌后成型，制成地砖，其产品应用于路面工程及水利工程，该地砖强度性能较差，只能作为低档次的地砖销售。另外由于东湖底泥及城市污水淤泥制成的污泥中含有的有机物多，烧成过程中排出的烟雾燃烧不充分，会对大气造成二次污染，且最高烧成温度范围一般高于1200℃，在高温加热过程中产品成型效果差，影响产品的形状保持，降低了合格率。国外也有利用污泥焚烧灰渣制砖的研究，如日本丸美陶瓷公司利用焚烧渣生产各种陶制绿色地面砖：在磨细渣灰中加入5％-10％膨润土，调至6％水分，压制成600mm×600mm×10mm大规格的陶坯干燥，于1000℃下烧成，制成收缩率和吸水率小的陶制地砖，但是其强度较低。另外，美国等北美国家主要利用城市污泥生产玻璃态集料，但成本较为昂贵。
武汉钢铁(集团)公司在生产过程中会出现大量冶金综合废水沉积淤泥，它主要来来源于厂区面源悬浮物(离散粉尘经雨水进入水体)以及各种工业点源污水中的悬浮物，含有多种重金属(见表1)。形成的冶金综合废水沉积淤泥大量堆放后不仅占用土地，更会对环境造成严重的二次污染。虽然对上述生活污水污泥或低重金属含量的污泥资源化利用的报导较多，但目前尚未有对冶金行业生产中产生的冶金综合废水沉积淤泥资源化处理的相关报道。
表1冶金综合废水沉积淤泥常规含量及营养成分含量(g/kg)
Fe Ca TN TP TK OM 40.99-218.41 1.56-70.72 0.61-6.30 0.75-3.85 2.94-64.66 24.67-174.93
【发明内容】
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种以冶金综合废水沉积淤泥为原料制备彩釉地砖的工艺方法，其工艺简单、生产成本低、淤泥利用量高、对环境友好，制得的彩釉地砖强度高、各项性能优异，远远超过JC/T765-88 96的国家建材行业标准。
技术方案包括将冶金综合废水沉积淤泥粉80～85wt％与作为改性剂D的钾长石和锂辉石混合物5～10wt％，以及作为改性剂C的透辉石10～15wt％混合均匀后进行造粒、陈腐、压制成型、干燥后素烧和施釉获得彩釉地砖的砖坯，再将砖坯进行高温烧成后得到彩釉地砖，其中，所述作为改性剂D钾长石和锂辉石的混合重量比为5～6∶1，优选5∶1。
优选述冶金综合废水沉积淤泥粉80wt％，改性剂D 10wt％，改性剂C 10wt％。
所述造粒步骤中，将配料进行球磨混合后进行造粒，控制粒径为0.5～0.6mm，优选0.5mm。；陈腐时间为24～48h。
所述烧成步骤中，所述烧成步骤中，烧成温度范围为1000～1150℃，在辊道窑中烧成周期为60～70min.，优选烧成温度1120℃，烧成周期为60min。
发明人对冶金综合废水沉积淤泥成份进行了分析，发现其金属含量较高，特别是含铁量高，而有机物含量少，通过干燥制成冶金综合废水沉积淤泥粉为主要原料进行烧成后地砖强度较好，且烟雾较少。另外，通过对冶金综合废水沉积淤泥的化学组成和物理性能分析测试，运用硅酸盐添加剂对淤泥进行改性，以降低烧成温度，最高烧成温度为1000～1150℃。并特别添加了少量的改性剂D和C，其热膨胀系数小，熔点低，可促进坯料快速烧成，并形成规则产品，大大提高了产品合格率。本发明中造粒、压制成型、干燥后素烧和施釉、以及烧成步骤可以参照现有的彩釉地砖的制备工艺，但是为了进一步提高产品的质量和合格率，保证产品性能的优异性，针对作为主要原料的冶金综合废水沉积淤泥，在造粒过程中最好控制粒径为0.5～0.6mm，进行造粒，获得细小均匀的颗粒，以减少材料在烧成过程中产生热应力而破裂。
本发明与现有技术相比，具有以下技术特点：
(1)利用硅酸盐陶瓷生产技术，对其冶金综合废水沉积淤泥进行最大限度的利用，生产较高附加值的彩釉地砖，实现淤泥的资源化利用，获得良好的环境效益和经济效益。
(2)充分利用现有的冶金综合废水沉积淤泥以为主原料，淤泥利用量可高达80％以上，彻底解决了淤泥的堆集而污染环境的问题，且配料添加量少，工艺简单、生产成本低，采用本方法生产彩釉地砖的成本比常规彩釉地砖生产成本降低20％以上。
(3)制造出的彩釉地砖重量轻、收缩率均低于8％，且吸水率低、强度高，地砖性能远远超过JC/T765-88 96的国家建材行业标准。
(4)过专业部门的放射性测试，采用冶金综合废水沉积淤泥烧制的装饰材料达到A级，即可作为室内外的建筑装饰材料。
(5)烧制过程中极少烟雾排出，不会对大气产生污染。
【附图说明】
图1为本发明工艺流程图(图中，冶金综合废水沉积淤泥简称淤泥)。
图2是在烧成温度1120℃条件下彩釉地砖的XRD图谱(1120℃，1h，80KN)，由XRD图谱分析可知，样品的相组成为Ca2Al2SiO8，β-CaSiO3，Fe2O3，SiO2。
图3是是采用扫描电镜对地砖的SEM分析。其中a为镜下200倍放大图、b为镜下1000倍放大图、c为镜下2000倍放大图，d为镜下5000倍放大图。
【具体实施方式】
实施例1
配料：
冶金综合废水沉积淤泥进行烘干后制成的冶金综合废水沉积淤泥粉：80重量份
改性剂D：10重量份，其中钾长石与锂辉石混合重量比为5∶1
改性剂C：透辉石10重量份
工艺方法：
参照图1，将上述配料混合后送入球磨机混匀、造粒，制成粒径为0.5mm的细小均匀的颗料后陈腐48h；然后送至模具中压制成型；干燥后再进行素烧和施釉，获得彩釉地砖的砖坯，再将砖坯送入辊道窑烧成，烧成温度为1120℃，周期60min，以使砖坯充分发生物理化学变化，制得彩釉地砖。
取上述彩釉地砖的样品进行性能检测，吸水率1.81％，干燥强度为5.32MPa，1120℃烧成的样品抗折强度为24.64MPa，抗压强度达131.95MPa，远远超过JC/T765-88 96地国家建材行业标准。通过专业部门的放射性测试，该冶金综合废水沉积淤泥烧制的装饰材料为A级，即可作为室内外的建筑装饰材料。
图2为在烧制温度1120℃条件下彩釉地砖样品的XRD图谱，由XRD图谱分析可知，样品的相组成为Ca2Al2SiO8，β-CaSiO3，Fe2O3，SiO2；图3中a-d分别是采用扫描电镜对不同放大倍数彩釉地砖样品的SEM分析，表明样品中存在尺寸大小一致的晶相及丰富的气孔相，样品性能优异。
实施例2
配料：
冶金综合废水沉积淤泥进行烘干后制成的冶金综合废水沉积淤泥粉：85重量份
改性剂D：5重量份，其中钾长石与锂辉石混合重量比为6∶1
改性剂C：透辉石10重量份
工艺方法：
参照图1，将上述配料混合后送入球磨机混匀、造粒，制成粒径为0.6mm的细小均匀的颗料后陈腐24h；然后送至模具中压制成型；干燥后再进行素烧和施釉，获得彩釉地砖的砖坯，再将砖坯送入辊道窑烧成，烧成温度为1000℃，周期70min，以使砖坯充分发生物理化学变化，制得彩釉地砖。
实施例3
配料：
冶金综合废水沉积淤泥进行烘干后制成的冶金综合废水沉积淤泥粉：80重量份
改性剂D：5重量份，其中钾长石与锂辉石混合重量比为6∶1
改性剂C：透辉石15重量份
工艺方法：
参照图1，将上述配料混合后送入球磨机混匀、造粒，制成粒径为0.6mm的细小均匀的颗料后陈腐36h；然后送至模具中压制成型；干燥后再进行素烧和施釉，获得彩釉地砖的砖坯，再将砖坯送入辊道窑烧成，烧成温度为1150℃，周期65min，以使砖坯充分发生物理化学变化，制得彩釉地砖。