1、第24卷 第6期2004年12月湛江海洋大學學報Journal of Zhan jiang O cean Un iversityV o.l 24No.6Dec .2004利用海洋疏浚泥生產(chǎn)輕質(zhì)陶粒的研究謝 健1, 林鑫城2, 石 萍1, 萬德榮2, 陳 煒2(1.國家海洋局南海海洋工程勘察與環(huán)境研究院,廣東 廣州 510300;2.廣州華穗輕質(zhì)陶粒制品廠,廣東 廣州 510760收稿日期:2004-03-08基金項目:國家高技術應用部門發(fā)展項目(批準文號:計高技2001977號,國家海洋局南海分局海洋科技局長基金0329/2003第一作者:謝健(1965,男,學士,教授級高工,主要從事赤潮研究

2、、海洋工程論證、環(huán)境評價等工作。摘 要:為將疏浚泥轉化為可再利用的材料,以減少疏浚泥海洋傾倒量,利用燒結技術將疏浚泥轉化為建筑材料輕質(zhì)陶粒進行再利用,把摻疏浚泥的混合料投入應用性試生產(chǎn)。結果表明,當混合料中疏浚泥與黏土的比例達到1B 2或1B 3時,燒結溫度1160e ,焙燒效果較好,所得陶粒的顆粒密度較低;陶粒產(chǎn)品的表觀密度<450kg /m 3,筒壓強度>1.2M Pa ,產(chǎn)品性能符合國家標準;生產(chǎn)成本基本上沒有增加,并可節(jié)約耕地,產(chǎn)生一定的環(huán)境效益和社會效益。關鍵詞:海洋疏浚泥;燒結技術;輕質(zhì)陶粒;綜合利用中圖分類號:X 705 文獻標識碼:A文章編號:1007-7995(2

3、00406-0032-05Study on U si ng Sea D redgedM ud toProduce L ightW ei ght AggregateXI E Jian 1, LI N X in -cheng 2, SH I Ping 1, WAN De -r ong 2, C HEN W e i2(1.South Ch ina SeaM arine Engineering and E nviron m ent Institute ,SOA,Guangzhou 510300,China ;2.Guangzhou H UASUI LECA P roducts Cor poration

4、,Guangzhou 510760,China Abst ract :W e try to transfor m sea dredged m ud into a constr uction m ateria ls ,li g htw e i g ht aggregate ,by usi n g si n tering technology to transfor m dredged m ud i n to recyc ling m aterial to reduce the sea dredged m ud dum p i n g .W e m i x sea dredged m ud and

5、 clay and put t h e m i n to product li n e to produce lightw e i g ht agg regate .The resu lts of the production sho w that si n ter i n g effect is better and the agg regate density is lo w erw hen the proporti o n bet w een sea dredged m ud and clay is i n the ratio of 1B 2and 1B 3and t h e si n

6、teri n g te m perat u re is 1160e .The accu m u l a ti o n density of the aggregate product is <450kg /m 3,and the intensity of t h e aggregate product is >1.2M Pa .It indates that the products perfor m ance accords w it h the nati o n standard .The pruduction cost has not increased basicall y

7、 .W hat .s m ore ,it can save p l o w land and produce so m e envir on m enta l benefit and soc i a l bene fi.t K ey w ords :sea dredged m ud ;si n teri n g techno l o gy ;li g htw e i g ht aggregate ;co m positive u -tilization隨著我國沿海經(jīng)濟和海上運輸?shù)目焖侔l(fā)展,港口、航道、海洋和海岸工程的建設及維護工程迅速增長,向海洋傾倒的疏浚泥數(shù)量也隨之增加。這嚴重影響海洋資源的

8、有效利用,并對海洋環(huán)境造成了不可彌補的破壞。減少疏浚泥海洋傾倒的最好方法是利用高新技術將疏浚泥轉化為可再利用的材料。筆者嘗試應用燒結技術將疏浚泥轉化為建筑材料輕質(zhì)陶粒進行再利用,尋找一條疏浚泥綜合利用的道路。輕質(zhì)陶粒是一種人造輕質(zhì)骨料,它是以黏土(如田泥或河流灘涂泥等為原料,在回轉窯中經(jīng)10501300e 高溫快速焙燒、膨脹制成的1。目前,隨著魚塘泥逐年減少,河流灘涂泥供應不穩(wěn)定等因素的影響,用作生產(chǎn)陶粒的主原料(陸地黏土面臨二次開發(fā)的課題。因此,用海洋疏浚泥全部或部分取代陸地黏土就成了解決未來陶粒生產(chǎn)原料短缺的主要思路之一。1 疏浚泥生產(chǎn)陶粒的可行性分析發(fā)現(xiàn),疏浚泥主要以淤泥、黏土為主,疏浚

9、泥的各化學成分的組成含量與陸地黏土相仿(表1,其中S i O 2的含量最高,占1/2以上,其次是A l 2O 3和Fe 2O 3,從化學成分來看,所測定的疏浚泥樣品適合焙燒陶粒,因而用海洋疏浚泥全部或部分取代陸地黏土生產(chǎn)陶粒從原料成分上來說是可行的。但是,疏浚泥中水分含量和含砂量都比陸地黏土高,因此,在用海洋疏浚泥生產(chǎn)陶粒時要首先解決好水分和含砂量高的問題。表1 樣品物化檢驗結果T ab .1 Physical and ch e m ical test resu lts of the sa mp les%項目S i O 2A l 2O 3F e 2O 3CaO M gO 燒失量(有機質(zhì)合計含砂

10、量(粒徑0.08mm 水分疏浚泥樣品62.314.86.41.00.29.894.514.039.5陸地黏土59.418.67.71.61.39.898.430焙燒陶粒適宜范0322 疏浚泥生產(chǎn)陶粒的方法原理疏浚泥在焙燒過程中,疏浚泥中的黏土質(zhì)礦物在高溫作用下軟化并具有一定的黏度,它在自重的作用下沿著傾斜的旋窯向下滾動而形成球形顆粒,生產(chǎn)出粒型系數(shù)接近于1的球型陶粒。同時在黏土質(zhì)礦物軟化的溫度范圍(大約10501300e 內(nèi),黏土的某些礦物成分會產(chǎn)生膨脹性氣體,在氣體壓力的作用下,已經(jīng)軟化的黏土發(fā)生膨脹,形成多孔結構。其膨脹機理2,4包括如下幾個方面:1

11、黏土質(zhì)礦物在膨脹溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的氣體壓力小于膨脹孔隙孔壁的破裂強度,從而避免膨脹性氣體外逸造成陶粒爆裂而形成不規(guī)則粒型;233第6期 謝 健等:利用海洋疏浚泥生產(chǎn)輕質(zhì)陶粒的研究含結晶水礦物在高溫下脫水形成膨脹性水蒸汽參與黏土的膨脹過程;3有機質(zhì)將黏土質(zhì)礦物中的氧化鐵還原成氧化亞鐵并產(chǎn)生膨脹性氣體CO2,疏浚泥中的貝殼、珊湖屑等也分別釋放出膨脹性氣體CO2,二者均以微小封閉氣泡的形式均勻分散于部分熔化的黏土液相中,冷卻后即形成多孔質(zhì)結構。3疏浚泥生產(chǎn)陶粒的最佳配方和條件表1可知,疏浚泥與陸地黏土相比,其成分尚有差異,用疏浚泥作為燒結陶粒的原料時,為使原料具備燒脹性能,只有在全面了解原料的礦物組成

12、、化學成分、顆粒組成等理化性質(zhì)之后,按缺啥補啥的原則,引入少量的摻合料,才能達到預期的目的2,3。據(jù)此,按照生產(chǎn)輕質(zhì)陶粒對所用黏土的化學成分及顆粒的要求,需對焙燒陶粒的原料進行配方設計。配方設計主要考慮原料的含砂量、含水量和化學成分中的Si O2和A l2O3含量。一般來說, S i O2和A l2O3的含量必須在規(guī)定的范圍內(nèi),且偏低會更好,而Fe2O3含量和有機質(zhì)的含量則需偏高,黏土的含水率和含砂量越小越好,其他作為參考。根據(jù)這個原則,我們依據(jù)實驗情況,在疏浚泥中加入一定比例的陸地黏土,并加入幾種摻合料來對原料進行少量的配方調(diào)節(jié),共設計了6種配方(表2,其中第6種配方作為對比,分別在1120

13、、1140和1160e3種溫度下對6種配方進行了實驗室試燒,以尋找疏浚泥燒結陶粒的最佳工藝配方和條件。由表2可知,用純疏浚泥作為原料燒結陶粒的效果比用純陸地黏土的效果差。把疏浚泥與現(xiàn)用黏土按不同比例混合使用,結果大有改善。當混合料中疏浚泥與黏土的比例達到1B2或1B3時,燒結溫度為1 160e,焙燒效果較好,所得陶粒的顆粒密度較低。表2試燒配方及試燒陶粒顆粒密度Tab.2Experi m ent d i rect i on s and granule density of si n tered-aggregate at differen t te mp eratu re s編號配方陸地黏土/k

14、g疏浚泥/kg鐵粉/kg石灰粉/kg污泥/kg顆粒密度/(kg#m-31120e1140e1160e10100444864817625 25050444800688557 36733444643597529 47525444684571540 58020444648589530 61000444535500過燒4生產(chǎn)中試及產(chǎn)品性能檢驗在前面實驗研究的基礎上,筆者繼續(xù)利用廣州華穗輕質(zhì)陶粒制品廠引進的丹麥史密斯公司(F.L.SM I D TH A/C CO.成套設備和技術,以疏浚泥和陸地黏土為主原料,采用雙筒回轉窯燒結輕質(zhì)陶粒,進行生產(chǎn)中試。生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。根據(jù)前面實驗室試燒的結果,當疏浚

15、泥與黏土的混合比例為1B2和1B3時,焙燒所得陶粒的效果最好。因此在中試前,把疏浚泥與黏土按1B3的比例送入泥庫,貯存6、7d后,作生產(chǎn)性中試,備用。中試生產(chǎn)時,還需加入一些添加劑,然后在生產(chǎn)線最優(yōu)條件下利用疏浚泥作為原料燒結陶粒。所得陶粒產(chǎn)品的中試檢驗結果如表3所示。34湛江海洋大學學報第24卷 表3 中試產(chǎn)品檢驗結果Tab .3 T est resu lts of m ed iu m-test produc ts班次黏土水分/%混合料水分/%陶粒1h 吸水率/%陶粒顆粒密度/(kg #m -3陶粒表觀密度/(kg #m -3筒壓強度/M P a 日班32.035.013.36823901.

16、65中班33.532.013.36803701.31表3可見,用疏浚泥部分代替陸地黏土生產(chǎn)陶粒,陶粒產(chǎn)品的表觀密度都低于450kg /m 3。筒壓強度結果為1.65、1.31M Pa ,對照國標GB /T 17431.11998的要求,即對輕質(zhì)陶粒產(chǎn)品的技術指標要求:規(guī)格025mm;表觀密度450kg /m 3;筒壓強度1.2M Pa 。可以發(fā)現(xiàn),在適當?shù)纳a(chǎn)條件下,中試陶粒產(chǎn)品的性能(陶粒產(chǎn)品的容重和筒壓強度符合國標GB /T 17431.11998要求。5 生產(chǎn)成本效益分析5.1 生產(chǎn)成本分析廣州華穗輕質(zhì)陶粒制品廠現(xiàn)生產(chǎn)的陸地黏土陶粒產(chǎn)品顆粒密度可達到370kg /m 3。如把疏浚泥與黏土

17、以1B 3的比例混合用于生產(chǎn),從中試的結果來看,中試產(chǎn)品與純黏土陶粒產(chǎn)品的表觀密度的差距已經(jīng)縮小到20kg /m 3,雖然陶粒產(chǎn)量可能略有下降,但由于疏浚泥到廠一般只需運輸費用,無需購買費用,成本較低,兩者綜合考慮,可以認為生產(chǎn)成本基本持平。因此,用疏浚泥生產(chǎn)陶粒從經(jīng)濟上來說還是可行的。5.2 社會效益分析用疏浚泥生產(chǎn)陶粒還可使疏浚泥廢物利用,節(jié)約耕地,產(chǎn)生一定的環(huán)境效益和社會效益。該項目每年使用疏浚泥10萬,t 則可節(jié)約耕地面積6萬m 2。如果全國沿海的20個城市都有一個陶粒生產(chǎn)工廠應用本項技術,按每個工廠每年使用疏浚泥10萬t 計算,則可節(jié)約耕地面積120萬m 2。6 相關問題分析6.1

18、疏浚泥的含水量陶粒的生產(chǎn)對原料含水量有一定的選擇性,一般要求黏土的含水量要小于35%,而疏浚35第6期 謝 健等:利用海洋疏浚泥生產(chǎn)輕質(zhì)陶粒的研究泥的水分比較高,因此在生產(chǎn)應用中首先要降低它的含水量。可以采用的方法主要有兩種,一是脫水方法,這種方法一般成本比較高;因此可以采用第二種方法,即采用自然陰干的方法,這種方法在減少水分的同時,可以延長疏浚泥的陳腐時間,改善塑性,這對陶粒的生產(chǎn)是有利的,不過這種方法需增加大面積的儲庫。6.2疏浚泥的含砂量陶粒的生產(chǎn)還對原料的顆粒組成有一定的選擇性,要求顆粒越小越好。如果疏浚泥中含有大量的砂石、貝殼等粗顆粒物質(zhì),這樣在燒結過程中就容易造成球體的開裂,因此,

19、在實際生產(chǎn)中,就要選擇那種含砂量和含粗顆粒物比較少的疏浚泥進行陶粒的生產(chǎn)。6.3疏浚泥陶粒中的C l-含量4海洋疏浚泥中含鹽分較高,C l-的含量較高,質(zhì)量分數(shù)達到1.02%。因為C l-對金屬構成威脅,所以人們對其在陶粒中的含量極為關注,C l-含量高低是影響開發(fā)利用疏浚泥輕質(zhì)陶粒可行性和經(jīng)濟性的重要因素。研究發(fā)現(xiàn),在高溫煙氣中的水蒸氣的作用下,NaC l會被分解為N a2O和H C,l H C l隨水蒸氣一起被排除,Na2O與陶粒表面的黏土和黏土中的游離S i O2發(fā)生作用,在陶粒表面形成一層極薄的玻璃質(zhì)層。其反應式為:2N a C l+H2ONa2O+2HC lN a2O+A l2O3#2S