利用工業污泥、海泥和石粉制備輕質陶粒的研究

1陶粒制備技術研究高性能環保谷物的應用越來越普遍，尤其是在替代粘土資源和建筑節能節能方面的重要作用。傳統陶粒以粘土陶粒、粉煤灰陶粒、頁巖陶粒等為主,國內企業大都仍采用傳統工藝生產,工業化及質量水平距國際先進技術有較大差距,且仍需消耗大量粘土、頁巖等資源,固體廢棄物利用率低。因此,更大限度地利用固體廢棄物生產輕質陶粒成為當前研究的主要方向:黃川等研究利用城市生活垃圾、粘土和粉煤灰為原料燒制陶粒的最佳原材料配比和最優焙燒條件;浙江大學章金駿利用污泥、粘土、粉煤灰制備出符合輕集料標準要求的陶粒產品;劉潔等研究了利用制革污泥、粘土和粉煤灰制備陶粒的可行性;張國偉等通過正交試驗確定了以河道底泥、生活污泥、廣西白泥和水玻璃為原料制備陶粒的最佳配合比。以上研究可以看出,可用于制備陶粒的資源十分廣泛,但粘土類物質仍是主要組分之一,單純利用污泥(工業、生活)和淤泥(河道、海泥)制備技術仍不成熟。依托廈門地區及周邊擁有大量的海底淤泥資源、工業污泥、石粉等固體廢棄物,本研究擬采用工業污泥、海泥和廢石粉為主要原制備陶粒,無需添加粘土,不僅可降低天然原料礦物的消耗,而且因地制宜,具有運輸、能耗、成本和環保等優勢。在降低固體廢棄物污染的同時可以滿足經濟建設中對綠色輕質陶粒日益增長的市場需求。2實驗2.1某石化企業石粉配方本試驗所用的海泥取自廈門周邊海域,工業污泥來自海滄區某石化企業,石粉來自南安市石材生產基地,以粉煤灰(后石電廠,F類Ⅱ級)作為添加劑。配合比確定為工業污泥30%、海泥60%、石粉8%、添加劑2%(質量分數,下同)。2.2焙燒溫度對料球膨脹性能的影響如圖1所示,在配合比確定的情況下,對陶粒的燒結工藝進行研究。原料采集破碎后,在150℃下烘干2h。回轉窯分三部分:干燥段、預熱段、燒脹段;混合料在造料過程中會引入一定量水分,因此需要進一步干燥調整混合料各化學組分含量。在原料的品質和工藝參數相對穩定的前提下,料球的膨脹性能主要受焙燒溫度的影響。本實驗通過兩組單因素試驗(燒脹溫度和燒脹時間)來確定陶粒的燒脹工藝制度,堆積密度、吸水率和筒壓強度等性能,試驗依據GB/T17431.2-2010進行。3結果與分析3.1配合比的確定原料的化學組成直接影響著陶粒的燒脹及成品的物理化學性能。通過總結研究成果認為原料化學組成在以下范圍內(表2)都有可能燒制出膨脹良好的陶粒產品。依據表1和表2,可以看出工業污泥、海泥、石粉這三種原料都無法單獨作為原料燒制陶粒,可以通過復配以滿足燒制陶粒的要求。因此,本研究所用配合比以工業污泥和海泥為主要原料,輔以石粉和添加劑作為助熔劑和發泡劑。本研究所用配合比混合料的化學組成如表3所示。從表3可以看出:各工業污泥、海泥和石粉組成主混合料后化學組成符合燒制陶粒的化學組成范圍,膨脹性能良好。混合料中的CaO+MgO和Na2O+K2O成分處于比較理想的范圍,利于陶粒的燒結;Fe2O3和有機物的反應,以及石粉中CaCO3的高溫分解,為陶粒的燒脹提供了足夠的氣體,利于降低陶粒產品的堆積密度;而適當的Al2O3含量為陶粒產品的強度提供了保證。3.2燒脹溫度和燒脹時間的影響圖2所示為不同燒脹溫度對陶粒堆積密度和1h吸水率的影響,從中可以看出:隨著溫度的升高陶粒堆積密度下降,而陶粒1h吸水率隨著溫度的升高程比較明顯的上升趨勢。這種現象可能是由于混合料高溫下具有更好的膨脹性能,相應的氣孔率增加,堆積密度減小、吸水率增加,當溫度超過1200℃時,產生的氣體壓力大于膨脹孔隙孔壁的破裂強度,膨脹氣體外逸產生的裂紋進一步增加了陶粒的吸水率。因此,本實驗適合的燒脹溫度為1175℃。1150℃溫度下,不同燒脹時間對陶粒堆積密度和1h吸水率的影響如圖3所示。從圖中可以看出,燒脹時間對堆積密度的影響比較小,1h吸水率隨著燒脹時間增加先降低后又明顯升高。這可能是由于較長時間的燒脹,使得熔融漿體粘度降低,燒脹氣體外逸造成的。本實驗適合的燒脹時間為6min。4離子含量的影響在以上試驗分析的基礎上,通過改變配合比和燒結工藝,制備得到了不同密度等級的陶粒產品,各方面性能都符合GB/T17431.1-2010技術要求,如表4。本實驗以海泥為原料制備陶粒,成品的氯離子含量是否符合標準要求是影響實驗方案是否可行的重要因素之一。從表4中可以看本實驗所制備的陶粒都能滿足建設工程使用要求,原因在于,在高溫煙氣中的水蒸氣的作用下,NaCl會被分解為Na2O和HCl,HCl隨水蒸氣一起被排除,Na2O還會與陶粒表面的粘土和粘土中的游離SiO2發生作用,在陶粒表面形成一層極薄的玻璃質層,降低了陶粒的吸水率。輕質陶粒的應用日趨廣泛,在節能保溫領域發揮著重要作用。利用本研究成品制備自保溫陶粒砼多孔磚的性能測試結果如表5所示。從中可以看出利用本研究的陶粒產品可以制備出符合標準要求的自保溫陶料砼多孔磚,為建筑節能提供了新型輕質自保溫墻體材料。5推廣環保技術利用工業污泥、海泥、石粉和適當