利用污泥-赤泥-鋼渣等固體廢物制備新型多孔陶粒的膨脹機(jī)理研究.pdf

1、本論文以脫水污泥、淄博粘土、赤泥和鋼渣為原料，設(shè)計(jì)了采用兩段燒結(jié)法制備了固廢多孔陶粒，先后制備了一維的粘土體系，二維的污泥-粘土體系，三維的污泥-赤泥/鋼渣-粘土體系，多維的污泥-赤泥-鋼渣-粘土固廢混合體系的多孔陶粒，對(duì)其制備工藝、原料化學(xué)成分等影響因素與新型粒狀多孔陶粒成孔膨脹特性之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，明確了多孔材料在燒制過程中的膨脹機(jī)理，建立了膨脹模型。結(jié)果表明:
　　1.一維粘土多孔陶粒的最佳制備工藝為:預(yù)熱溫度400℃，

2、預(yù)熱時(shí)間20min，燒結(jié)溫度1150℃，燒結(jié)時(shí)間10min;在此條件下生產(chǎn)的多孔陶粒，吸水率、顆粒密度和堆積密度分別為11.09％，982.37kg/m3和520.05kg/m3。二維污泥-粘土多孔陶的最佳制備工藝條件為:預(yù)熱溫度400℃，預(yù)熱時(shí)間20min，燒結(jié)溫度1100℃，燒結(jié)時(shí)間為10min，污泥的最佳添加量為20％;在此條件下生產(chǎn)的多孔陶粒，吸水率、顆粒密度和堆積密度分別為8.25％，633.45kg/m3和386.25kg/

3、m3。三維污泥-赤泥-粘土多孔陶粒的最佳制備工藝為:粘土與污泥的質(zhì)量比為8∶2，赤泥添加量為5％，預(yù)熱溫度為400℃，預(yù)熱時(shí)間為20min，燒結(jié)溫度1050℃，燒結(jié)時(shí)間10min;在此條件下所制多孔陶粒，吸水率、顆粒密度和堆積密度分別為8.36％，728.96kg/m3，和309.64kg/m3。三維污泥-鋼渣-粘土多孔陶粒的最佳制備工藝為:粘土與污泥的質(zhì)量比為8∶2，鋼渣添加量為3％，預(yù)熱溫度為400℃，預(yù)熱時(shí)間為20min，燒結(jié)溫度

4、1000℃，燒結(jié)時(shí)間10min;所制多孔陶粒的吸水率、顆粒密度和堆積密度分別為12.6％，760.5kg/m3和300.8kg/m3。四維污泥-赤泥-鋼渣-粘土多孔陶粒的最佳制備工藝為:粘土與污泥質(zhì)量比為8∶2，赤泥和鋼渣質(zhì)量配比為2∶1，赤泥和鋼渣混合物添加量為4％，預(yù)熱溫度為400℃，預(yù)熱時(shí)間為20min，燒結(jié)溫度1025℃，燒結(jié)時(shí)間10min;在此條件下制備的多孔陶粒，吸水率、顆粒密度和堆積密度分別為9.36％，759.16kg/

5、m3和322.67kg/m3。上述陶粒均符合國家隊(duì)多孔超輕陶粒的分類標(biāo)準(zhǔn)。
　　2.多孔陶粒制備過程中，陶粒骨架成分在助溶劑作用下熔融產(chǎn)生的表面收縮力(SurfaceTension，ST)和內(nèi)部產(chǎn)氣成分生成膨脹性氣體而產(chǎn)生的膨脹力(BloatingForce，BF)之間的大小關(guān)系決定了膨脹的發(fā)生和物理性質(zhì)的變化。陶粒燒結(jié)溫度和原料中各化學(xué)組分的含量對(duì)多孔陶粒膨脹過程中的ST和BF有明顯影響。ST的大小與陶粒燒結(jié)溫度、原料中助熔成分

6、的含量都成反比;BF與氣體的體積（即產(chǎn)氣量）呈正相關(guān)，故BF的大小由原料中的產(chǎn)氣成分含量有直接關(guān)系。
　　3.在陶粒燒制過程中，淄博粘土不僅能夠?yàn)樘樟Ｌ峁┕羌艹煞?，其中Fe2O3和碳酸鹽會(huì)使陶粒內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的BF促使陶粒膨脹;污泥中的有機(jī)物和助熔成分(Na2O、K2O、FeO、MgO)含量較高，有機(jī)質(zhì)在預(yù)熱過程中被碳化后能夠在陶粒燒制過程中釋放出一定量的氣體，使陶粒BF迅速增加，而助熔成分可以使陶粒的燒結(jié)溫度有所降低，因此污泥的

7、添加不僅為陶粒提供了產(chǎn)氣成分，還有效地降低了陶粒的燒結(jié)溫度;赤泥和鋼渣中雖然有機(jī)質(zhì)含量低，但是赤泥和鋼渣中的Fe2O3和碳酸鹽如碳酸鈣、碳酸鎂等在高溫下能產(chǎn)生O2和CO2，從而增大BF，更好的促進(jìn)陶粒膨脹，而赤泥和鋼渣中的助熔成分也大大降低了陶粒的燒結(jié)溫度，使陶粒膨脹性能良好。
　　4.陶粒膨脹的模型包括過程函數(shù)和一般性方程:過程函數(shù)明確的闡述了膨脹過程，一般性方程說明了陶粒的膨脹不僅跟陶粒本身的化學(xué)成分組成有關(guān)，而且跟陶粒燒制工