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，設計了采用兩段燒結(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，對其制備工藝、原料化學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系進行了研究，明確了多孔材料在燒制過程中的膨脹機理，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:預熱溫度400℃，

2、預熱時間20min，燒結(jié)溫度1150℃，燒結(jié)時間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:預熱溫度400℃，預熱時間20min，燒結(jié)溫度1100℃，燒結(jié)時間為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％，預熱溫度為400℃，預熱時間為20min，燒結(jié)溫度1050℃，燒結(jié)時間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％，預熱溫度為400℃，預熱時間為20min，燒結(jié)溫度

4、1000℃，燒結(jié)時間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％，預熱溫度為400℃，預熱時間為20min，燒結(jié)溫度1025℃，燒結(jié)時間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多孔超輕陶粒的分類標準。
　　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組分的含量對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，故BF的大小由原料中的產(chǎn)氣成分含量有直接關系。
　　3.在陶粒燒制過程中，淄博粘土不僅能夠為陶粒提供骨架成分，其中Fe2O3和碳酸鹽會使陶粒內(nèi)部會產(chǎn)生一定的BF促使陶粒膨脹;污泥中的有機物和助熔成分(Na2O、K2O、FeO、MgO)含量較高，有機質(zhì)在預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成分組成有關，而且跟陶粒燒制工