利用污泥/赤泥/钢渣等固体废物制备新型多孔陶粒的膨胀机理研究
本论文以脱水污泥、淄博粘土、赤泥和钢渣为原料，设计了采用两段烧结法制备了固废多孔陶粒，先后制备了一维的粘土体系，二维的污泥-粘土体系，三维的污泥-赤泥/钢渣-粘土体系，多维的污泥-赤泥-钢渣-粘土固废混合体系的多孔陶粒，对其制备工艺、原料化学成分等影响因素与新型粒状多孔陶粒成孔膨胀特性之间的关系进行了研究，明确了多孔材料在烧制过程中的膨胀机理，建立了膨胀模型。结果表明: 1.一维粘土多孔陶粒的最佳制备工艺为:预热温度400℃，预热时间20min，烧结温度1150℃，烧结时间10min;在此条件下生产的多孔陶粒，吸水率、颗粒密度和堆积密度分别为11.09％，982.37kg/m3和520.05kg/m3。二维污泥-粘土多孔陶的最佳制备工艺条件为:预热温度400℃，预热时间20min，烧结温度1100℃，烧结时间为10min，污泥的最佳添加量为20％;在此条件下生产的多孔陶粒，吸水率、颗粒密度和堆积密度分别为8.25％，633.45kg/m3和386.25kg/m3。三维污泥-赤泥-粘土多孔陶粒的最佳制备工艺为:粘土与污泥的质量比为8∶2，赤泥添加量为5％，预热温度为400℃，预热时间为20min，烧结温度1050℃，烧结时间10min;在此条件下所制多孔陶粒，吸水率、颗粒密度和堆积密度分别为8.36％，728.96kg/m3，和309.64kg/m3。三维污泥-钢渣-粘土多孔陶粒的最佳制备工艺为:粘土与污泥的质量比为8∶2，钢渣添加量为3％，预热温度为400℃，预热时间为20min，烧结温度1000℃，烧结时间10min;所制多孔陶粒的吸水率、颗粒密度和堆积密度分别为12.6％，760.5kg/m3和300.8kg/m3。四维污泥-赤泥-钢渣-粘土多孔陶粒的最佳制备工艺为:粘土与污泥质量比为8∶2，赤泥和钢渣质量配比为2∶1，赤泥和钢渣混合物添加量为4％，预热温度为400℃，预热时间为20min，烧结温度1025℃，烧结时间10min;在此条件下制备的多孔陶粒，吸水率、颗粒密度和堆积密度分别为9.36％，759.16kg/m3和322.67kg/m3。上述陶粒均符合国家队多孔超轻陶粒的分类标准。 2.多孔陶粒制备过程中，陶粒骨架成分在助溶剂作用下熔融产生的表面收缩力(SurfaceTension，ST)和内部产气成分生成膨胀性气体而产生的膨胀力(BloatingForce，BF)之间的大小关系决定了膨胀的发生和物理性质的变化。陶粒烧结温度和原料中各化学组分的含量对多孔陶粒膨胀过程中的ST和BF有明显影响。ST的大小与陶粒烧结温度、原料中助熔成分的含量都成反比;BF与气体的体积（即产气量）呈正相关，故BF的大小由原料中的产气成分含量有直接关系。 3.在陶粒烧制过程中，淄博粘土不仅能够为陶粒提供骨架成分，其中Fe2O3和碳酸盐会使陶粒内部会产生一定的BF促使陶粒膨胀;污泥中的有机物和助熔成分(Na2O、K2O、FeO、MgO)含量较高，有机质在预热过程中被碳化后能够在陶粒烧制过程中释放出一定量的气体，使陶粒BF迅速增加，而助熔成分可以使陶粒的烧结温度有所降低，因此污泥的添加不仅为陶粒提供了产气成分，还有效地降低了陶粒的烧结温度;赤泥和钢渣中虽然有机质含量低，但是赤泥和钢渣中的Fe2O3和碳酸盐如碳酸钙、碳酸镁等在高温下能产生O2和CO2，从而增大BF，更好的促进陶粒膨胀，而赤泥和钢渣中的助熔成分也大大降低了陶粒的烧结温度，使陶粒膨胀性能良好。 4.陶粒膨胀的模型包括过程函数和一般性方程:过程函数明确的阐述了膨胀过程，一般性方程说明了陶粒的膨胀不仅跟陶粒本身的化学成分组成有关，而且跟陶粒烧制工艺有密切联系。
固体废物;多孔陶粒;烧制过程;制备工艺;膨胀机理
山东大学
硕士
环境科学与工程
岳钦艳
2014
中文
X703
93
2014-10-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）