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二氧化硅对污泥烧结陶粒结构强度和孔隙率的影响

日期：2021-04-13来源：轻质混泥土技术交流点击量：

 随着经济的发展和城镇化不断加深， 待处理的污水量日益增加，产生的污泥越来越多。如何减量化、 资源化成为当务之之急。2015年，我国每年的污泥总产量超过3000万t(以含水率80%计）， 到 2020 年， 污泥产量将会突破 6000 万吨。传统的污泥处理费用较高，约占污水厂总运行费用的50%.环境问题的紧迫性， 逼迫着技术的革新， 传统方法如填埋、 沤肥和简单焚烧不能全部清理臭味和阻止毒性金属和难降解有机物的浸出， 因此， 选择将污泥烧结制成陶粒被视为可能的替代方案。将污泥烧结成为陶粒， 可以将重金属固化在陶粒中， 消除污泥中重金属的污染问题。

由污泥和黏土制成的陶粒内含有氧化物如 Al2O3、 SiO2、CaO 和 MgO 等， 这些组分通过适当掺量可制备出轻质高强陶粒， 并可用于管道保温、 隔声吸声等建筑材料。利用污泥制陶粒， 能更好节省黏土的自然资源， 保护环境。但黏土中存在大量无机成分， 如 SiO2、 Al2O3 会影响烧结陶粒的性能。当原料中SiO2 含量<30％时， 随着 SiO2 含量增加， 堆积密度从 510 kg/m?增大到 783 kg/ m?。适量的 SiO2 可以促进 1000 ℃下液相形成，包裹固体颗粒，填充固体颗粒的孔隙，通过毛细管作用使颗粒间结合力得到改善。当原料中的SiO2 含量为27.2%时，获得颗粒密度为 1260 kg/m3。但当 SiO2 含量大于 30％时， 着 SiO2 含量的增加，堆积密度从 728 kg/m3 减小到 600 kg/m3。烧结过程中， SiO2 被认为是陶粒的骨架材料， 可以与其他组分反应形成硅酸盐矿物质， 形成 1000 ℃左右的共晶点， 有效降低了材料的烧结点， 促进了液相的形成， 改善陶粒的特性。

污泥.jpg

由于原污泥中有机物成分复杂，在烧结过程中高温会使有机化合物充分分解， 并在一定温度时发生氧化还原反应，产生大量气体， 导致陶粒疏松多孔。但由颗粒间空隙引起的密度降低会削弱陶粒的总体强度， 增加陶粒的开裂和膨胀几率。随着污泥掺量增加， 污泥陶粒成球的孔隙率也在变大。当污泥比例超过 80%， 陶粒烧制过程会有较多的表面裂纹和较大的内部空隙， 从而导致陶粒强度降低。此外， 烧制过程中除碳酸盐、 氧化铁、 硫化物、 碳 4 大类发气材料外， 不同烧制温度下放出气体量不同， 导致陶�？紫恫煌�。同时， 有机物燃烧释放热量， 可以提高陶粒的烧结温度。当污泥掺量较少， 烧结温度相对较低时， 污泥产生的气体在熔融液相中膨胀， 此时产生的液相量较少， 液相黏度大而无法形成较大的孔结构。烧结温度升高时， 由于液相的增加和液体黏度的降低， 反应产生的气体在熔融液相中膨胀， 使得陶粒中形成的孔隙增加。另外， 液晶迁移率和传质速率加快， 较低的液体黏度填充了孔隙， 使得陶粒中形成较大的闭孔， 这些原因使得陶粒的表观密度很低。因此， 污泥比例影响陶粒烧胀程度和内部孔隙结构， 从而对陶粒性能产生重要影响。

在 900~1100 ℃进行烧结， 利用污泥、 膨润土和二氧化硅生产具有明显孔隙率的陶粒。通过增加 SiO2 含量， 探究污泥替代黏土制备陶粒的可行性。利用热重分析， 推测烧制陶粒过程中各个温度阶段发生的反应， 探寻烧制温度。研究污泥掺量对污泥陶粒烧失率、 抗压强度和孔隙率的影响。


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