污泥陶粒的研制与生产研究

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1、中图分类号：U．D．C．：工学硕士学位论文污泥陶粒的研制与生产研究(“十二五”国家科技支撑计划2012BAJ20801资助)硕士研究生：王乐乐导师：杨鼎宜教授专业：结构工程扬州大学二0一四年六月C!lassifiedIndex：U．D．C．：M．D．DissertationDevelopmentandproductionofsludgeceramisite(GrantNo．2012BAJ20801)Graduatestudent：WangLeAdviser：ProfessorYangDingyiMajor：StructureEngineeringYangzhouUniversity

2、June，2014千乐乐污泥陶粒的研制与生产研究摘要污泥(包括生活污泥、工业污泥和湖河底泥)中含有大量重金属、病菌、毒性有机质等，已成为影响水质及水域生态的重要因素。目前，污泥的主要处理方法包括填海、土地堆放及填埋等，但这些方法并未根本上解决污泥的潜在危害。利用污泥烧制陶粒，既实现了污泥的无害化处理，又具有巨大的经济效益。由于黄土含硅量高，有利于陶粒强度的提高：膨润土中的氧和钙含量较高，有利于陶粒的高温膨胀：且黄土和膨润上来源广泛。故确定以黄土、膨润土与污泥为污泥陶粒的原材料。考虑污泥、黄土和膨润土的主要化学成分均为Si02、A1203、Fe203、CaO等，故引入Si02-A12

3、03．FeO、Si02一A1203．溶剂等三元相图。以三元相图指导污泥陶粒的组成设计，以期得到低能耗、孔隙结构优异、力学性能与堆积密度满足要求的高品质陶粒。本文通过分析污泥、黄土及膨润土的化学成分、微观形貌、热性能，以及陶粒的烧胀机理和陶粒烧制过程中的物理化学变化，明确了污泥陶粒烧制过程主要分为干燥阶段、预热阶段、氧化分解阶段和高温烧成阶段，其中氧化分解阶段和高温阶段是污泥烧制陶粒的关键阶段。研究表明，污泥陶粒的堆积密度和筒压强度随着污泥百分比的增加而降低，随着烧成温度增加而增加。烧成温度对陶粒的筒压强度影响显著，烧成温度达到或者超过陶粒的熔融釉化状态时，温度越高陶粒表面玻化越充分

4、。污泥的比例和陶粒烧成温度是烧制优质陶粒的关键。随着污泥百分比增大，陶粒孔隙率减小，平均孔径增大，连通孔隙比率增大，比表面积减小，污泥百分比对陶粒孔隙变化影响显著。实验室条件下，污泥陶粒的最佳制备方案：污泥20％，膨润土16％，黄土64％，预热温度300℃和烧成温度1150℃。在污泥陶粒生产中，通过将预热温度和烧成温度快速转换的方法，可以调整陶粒的膨胀忡。适当添加污泥百分比，可以降低陶粒的烧成温度，从而达到降低能耗的目的。在实际生产中，污泥烧制陶粒的最佳方案：污泥6％，膨润土24％，黄土70％，预热温度350。C和烧成温度1135℃。关键词：污泥；陶粒；相图；烧成工艺；孔隙结构；筒

5、压强度扬州大学硕士学位论文ABSTRACTSludge(includingsewagesludge，industrialsludgeandLakeCreek)containslargeamountsofheavymetals，pathogens，toxicorganicmatter．Ithasbecomeanimportantfactoraffectingthewaterqualityandaquaticecology．Atpresent，themaintreatmentmethodsofsludgereclamation，includinglandreclamation，pili

6、ngandlandfill．Butthesemethodshavenotsolvethepotentialhazardsofsludgefundamentally．Sinteringceramsitebyusingsludge，notonlyrealizetheharmlesssludgetreatment，alsohasgreateconomicbenefitDuetothehighcontentofsilicon，loessisbeneficialtoimprovethestrengthofceramisite；Highcontentofoxygenandcalcium，ben

7、toniteisgoodforceramicexpansionwithhightemperature；Loessandbentonitehaveextensivesources．Therefore，wedetermineusetheloess，bentoniteandsludgeasrawmaterials．Consideringthemainchemicalcompositionofsludge，loessandbentonitewereSi02，A1203，Fe2