污泥陶粒制备工艺对污泥陶粒性能的影响浅析
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污泥陶粒制备工艺对污泥陶粒性能的影响浅析
赵志强1，徐东明2，王壮2
摘要：随着社会的发展，污泥陶粒出现在我们现代的生活之中，这种原料来源也很特殊，污泥陶粒是一种特殊的原料，这类材料是在污泥掺加辅料加工后，然后通过造粒、焙烧，最终形成为一种建材陶粒，这样的原料就可以作为一种轻骨料，该材料的特点是密度小、保温、强度高、隔热性好等方面的特点好处。本文主要对陶粒的烧结工艺对陶粒性能影响进行探讨。
关键词：污泥 陶粒 制备工艺
引言
目前我国城市污水厂污泥产生量剧增，已经成为企业巨大的负担，并引发很多环境问题。当前主要处置方法包括：污泥填埋、污泥焚烧和污泥利用。随着填埋污泥的增加会增大填埋的操作难度、加剧填埋厂污染。占据库容和大面积的土地，这种方法并不能最终解决污泥处置问题。污泥处理技术的选择需本着减量化、稳定化、无害化、资源化的原则。陶粒是由粘土、泥岩、页岩、煤矸石、粉煤灰、污泥等为主要原料，经加工成粒或粉磨成球，再烧胀而成的人造轻骨料，可以取代普通砂石配制轻集料混凝土，在建筑、环保、冶金、化工、石油、农业等部门有着广泛用途。
1.成陶原料中各化学成分含量的范围
原料的选择对于烧胀过程中能否达到好的膨胀效果有着重要作用，根据图1的Riley相图和相关文献资料[3]可以发现-图中阴影部分为适宜粘度的原料成陶的化学成份范围。其中，SiO2:53%-79%，A12O3:10%-25%，Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO等熔剂之和：13%-26%.
一些研究已经对污水厂的污泥进行了分析，净水污泥的主要成份是水源水中带来的大量泥沙、杂质和水厂投加的混凝剂，其主要成分是SiO2，A12O3，Fe2O3为主[2]。污泥陶粒技术的研究在国内外起步较晚，目前仅限于将污泥作为陶粒的有机添加剂[1]。
图1 Riley相图中适宜粘度的原料化学成分范围
2.陶粒制备工艺对产品性能的影响
2.1预热对产品性能的影响
预热的目的是在缺氧的条件下使原料中的有机物热解碳化，生成的碳随后在升温过程中与氧化铁(包括FeO、Fe203和Fe304)反应，释放出CO和C02；同时这些气体在陶粒体内还会随温度升高而压力增大。气体的生成和压力增大都会导致陶粒体积膨胀。所以将污泥中的大部分有机质变为气体去除, 避免升温过程中的炸裂，同时少部留待物料达到最佳黏度时起到发泡作用[4]。如果陶粒生料球不经过预热过程而直接高温烧结的话，则生料球中大量的有机物会消耗过多的氧气，甚至会在陶粒表面燃烧，造成料球之间粘结成块，堵塞烧结窑炉，酿成生产事故。同时，通过预热，生料球中的水分得到去除，不至于在烧结时突然升温产生爆裂。
一些研究表明[1]：350℃预热温度的选取是基于污泥中主要有机成分的分解温度，预热时间选取20min 最为有利，预热温度过高或预热时间过长都会导致气体在坯料未达到最佳粘度时已逸出，使陶粒膨胀不佳并提高了成本。
2.2烧结温度与烧结时间对产品性能的影响
烧结过程是材料获得预期显微结构的关键工序。轻质性是陶粒许多优良性能中最重要的一点。陶粒的内部结构呈细密蜂窝状微孔，这些微孔都是封闭型的，是由于气体被包裹进壳内而形成的，这就是陶粒质轻的主要原因。为了使烧结出来的陶粒质轻多孔，必须对烧结过程进行深入的研究。对于陶粒制备而言，烧结时间尤其是烧结温度是影响其性能的最重要的因素。
烧结温度过低，烧成的陶粒容重和吸水率都较高，陶粒制品内部和表面液相较少，无法包裹气体和封闭气孔，坯体膨胀不起来，导致容重和吸水率的增大。烧结温度过高，烧成的陶粒气孔冲破液相，开始联通，少量联通气孔的出现使吸水率增大，但松散容重增大不太明显。陶粒生产必须有一定烧结温度范围，如果烧结温度范围过窄，在生产过程中难以控制。
烧结时间过长，产品的性能变差。通过观察陶粒内部结构发现。当烧结温度一定时。过长时间的烧结会使不联通的微孔互相连接。形成大的气孔。从而降低强度。同时烧结时间过长还会导致能量消耗大，使产品成本增加。
2.3污泥掺加量对产品性能的影响
不同烧结温度下，产品强度随污泥掺加量的变化而变化。污泥掺加量增高，温度升高，反而产品强度会下降，吸水率和体积是逐渐减小。说明烧结过程中的坯料的熔融作用增强，产生了更多的液相。
污泥本身熔点低，强度不高。因此污泥掺加量越低，产品可以达到的最大强度越高，但为烧出该强度产品所需烧结温度也越高。污泥掺加量越高，其在低烧结温度下的产品性能越好，过高的温度反而对其强度不利。高污泥掺加量的坯料低温烧结能获得低的吸水率和合适的产品密度。但是高污泥掺加量制备陶粒时，陶粒就会膨胀过度，容易引起污泥陶粒裂球现象。这可能是污水厂污泥含量过多，有机物挥发过多，冲破液相的原因。
[1]
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