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;且黄土和膨润土来源广泛。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SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等，故引入SiO2-Al2O3-FeO、SiO2-Al2O3-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。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性。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℃和烧成温度1135℃。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 污泥现状

1．1．2 湖河底泥现状

1．2 污泥和底泥的处置与资源化利用

1．2．1 污泥的处置与资源化利用

1．2．2 湖河底泥处置与资源化利用

1．3 污泥陶粒烧制技术的发展现状

1．3．1 污泥烧制陶粒发展现状

1．3．2 污泥陶粒性能

1．3．3 污泥烧制陶粒存在的问题

1．4 本文研究的意义和主要工作

1．4．1 本文研究的意义

1．4．2 本文的主要工作

2 试验材料与试验方法

2．1 试验材料

2．1．1 污泥

2．1．2 黄土

2．1．3 膨润土

2．1．4 水

2．2 试验方法

2．2．1 陶粒制备方法

2．2．2 试验方法

3 污泥烧制陶粒的可行性研究

3．1 陶粒烧胀机理及烧制过程中的物理化学变化

3．1．1 陶粒烧胀机理

3．1．2 陶粒烧制中物理化学变化

3．2 根据相图指导研制污泥陶粒研究

3．2．1 相图指导烧制污泥陶粒

3．2．2 相图指导烧制污泥陶粒实验

3．3 本章小结

4 陶粒制备实验研究

4．1 初步实验及实验结果讨论

4．1．1 初步实验

4．1．2 实验结果及结果讨论

4．2 正交试验及孔隙结构研究

4．2．1 参数设计原则

4．2．2 正交试验方案

4．2．3 正交试验结果及实验结果讨论

4．2．4 陶粒孔隙结构研究

4．2．5 优化设计原则

4．2．6 优化正交试验方案

4．2．7 优化实验结果及实验结果讨论

4．2．8 陶粒孔隙结构优化研究

4．3 本章小结

5 污泥陶粒生产

5．1 试生产及改进分析

5．2 工业化生产

5．2．1 主要生产设备和工艺流程

5．2．1 陶粒产品的结构特性

5．2．2 陶粒产品品质研究

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 本文主要研究结论

6．2 主要创新点

6．3 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

声明

附录