超轻多孔污泥固废陶粒研制及膨胀机理探讨

摘要

本研究以污泥、赤泥和粘土作为原料生产超轻多孔陶粒，设计了一套以制备流程、土质影响和赤泥对膨胀影响的系统。主要探讨制备工艺、原料所含化学组分等因素对多孔材料性质的影响，明确固废中各种化学组分在成孔膨胀过程中的作用方式和成孔膨胀机理，结合流体力学、物理化学和微积分等学科的知识解释膨胀过程并建立理论膨胀模型。通过本论文的研究得到的主要结论如下所示：
　　 1、以污泥等固体废物为原料制备陶粒是可行的：超轻污泥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。在此条件下生产的超轻污泥陶粒（污泥添加量为20％）的堆积密度为330.80kg/m-3，颗粒密度为865.30kg/m-3，；在此条件下生产的超轻污泥-赤泥陶粒（污泥添加量为20％，赤泥添加量为5％）的堆积密度为310.0kg/m3、颗粒密度789.0kg/m3。上述两种陶粒符合国家对超轻陶粒的分类标准；
　　 2、不同土质中Fe含量的差别是导致不同地区制备的陶粒品质不一的主要原因，原料中含铁的矿物质是产气成分的主要组成部分，且其含量的多少也直接影响到陶粒的膨胀程度；赤泥在陶粒膨胀过程中主要起到降低骨架熔点的作用；从热力学角度阐明了当污泥中含碳量≥Fe含量（摩尔比）时，CO或者CO、CO2的混合气体陶粒进行二次膨胀。
　　 3、陶粒骨架成分在助熔剂作用下熔融产生的表面张力和内部产气成分产生的膨胀性气体的膨胀力之间的大小关系决定了膨胀的发生和陶粒物理性质的变化。
　　 4、陶粒膨胀的模型包括状态函数、过程函数和一般性方程三部分：状态函数用于判定膨胀发生的可能性；过程函数阐明了膨胀的过程，一般性方程说明陶粒的膨胀不仅和陶粒本身的化学成分组成有关，而且和陶粒烧制工艺有很大的关系。