粉煤灰和生活污泥制备功能陶粒的研究

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粉煤灰和生活污泥作为两大固体废弃物,随着我国经济的快速发展,其排放量日益增加,严重影响了环境,且占用了大量的土地资源。粉煤灰和生活污泥这两大废物具有呆滞性、不可稀释性和长期潜在的危害性,从其产生运输、到贮存及处置的各个环节,都会给环境带来很多有害影响,尤其是生活污泥中具有大量的有害物质,如果不妥善处理便会引发严重的环境污染问题。本文以淮南市第一污水处理厂的脱水污泥和淮南某电厂粉煤灰为主要原料,以水玻璃及碳酸钙为辅料,进行烧制陶粒的试验研究。通过对原料的无机成分对比并根据Reliy三相热力学平衡系统,认为粉煤灰和生活污泥具备烧制陶粒的物质基础,并且在添加极少量的水玻璃以及助熔剂碳酸钙后在1100-1200℃之间能出现共熔点。通过理论、配方筛选试验和正交试验,得出了在试验范围内烧制不同用途陶粒的最佳配方和最优工艺条件。用于水处理的陶粒的最佳质量配比为污泥:粉煤灰:水玻璃:碳酸钙=7:9:2:2,烧制的最佳工艺条件为:预热温度400℃(预热时间15min)、焙烧温度1170℃、焙烧时间15min。建筑用陶粒的最佳质量配比为污泥:粉煤灰:水玻璃:碳酸钙=6:10::2:2,烧制的最佳工艺条件为:预热温度300℃(预热时间15min)、焙烧温度1170℃、焙烧时间20min。性能检测结果表明,用于水处理的陶粒的松散容重为680kg/m3,颗粒容重为1260kg/m3,吸水率为36.0%,比表面积为6.82m2/g。浸出毒性检测结果显示,不会造成环境污染和水体二次污染,这跟粉煤灰的物化组成以及结构组成有关。建筑用陶粒的松散容重为760kg/m3,颗粒容重为1290kg/m3,抗压强度为18.2MPa。烧制的陶粒具有一定的经济和环境效益。为了提高功能陶粒的性能,分别用于水处理和建筑建材,用改性剂对功能陶粒改性。通过实验得出用于水处理陶粒的最佳改性剂为AlCl3,改性陶粒适宜处理的废水pH值在4.5~10.0之间。通过单因素试验和正交试验,得出用于建筑陶粒的最佳改性剂为Fe203,最佳改性工艺为:在氢氧化铁溶液中,浸渍浓度为0.095mol/L下浸渍12h,然后在500℃条件下焙烧15min。性能检测结果表明,用于水处理的改性陶粒,其对有机物的饱和吸附量为0.2254mg/g,改性水处理陶粒对有机物的吸附量是未处理陶粒的3.5倍。改性的建筑陶粒的抗压强度为31.9Mpa,抗压强度比未改性陶粒增强了将近一倍,更适合用于强度要求高的建筑材料。
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