飞灰-赤泥-蔗渣灰-污泥协同制备高强陶粒试验研究.docxVIP

? ? 飞灰-赤泥-蔗渣灰-污泥协同制备高强陶粒试验研究 ? ? 刘宗辉，李鑫磊，，胡莉强，史永川，黄雨果，余俊彦 （1.广西大学 土木建筑工程学院，广西 南宁 530000；2.广西新发展交通集团有限公司，广西 南宁 530029；3.贺州高能环境生物能源有限公司，广西 贺州 542800） 0 引言 飞灰是垃圾焚烧处理的主要废弃物之一，富集了二噁英、重金属、氯盐等有毒污染物[1]，2020年我国焚烧飞灰年排放量已达1000万t[2]。飞灰中含有较多的CaO，有一定的火山灰活性[3]，作为制备陶粒的一种原材料能很好地消纳飞灰。胡超超等[4]研究了飞灰、电解锰渣辅以粉煤灰制备陶粒的可行性，在最佳条件下制得的陶粒颗粒强度为769 N，堆积密度为687 kg/m3，1 h吸水率为6.44%。Hwang等[5]采用城市生活垃圾焚烧灰和水库底泥制备自密实轻质混凝土用轻集料，并研究了其性能。 赤泥是生产氧化铝过程中产生的红褐色粉泥状高含水量工业固体废弃物，属于强碱性有害残渣[6]。赤泥中含有丰富的Fe2O3、Al2O3、SiO2等成陶的主要成分，在高强度陶粒制作方面，Mi等[7]以赤泥、粉煤灰和膨润土为原材料，在最佳条件下采用两段烧结工艺制备得到抗压强度21.01 MPa、1 h吸水率1.21%、体积密度994 kg/m3、表观密度1814 kg/m3的高强度陶粒。Sun等[8]使用赤泥和城市垃圾焚烧底灰在1∶1质量比、烧结温度1070℃下制得颗粒强度27.11 MPa、堆积密度1046.73 kg/m3、表观密度1783.44 kg/m3、1 h吸水率0.8%的陶粒。 蔗渣灰是蔗渣经过发电燃烧后的产物，我国每年产生120万~200万t蔗渣灰[9]。堆埋蔗渣灰中含有大量多芳烃，对土壤存在危害[10]，但蔗渣灰中含有大量无定型SiO2，具有优异的火山灰特性[11]，其SiO2、CaO为制作陶粒所需化合物，但目前未见蔗渣灰资源化利用于陶粒的制备中。 污泥是城市生活污水处理的主要副产物[12]，含有大量有机物、不溶性无机物、重金属、各种微生物以及病菌[13]。污泥中除了含有大量Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO等成陶物质外[14]，其有机质、微生物病菌高温燃烧后产生的CO2能够在陶粒内部造孔，以污泥为基质材料生产陶粒引起了国内外学者的关注[15]。Wei[16]利用城市污泥、垃圾焚烧飞灰和黏土在最佳条件下制备得到抗压强度5.4 MPa、表观密度680 kg/m3、1 h吸水率6.7%的污泥陶粒。Xu等[17-18]研究了烧结温度对污泥陶粒性能的影响，同时也分析了污泥陶粒中重金属的稳定化规律。 以上研究表明，赤泥、飞灰、蔗渣灰以及污泥都包含制备陶粒所需的基本化学成分。本研究开展了不同配比、不同焙烧温度下的陶粒的力学性能、物理性能以及重金属浸出试验，确定了飞灰-赤泥-蔗渣灰-污泥陶粒的原材料最佳配比和最佳焙烧工艺。 1 试验 1.1 原材料 赤泥：表面呈暗红色，颗粒细小，主要化学成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaO、Na2O、TiO2等，主要晶体组成为水榴石、赤铁矿和钙霞石，广西德保县华银铝业有限公司；飞灰：表面呈白色，颗粒细小，含水率6.3%，堆积密度2.72 g/cm3，主要化学成分为CaO、Na2O等，主要晶体组成为碳酸钙、碱式氯化钙、氯盐和硫酸钙，广西贺州高能环境生物能源有限公司；蔗渣灰：深灰色，颗粒细小，主要化学成分为SiO2、CaO、K2O、SO3等，主要晶体组成为碳酸钙、钾石膏和石英，南宁市糖厂；污泥：褐色，含水率80%，主要化学成分为Fe2O3、SiO2、CaO、Al2O3等，主要晶体组成为石英，南宁市西明江污水处理厂。 4种原材料的主要化学成分如表1所示，物相分析如表2所示。根据Reiley三相图成分分析，利用这4种原材料制备陶粒从陶粒组成成分上是可行的，根据烧结陶粒对各成分要求确定原材料配比如表3所示。 表1 原材料的主要化学成分 % 表2 原材料的物相分析 表3 原材料配合比 % 1.2 试验方法 1.2.1 陶粒制备 （1）预处理：将赤泥、污泥晾至一定干度（含水率4%~5%）。将赤泥、飞灰、蔗渣灰、污泥分别放入球磨机中研磨，研磨后过150目筛网，得到粒径为0.075 mm的原材料。 （2）混合造粒：将赤泥、飞灰、蔗渣灰、污泥按照比例混合均匀后按水料比为0.33~0.35加入计量的水，搅拌均匀后手工制成直径8~10 mm的表面无裂缝、质地光滑的陶粒生料球。 （3）干燥：将陶粒生料球室温放置12 h干燥，然后放入热吹式鼓风干燥箱中在105℃下烘干2 h，充分脱去陶粒生料球中的水分。 （4）预热：将干燥后的陶粒生料球放入箱式电阻炉中，从50℃开始预热，以5℃/min的升温速率升温至500℃，在500℃下