印染污泥與水玻璃堿渣協(xié)同制備陶粒的試驗(yàn)研究

李科，王志學(xué)，孫琳

（1. 江陰市會(huì)德商品混凝土有限公司，江蘇 江陰 214400；2. 徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

0 前言

印染污泥是紡織企業(yè)印染廢水處理的副產(chǎn)物，其中殘留大量的有機(jī)化工原料，Cu、Zn、Pb、Cd 等重金屬元素亦超標(biāo)，存在著較高的毒性和危險(xiǎn)性[1-3]，被列入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄。然而印染污泥的主要化學(xué)成分為 Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaO，與黏土類原料接近，使用印染污泥取代黏土質(zhì)原料制備陶?？梢怨袒亟饘僭?、有機(jī)物充分氧化分解，實(shí)現(xiàn)印染污泥的無(wú)害化處理和資源化利用[4-6]。

在水玻璃生產(chǎn)過(guò)程中固相溶解后生產(chǎn)的沉淀物被稱為水玻璃堿渣，主要由晶態(tài)二氧化硅和硅酸鈉水合物組成。因其產(chǎn)量較低，綜合利用研究較少，目前尚無(wú)有效的處理手段，無(wú)組織排放對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。

本文以印染污泥、水玻璃堿渣和粉煤灰為原料，充分利用印染污泥中的有機(jī)物提供殘留熱值以及作為陶粒的膨脹源，利用粉煤灰和水玻璃堿渣調(diào)控原料的造粒性能，改進(jìn)印染污泥制備陶粒的工藝進(jìn)程，使印染污泥、水玻璃堿渣這兩種難以利用的工業(yè)廢棄物得到有效的資源化利用。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

（1）印染污泥：無(wú)錫某印染廠，灰分 64.76%，彈筒熱值 6.22kJ/g。其化學(xué)成分見(jiàn)表 1。

（2）水玻璃堿渣：蘇州某水玻璃企業(yè)，具體化學(xué)成分及 XRD 參見(jiàn)表 1 和圖 1。

（3）粉煤灰：諫壁統(tǒng)灰，燒失量 2.76%。其化學(xué)成分見(jiàn)表 1。

表 1 原料的化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)方法

圖 1 水玻璃堿渣的 XRD 分析

將印染污泥、水玻璃堿渣在 105℃ 的干燥箱中烘干2h 后，分別研磨成粉末狀過(guò)篩（200 目），將粉狀的印染污泥、水玻璃堿渣和粉煤灰按照一定比例混合，并按照水灰比 0.8 與水混合攪拌，攪拌均勻后的糊狀物擠壓成球形，料球直徑為 10mm，干燥后在馬弗爐中煅燒，制備所需陶粒樣品，測(cè)試陶粒的表觀密度及筒壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 物料配比及干燥方式對(duì)生料球性狀的影響

調(diào)整印染污泥、水玻璃堿渣和粉煤灰的比例，加水制成料球，采用直接烘干和自然晾干 6h 后烘干，烘干后的料球狀態(tài)如表 2 所示。

表 2 物料配比及干燥方式對(duì)生料球性狀的影響

結(jié)果表明，物料的配比和干燥方式均對(duì)生料球的性狀產(chǎn)生較大的影響。印染污泥中含有較多的有機(jī)物，成球性較差，烘干后直接散落成粉；粉煤灰和水玻璃堿渣均對(duì)印染污泥的成球性能有一定的改善作用，水玻璃堿渣因具有一定的膠凝性，改善作用更為明顯。

濕料球直接烘干時(shí)，水分蒸發(fā)速度較快，易導(dǎo)致料球干燥開(kāi)裂；而經(jīng)自然晾干 6h 后，料球中的水分有較大程度地下降，料球在烘干時(shí)收縮量大幅度降低，裂紋數(shù)量明顯減少。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)印染污泥與水玻璃堿渣的質(zhì)量比為 1:1 時(shí)，采用自然晾干后烘干的方式，生料球的狀態(tài)最佳，但由于水玻璃堿渣中的 Na2O 含量較高，在煅燒時(shí)會(huì)導(dǎo)致液相粘度太低而不利于陶粒膨脹，因此選擇印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣的質(zhì)量比為2:1:1 的物料配比，采用自然晾干后烘干的方式制備生料料球，料球狀態(tài)良好，并可使各氧化物的比例居于制備陶粒的適宜范圍。

2.2 燒結(jié)溫度對(duì)陶粒性能的影響

將印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣的質(zhì)量比為2:1:1 的物料配比，采用自然晾干后烘干的方式制備的生料料球置于高溫爐中，在 350℃ 下預(yù)熱 20min，隨后升溫至高溫段燒結(jié)，燒結(jié)溫度從 1040～1180℃，燒結(jié)時(shí)間為 15min，試驗(yàn)結(jié)果如表 3 和圖 2 所示。

表 3 燒結(jié)溫度對(duì)陶粒性能的影響

圖 2 燒結(jié)溫度對(duì)陶粒性能的影響

結(jié)果表明：隨著燒結(jié)溫度的提高，陶粒的堆積密度先降低后提高，在 1100℃ 時(shí)達(dá)到最低值 802kg/m3，筒壓強(qiáng)度隨著燒結(jié)溫度的提高而提高。陶粒的膨脹源于內(nèi)部氣體的釋放和表層物料的燒結(jié)，在一定溫度下，陶粒內(nèi)部產(chǎn)生氣體向外釋放，而陶粒熔融產(chǎn)生一定的液相量，液相封閉了氣體釋放的孔隙，使內(nèi)部產(chǎn)生的氣體難以釋放而導(dǎo)致陶粒膨脹，液相對(duì)陶?？紫兜某涮钜约霸诟邷叵碌木Ы邕w移使得坯體的致密度提高而產(chǎn)生一定的強(qiáng)度。溫度較低時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生的氣體直接釋放，陶粒未發(fā)生明顯膨脹，且由于陶粒未燒結(jié)，力學(xué)性能亦未提升。溫度較高時(shí)，液相量過(guò)多，氣體產(chǎn)生速度較快，逸出量較多，陶粒的膨脹量較小。

結(jié)果表明，以印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣按質(zhì)量比為 2:1:1 制得的生料，其液相出現(xiàn)溫度為 1080～1100℃，此燒結(jié)溫度下制成的陶粒具有適宜的堆積密度和筒壓強(qiáng)度。

2.3 燒結(jié)時(shí)間對(duì)陶粒性能的影響

將印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣的質(zhì)量比為2:1:1 的物料配比，采用自然晾干后烘干的方式制備的生料料球置于高溫爐中，在 350℃ 下預(yù)熱 20min，隨后升溫至高溫段燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 1080℃ 和 1100℃，燒結(jié)時(shí)間為 10～30min，試驗(yàn)結(jié)果如表 4 和圖 3、圖 4 所示。

表 4 燒結(jié)時(shí)間對(duì)陶粒性能的影響

圖 3 燒結(jié)時(shí)間對(duì)陶粒性能的影響（1080℃）

結(jié)果表明，在 1080℃ 下，陶粒的堆積密度在燒結(jié)時(shí)間為 25min 時(shí)達(dá)到極低值，為 846 kg/m3，在 1100℃下，陶粒的堆積密度在燒結(jié)時(shí)間為 20min 時(shí)達(dá)到極低值，為 749kg/m3，說(shuō)明隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，液相量的逐漸增多，膨脹產(chǎn)生的孔隙會(huì)被液相再次充填，陶粒的致密性提高，力學(xué)性能提升，而體積降低，導(dǎo)致陶粒的堆積密度和筒壓強(qiáng)度增加。

圖 4 燒結(jié)時(shí)間對(duì)陶粒性能的影響（1100℃）

結(jié)果表明，以印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣按質(zhì)量比為 2:1:1 制得的陶粒生料，1080℃ 下適宜的燒結(jié)時(shí)間為 25min，1100℃ 下適宜的燒結(jié)時(shí)間為 20min，可以推知，隨著燒結(jié)溫度的提高，適宜的燒結(jié)時(shí)間會(huì)進(jìn)一步縮短。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰和水玻璃堿渣均對(duì)印染污泥的成球性能有一定的改善作用，水玻璃堿渣因具有一定的膠凝性，改善作用更為明顯。干燥方式亦對(duì)料生球性狀有著較大的影響，選擇印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣的質(zhì)量比為 2:1:1 的物料配比，采用自然晾干后烘干的方式制備生料料球，料球狀態(tài)良好。

（2）以印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣按質(zhì)量比為 2:1:1 制得的生料，其液相出現(xiàn)溫度為 1080～1100℃，此燒結(jié)溫度下制成的陶粒具有適宜的堆積密度和筒壓強(qiáng)度。

（3）以印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣按質(zhì)量比為 2:1:1 制得的陶粒生料，1080℃ 下適宜的燒結(jié)時(shí)間為25min，1100℃ 下適宜的燒結(jié)時(shí)間為 20min，隨著燒結(jié)溫度的提高，適宜的燒結(jié)時(shí)間會(huì)進(jìn)一步縮短。