印染污泥與水玻璃堿渣協(xié)同制備陶粒的試驗研究

李科，王志學(xué)，孫琳

（1. 江陰市會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性[1-3]，被列入國家危險廢物名錄。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)原料制備陶粒可以固化重金屬元素、有機(jī)物充分氧化分解，實現(xiàn)印染污泥的無害化處理和資源化利用[4-6]。

在水玻璃生產(chǎn)過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，目前尚無有效的處理手段，無組織排放對環(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

1.1 試驗原料

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

表 1 原料的化學(xué)成分 %

1.2 試驗方法

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，測試陶粒的表觀密度及筒壓強(qiáng)度。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 物料配比及干燥方式對生料球性狀的影響

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，水分蒸發(fā)速度較快，易導(dǎo)致料球干燥開裂；而經(jīng)自然晾干 6h 后，料球中的水分有較大程度地下降，料球在烘干時收縮量大幅度降低，裂紋數(shù)量明顯減少。試驗結(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，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，在煅燒時會導(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)時間為 15min，試驗結(jié)果如表 3 和圖 2 所示。

表 3 燒結(jié)溫度對陶粒性能的影響

圖 2 燒結(jié)溫度對陶粒性能的影響

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，液相對陶粒孔隙的充填以及在高溫下的晶界遷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，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，液相量過多，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)時間對陶粒性能的影響

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)時間為 10～30min，試驗結(jié)果如表 4 和圖 3、圖 4 所示。

表 4 燒結(jié)時間對陶粒性能的影響

圖 3 燒結(jié)時間對陶粒性能的影響（1080℃）

結(jié)果表明，在 1080℃ 下，陶粒的堆積密度在燒結(jié)時間為 25min 時達(dá)到極低值，為 846 kg/m3，在 1100℃下，陶粒的堆積密度在燒結(jié)時間為 20min 時達(dá)到極低值，為 749kg/m3，說明隨著燒結(jié)時間的延長，液相量的逐漸增多，膨脹產(chǎn)生的孔隙會被液相再次充填，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)時間對陶粒性能的影響（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)時間為 25min，1100℃ 下適宜的燒結(jié)時間為 20min，可以推知，隨著燒結(jié)溫度的提高，適宜的燒結(jié)時間會進(jìn)一步縮短。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰和水玻璃堿渣均對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)時間為25min，1100℃ 下適宜的燒結(jié)時間為 20min，隨著燒結(jié)溫度的提高，適宜的燒結(jié)時間會進(jìn)一步縮短。