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不锈钢污泥制备高性能陶粒的研究

作　者: 刘楷
导　师: 陈袁魁
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 不锈钢脱水污泥固废资源化陶粒重金属
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

不锈钢脱水污泥是不锈钢加工过程所产生的废弃物,其化学组成具有高钙低硅铝的特点,特别是含有Cr﹑Ni等重金属元素,属典型的危险废弃物,若处置不当,易引起严重的环境危害。同时,煤矸石和粉煤灰作为传统固体废弃物,历史积存量也很大,不仅占用土地,而且污染环境。在当前资源和能源现状日渐严峻的条件下,研究开发有效利用这些废弃物的方法和技术途径,对于协调资源、能源与环境的关系,促进社会可持续发展有十分重要的意义。本文以解决不锈钢脱水污泥的资源化优化利用为主要目的,以煤矸石和粉煤灰为配合料,探索烧制主要用于建筑材料的陶粒品种。课题主要从两个方向展开研究工作：一方面以不锈钢脱水污泥、煤矸石及适量的黏土为基础进行烧胀型轻质陶粒的制备,以陶粒的堆积密度、吸水率和力学强度为指标,全面考察各工艺参数(原料组分、焙烧温度、保温时间等)对污泥-煤矸石基陶粒煅烧与性能的影响规律,获得的优化工艺方案为：污泥：煤矸石：黏土质量比3：6：1,焙烧温度1060℃,保温时间10min,制得的相应烧胀型轻质陶粒的主要性能指标为：堆积密度0.64g/cm3、吸水率2.3%、压碎强度为2.60kN；第二方面以不锈钢脱水污泥、粉煤灰及适量黏土进行烧结型高强陶粒的制备,通过探讨焙烧过程中各因素(原料组分、预烧温度、预烧时间、焙烧温度、保温时间等)的影响规律,确立的优化方案为：污泥：粉煤灰：黏土质量比2：7：1,预热温度400℃、预热时间30min、焙烧温度1125℃、保温时间15min,按优化方案烧制的高强陶粒其压碎强度达到5.05kN,相应的堆积密度和吸水率分别为为0.93g/cm3、3.7%。烧胀陶粒最优配方的污泥配入量可达30%,高强陶粒的相应配入量为20%。前者烧成温度为1060℃,后者为1125℃,均比类似普通陶粒产品的烧成温度明显降低,具有一定的节能效应。按照国家标准对相关试样进行重金属浓度浸出检测,结果表明污泥-煤矸石陶粒和污泥-粉煤灰陶粒的Cr﹑Ni浸出浓度都远低于国标的限量值。表明污泥陶粒具有良好的重金属固化效果,对不锈钢污泥是一种环境友好型的处置和利用方式。在利用不锈钢脱水污泥制备陶粒的过程中,由于污泥组成的高钙低硅铝的特点,其助熔成分含量过多,尤其是短熔性物质含量较高,致使陶粒烧成范围变窄,增加了煅烧过程控制的难度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-23
  1.1 课题的研究背景与意义  10-13
  1.2 国内外固体废弃物处置现状及发展趋势  13-16
    1.2.1 “弃”的处置方式  13-14
    1.2.2 “烧”的处置方式  14-15
    1.2.3 “用”的处置方式  15-16
  1.3 危险废弃物的优化处理及其制备陶粒的可行性  16-18
  1.4 研究内容及和技术路线  18-21
    1.4.1 研究目标  18-19
    1.4.2 研究内容  19-20
    1.4.3 拟解决的关键问题  20
    1.4.4 课题研究的技术路线  20-21
  1.5 实验设备与测试仪器  21-23
    1.5.1 化学组成测定仪器  21
    1.5.2 烧成设备  21
    1.5.3 颗粒细度测定仪器  21
    1.5.4 矿物组成分析仪器  21-22
    1.5.5 矿物相形貌观察仪器  22-23
第2章原料的特性及陶粒烧成理论探究  23-34
  2.1 不锈钢污泥的理化特性研究  23-27
    2.1.1 不锈钢污泥的化学、矿物组成及结构特性  23-25
    2.1.2 不锈钢污泥的颗粒分布特性  25-27
  2.2 煤矸石的特性研究  27-28
  2.3 粉煤灰的特性研究  28-30
  2.4 陶粒烧成理论的探讨  30-33
  2.5 本章小结  33-34
第3章不锈钢污泥-煤矸石基陶粒的制备研究  34-52
  3.1 组分原料的分析及评价  34-35
  3.2 不锈钢污泥-煤矸石基陶粒的试配及制备  35-42
    3.2.1 污泥-煤矸石基陶粒试烧配料方案确定  35-36
    3.2.2 污泥-煤矸石基陶粒试烧工艺制度的设计  36-37
    3.2.3 污泥-煤矸石基陶粒制备工艺流程  37-38
    3.2.4 污泥-煤矸石基陶粒试烧的结果  38-40
    3.2.5 污泥-煤矸石陶粒膨胀能力分析  40-42
  3.3 污泥-煤矸石基试烧陶粒性能检测与分析  42-46
    3.3.1 污泥-煤矸石基陶粒的物理性能  42
    3.3.2 试烧陶粒测试结果的分析  42-46
  3.4 优化方案  46-49
    3.4.1 优化方案的确定  46
    3.4.2 优化方案的物理性能与分析  46-49
  3.5 重金属的危害与固化  49-51
    3.5.1 重金属的危害  49
    3.5.2 不锈钢污泥-煤矸石基陶粒的重金属浸出检测  49-51
  3.6 本章小结  51-52
第4章不锈钢污泥-粉煤灰基陶粒的制备研究  52-73
  4.1 组分原料分析及配料方案设计  52-54
    4.1.1 粉煤灰参配潜在影响分析  52-53
    4.1.2 配料方案的设计  53-54
  4.2 不锈钢污泥-粉煤灰基陶粒的制备研究  54-60
    4.2.1 陶粒煅烧工艺制度的优化  54-56
    4.2.2 不锈钢污泥-粉煤灰陶粒试烧结果与直观分析  56-60
  4.3 各影响因素对污泥-粉煤灰基陶粒主要性能影响的探讨  60-69
    4.3.1 原料理化特性对陶粒烧成及性能的影响分析  60-62
    4.3.2 预热制度对陶粒性能的影响分析  62-64
    4.3.3 烧成温度和保温时间对陶粒性能的影响分析  64-66
    4.3.4 陶粒微观结构特点与分析  66-69
  4.4 不锈钢污泥-粉煤灰基陶粒优化方案的探讨  69-71
    4.4.1 优化方案的参数确定  69
    4.4.2 优化方案验证研究  69-71
  4.5 不锈钢污泥-粉煤灰基陶粒的重金属固化效果分析  71-72
  4.6 本章小结  72-73
第5章结论  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-80

不锈钢污泥制备高性能陶粒的研究

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