疏浚泥沙在建筑陶瓷中資源化利用技術的研究

摘 要：通過研究疏浚泥沙處理資源循環利用技術，將目前堆放成為環境難題的疏浚泥變為可有效利用的資源，代替天然礦物原料研究生產建筑陶瓷的可行性，解決目前疏浚泥沙處理的環境污染、占用耕地及重金屬滲出等問題，開發具有良好裝飾效果的高檔陶瓷建材，實現建陶行業的資源循環利用。

關鍵詞：疏浚泥；資源循環利用；建筑陶瓷

1前 言

水體底泥污染是一個重要的環境問題。底泥中的污染物主要是重金屬、氮磷為主的營養物質和難降解的有機物。底泥的處理方法主要有原位處理和異位處理，原位處理的技術還不成熟，目前底泥處理多是進行異位處理，即疏浚。港口、航道為維持正常泄洪能力和保證內陸航道的暢通，保證湖泊的水質及蓄洪能力，所進行的疏浚工程會產生巨大的疏浚泥。珠江三角洲地帶水資源豐富，每年產生的疏浚泥超過8000萬m3。由于疏浚底泥具有泥量大、含水率較高、組成成分復雜的特點，容易產生二次污染，處置不當將對環境造成不利影響。

我國目前處于高速發展期，工程建設項目數量也日益遞增，對建陶的需求也與日俱增，隨著現有天然泥、砂等原料的消耗，建陶原料的供給不足帶來的矛盾也將日益突出，特別是優質天然粘土的需求矛盾更為明顯。就廣東省而言，自1999年《廣東省采石取土管理規定》頒布后，開山取土逐步受到限制，更加劇了原料不足和建筑陶瓷產能日益增長的矛盾。目前，廣東省眾多建陶企業紛紛向周邊省區如廣西、湖南、江西等地購買礦物原料，運輸距離的增加大大提高了產品成本，或轉移到近原料產地發展，而且國家日益嚴格的護山護河措施，也逐步覆蓋到內陸省份，傳統的原料獲取方式長此以往很難補足原料缺口和支持陶瓷行業的持續發展。

本文研究使用疏浚泥沙作為再生資源生產建筑陶瓷技術，將目前在河海工程成為堆放難題的疏浚泥資源化利用代替天然粘土，一方面可減少疏浚泥對環境的嚴重破壞，而且有效減少建陶行業對優質天然礦物原料的需求和開采。對建筑陶瓷行業可持續發展及環境工程、河海工程均具有重要意義。

2 疏浚泥沙性能分析

疏浚泥多以淤泥、粘土為主，礦物成分主要是伊利石、綠泥石、高嶺石、蒙脫石等粘土礦物，此外還有長石、石英等非粘土礦物，部分夾雜有少量的白色貝殼等。化學組分主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、燒失量（有機質）等，這一化學組成非常接近于陶瓷原料中常用的高嶺土及蒙脫石膠結物，研究利用疏浚泥代替天然粘土作為膠結物，同時高嶺石類礦物可在高溫下形成SiO2·2Al2O3莫來石晶相，長石、石英等形成玻璃體，通過配方調整達到疏浚泥資源化利用和新陶瓷原料來源的雙重目的。

本研究的取樣為佛山某地疏浚泥1#樣品，120℃恒溫干燥后樣品對應的化學成分如表1。

從表1中可以看出，1#樣品的化學組成同普通建筑陶瓷生產中所使用的混合泥化學成分近似，燒失量也基本類似，但鐵含量、堿金屬、堿土金屬含量偏高，特別是其中Fe2O3含量遠高于普通所使用的混合泥，會帶來燒成氧化不好及降低配方溫度等問題。

疏浚泥有機質含量高，燒成過程易將粘土質礦物中的氧化鐵還原，疏浚泥中的貝殼屑等也將分解釋放出膨脹性氣體CO2，在快燒情況下，如排氣不好，會以微小封閉氣泡的形式均勻分散于熔化液相中，如生產拋光磚產品，可能產生針孔、熔洞等缺陷降低產品質量。此外，疏浚泥中較高的鐵含量會使坯體顏色變暗，故采用釉面裝飾方法，生產仿古釉面磚產品。

此外，對于使用疏浚泥沙生產建筑陶瓷，對其中可能富含的重金屬要考慮滿足建筑陶瓷的環境標志產品技術要求，對1#樣品進行了可溶性鉛、鎘及固體污染物可溶性鉻測試，測試結果見表2。從檢測結果來看，其鉛、鎘含量滿足《環境標志產品技術要求陶瓷磚》（HJ/T297-2006）的相關技術指標，鉻含量滿足（GB15618-1995) 土壤環境質量標準一級要求。通過對配方的調整并采用相適應的釉面配方，將疏浚泥應用于建筑陶瓷，其技術路線是可行的。

3 樣品制備

因疏浚泥膠結性強、含水率高、鐵含量高，作為一種陶瓷原料不但要考慮其化學成份中的SiO2和Al2O3含量，還要考慮Fe2O3含量和有機質的燒失、漿料的性能等多個影響因素，特別注意的是為穩定配方原料，取樣地點不同的疏浚泥應均化后方可使用。配方中使用的其他原料化學分析見表3。

經反復實驗確定，按表4的干重質量比例配比原料。過程如下：取疏浚泥及各原料進行干燥，按干料比例1:0.5加入水，少量CMC及水玻璃、STPP共同混合球磨，測試漿料細度達到250目篩余為0.3%～0.8%后放漿過100目篩，漿料經微波干燥、手工造粉、陳腐后以15MPa壓力用小壓機成形為300mm×300mm規格陶瓷樣品，進烘箱于180℃恒溫干燥至坯體含水率<0.5%，再放入輥道窯在1195℃下燒成，燒成時間為68min。

4 樣品性能分析

對所制備的陶瓷樣品進行斷裂模數、吸水率、熱震性、耐酸堿等理化指標測試， 同時對環境要素的放射性進行檢驗，結果匯總于表5中。

我們根據環境標志產品要求對樣品進行鉛、鎘測試，實驗樣品測試指標如表6所示。

從實驗可以看出，實驗過程方法及產品設計配方溫度同一般仿古磚制品坯體制備過程類似，并未明顯改變陶瓷生產工藝過程；從斷裂模數、抗熱震性、耐酸堿等產品檢測性能上來看，疏浚泥的加入未影響陶瓷產品的各項主要指標；從重金屬溶出、放射性檢測等方面來看，均滿足環境標志產品的要求；可見利用疏浚泥進行資源循環利用生產建筑陶瓷是可行的。

5 結 論

對江河疏浚泥沙進行研究，代替高嶺土類原料生產建筑陶瓷，利用這一低品質原料替代高品質原料，資源循環利用生產建筑陶瓷，減少了天然礦物原料的消耗，具有領先水平和行業示范意義；目前國內外陶瓷行業還沒有利用疏浚泥生產高檔陶瓷的先例，該種技術可深入研究，工藝技術具備行業推廣的可行性，該類新型陶瓷產品可作為一種循環經濟和持續發展的實例。

參考文獻

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