印染污泥與水玻璃堿渣協同制備陶粒的試驗研究

李科，王志學，孫琳

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

0 前言

印染污泥是紡織企業印染廢水處理的副產物，其中殘留大量的有機化工原料，Cu、Zn、Pb、Cd 等重金屬元素亦超標，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原料制備陶?？梢怨袒亟饘僭?、有機物充分氧化分解，實現印染污泥的無害化處理和資源化利用[4-6]。

在水玻璃生產過程中固相溶解后生產的沉淀物被稱為水玻璃堿渣，主要由晶態二氧化硅和硅酸鈉水合物組成。因其產量較低，綜合利用研究較少，目前尚無有效的處理手段，無組織排放對環境造成了嚴重的污染。

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控原料的造粒性能，改進印染污泥制備陶粒的工藝進程，使印染污泥、水玻璃堿渣這兩種難以利用的工業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。其化學成分見表 1。

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

（3）粉煤灰：諫壁統灰，燒失量 2.76%。其化學成分見表 1。

表 1 原料的化學成分 %

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度。

2 試驗結果與討論

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

結果表明，物料的配比和干燥方式均對生料球的性狀產生較大的影響。印染污泥中含有較多的有機物，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，水分蒸發速度較快，易導致料球干燥開裂；而經自然晾干 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，裂紋數量明顯減少。試驗結果顯示，當印染污泥與水玻璃堿渣的質量比為 1:1 時，采用自然晾干后烘干的方式，生料球的狀態最佳，但由于水玻璃堿渣中的 Na2O 含量較高，在煅燒時會導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℃ 下預熱 20min，隨后升溫至高溫段燒結，燒結溫度從 1040～1180℃，燒結時間為 15min，試驗結果如表 3 和圖 2 所示。

表 3 燒結溫度對陶粒性能的影響

圖 2 燒結溫度對陶粒性能的影響

結果表明：隨著燒結溫度的提高，陶粒的堆積密度先降低后提高，在 1100℃ 時達到最低值 802kg/m3，筒壓強度隨著燒結溫度的提高而提高。陶粒的膨脹源于內部氣體的釋放和表層物料的燒結，在一定溫度下，陶粒內部產生氣體向外釋放，而陶粒熔融產生一定的液相量，液相封閉了氣體釋放的孔隙，使內部產生的氣體難以釋放而導致陶粒膨脹，液相對陶?？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生一定的強度。溫度較低時，內部產生的氣體直接釋放，陶粒未發生明顯膨脹，且由于陶粒未燒結，力學性能亦未提升。溫度較高時，液相量過多，氣體產生速度較快，逸出量較多，陶粒的膨脹量較小。

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

2.3 燒結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℃ 下預熱 20min，隨后升溫至高溫段燒結，燒結溫度為 1080℃ 和 1100℃，燒結時間為 10～30min，試驗結果如表 4 和圖 3、圖 4 所示。

表 4 燒結時間對陶粒性能的影響

圖 3 燒結時間對陶粒性能的影響（1080℃）

結果表明，在 1080℃ 下，陶粒的堆積密度在燒結時間為 25min 時達到極低值，為 846 kg/m3，在 1100℃下，陶粒的堆積密度在燒結時間為 20min 時達到極低值，為 749kg/m3，說明隨著燒結時間的延長，液相量的逐漸增多，膨脹產生的孔隙會被液相再次充填，陶粒的致密性提高，力學性能提升，而體積降低，導致陶粒的堆積密度和筒壓強度增加。

圖 4 燒結時間對陶粒性能的影響（1100℃）

結果表明，以印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣按質量比為 2:1:1 制得的陶粒生料，1080℃ 下適宜的燒結時間為 25min，1100℃ 下適宜的燒結時間為 20min，可以推知，隨著燒結溫度的提高，適宜的燒結時間會進一步縮短。

3 結論

（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，料球狀態良好。

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

（3）以印染污泥、粉煤灰和水玻璃堿渣按質量比為 2:1:1 制得的陶粒生料，1080℃ 下適宜的燒結時間為25min，1100℃ 下適宜的燒結時間為 20min，隨著燒結溫度的提高，適宜的燒結時間會進一步縮短。