污泥制備超輕集料與防輻射集料的焙燒機理及其性能研究.pdf

1、城市生活污泥是在城市生活污水和工業(yè)廢水進行凈化處理的過程中，產(chǎn)生的沉淀物質及污水表面漂出的浮渣，我國每年產(chǎn)生的污泥量約為420萬噸，折合含水80％的脫水污泥約2100萬噸，若不經(jīng)處理排放到自然環(huán)境中，會占用大量的土地資源并對環(huán)境造成危害;工業(yè)電鍍廠含鉻污泥中其有害成分主要為1％～2％的鉻酸鈣（致癌物）和0.5％～1％的水溶性六價鉻（劇毒物），對人體的消化道、呼吸道、皮膚等都有危害，甚至可以引發(fā)皮膚癌、肺癌等疾病，目前我國積累了200多萬

2、噸含鉻污泥，并且每年還以超過40萬噸的數(shù)量增加，是公認的危險固體廢物之一。城市污泥中含有Si、Al、Ca、Fe等建筑材料的基本組成元素，具有潛在的建材化利用價值，可通過一定的處理方式，應用于建筑領域，以解決城市污泥堆放污染環(huán)境的問題，具有十分重要的環(huán)保意義和可觀的經(jīng)濟價值。
　　 本文依托國家“十二五”科技支撐計劃項目(2011BAJ04B05-02)、國家自然科學基金(51272192)開展研究，采用城市污泥為主要原材料，添加

3、粉煤灰、頁巖等進行化學組分校正，通過高溫煅燒制備防輻射集料和超輕集料。通過配合比設計和燒成制度優(yōu)化，揭示了n值((SiO2+Al2O3)/(R2O+RO+Fe2O3))、硅鋁比(Al2O3/SiO2)、燒成制度對集料物理力學性能、礦物組成和微觀結構的影響規(guī)律;并通過XRD、SEM測試技術對集料的微觀結構進行分析，探明集料礦物組成、微觀結構對其物理力學性能、射線屏蔽性能的影響，掌握了采用城市生活污泥及含鉻污泥制備不同密度、不同功能集料的配

4、合比設計方法，為含重金屬的固體廢棄物資源化利用提供新的思路和推廣應用方向。本文進行的主要工作和取得的重要成果有:
　　 本文系統(tǒng)研究了集料中各原材料的組成、預熱制度、溫升速率、煅燒制度對集料微觀結構、各項物理力學性能的影響規(guī)律，探討了城市污泥、鉻渣制備人工集料的焙燒機理，確定了超輕集料及防輻射集料的合理組成和制備關鍵技術，超輕集料的最佳配比為W(SiO2)=53％，W(Al2O3)=25％，W(RO+R2O)=11％,優(yōu)化煅燒制

5、度為1180℃～1220℃下煅燒10～20min，該條件制備的超輕集料表觀密度在0.7～1.1 g/cm3之間，筒壓強度大于1Mpa。利用含鉻電鍍污泥，以城市生活污泥及頁巖為校正材料，控制n值4.0～6.0、硅鋁比2.2～2.8的生料配合比設計方法，在燒成制度為500～600℃預熱15min，1200℃～1220℃下煅燒10～30min條件下，可制備出表觀密度0.9～1.2 g/cm3，抗壓強度高于1MPa的輕集料。含鉻污泥防輻射集料的

6、n值宜取1.5～2.0之間，優(yōu)化燒成制度為450℃～550℃預熱10～15min，1160～1190℃下煅燒30～40min，在該條件下可制備出表觀密度高于2.30g/cm3，抗壓強度高于5MPa，1h吸水率低于8％，對0.662MeV的γ射線線性衰減系數(shù)達0.172cm-1的防輻射集料。
　　 采用XRD、SEM對集料的微觀組成和結構進行了深入研究，揭示了集料的n值、硅鋁比和燒成制度對集料孔隙結構、礦物組成的影響規(guī)律。結果表明