以印染污泥为原料制备生物滤膜用陶粒的研究

1、以印染污泥为原料制备生物滤膜用陶粒的研究摘要：为让广州市增城新塘镇印染污泥变废为宝，利用其本身性质制作成生物滤膜用陶粒，达到垃圾资源化、无害化和减量化。研究不同污泥和粘土的比例、不同的烧成方式制备出陶粒的性能，实验选取吸水率、容重、堆积密度、强度、酸碱可溶性五个因素，进行实验，最终确定最优工艺方式，并探讨了该陶粒在各个应用领域的效果。结果表明，在污泥的比例67.8%、粘土的比例为12.71%、碎玻璃比例为12.71%和木炭的比例为6.78%，在200C保温1个小时，900C保温1个小时，烧结温度为1000，烧成时间保持12min时，得出的陶粒是适合作为生物滤膜用陶粒关键词: 印染污泥；陶粒；滤

2、料； Abstract: We aimed at turning wasted dye mud in GuangZhou Zhengcheng Xingtan villege into useful treasure.We turn the wasted dye mud into biological filtration membrane figuline granule by using its inherent character,reaching the goal of waste resourcization，reducing,and innocuity. We studied on

3、 the capability of figuline granule making from different of proportions of wasted mud to clay and different producing means .We took water absorptivity, acid and alkali dissolubility, packing density,strength and bulk density into account and found out the best procedure by doing the experiment,and

4、 researched the effect of that product when applying to different fields. The results turns out to be the proportion of wasted mud of 67.8%,proportion of clay of 12.71%,proportion of cullet of 12.71%,and proportion of charcoal of6.78%,keeping warm for an hour at 200C,keeping warm for an hour at 900C

5、,processing temperature at 1000 and last for 12 min.the product would be denfinitely an qualified biological filtration membrane figuline granule.Keyword: printing and dyeing sludge;pottery grain; filter material目录1 前 言52 文献综述62.1 印染污泥的性质62.2印染污泥处理处置现状62.3 污泥制作陶粒的现状及其应用624 陶粒的原料要求73 实验方案83.1研究内容83.2

6、 烧制机理83.3 烧结温度93.4 样品性能评价104 实验114.1 实验原料114.1.1 印染污泥114.1.2 粘土114.1.3 碎玻璃1141.4 木炭粉114.2 试验设备与仪器124.3 制备工艺流程及要点124.4 升温方式的影响因素134.5 确定基本配料比144.6 样品性能测定144.6.1 烧失量144.6.2 堆积密度和容重144.6.3 吸水率144.6.4 酸碱溶出试验144.6.5 强度试验155 结果分析讨论165.1 样品性能测定165.1.1 外形特征165.1.2 陶粒性能175.2 结果讨论185.2.1 烧失量185.2.2 堆积密度和容重185

7、.2.3 吸水率：195.2.4 酸、碱溶蚀率205.2.5 强度：215.3 确定基本配方215.4 改进陶粒性能措施方案215.4.1 烧失率215.4.2 堆积密度和容重215.4.3 吸水率、吸附性、比表面积225.4.4 强度225.5 确定最佳烧成时间225.6 结果分析235.7 结论235.8 确定最佳烧成制度245.9 结果分析246 确定最佳配方257 结论268 参考文献279 致谢28以印染污泥为原料制备生物滤膜用陶粒的研究1 前 言广东省增城市新塘镇生产的牛仔、休闲服装占据全国60的市场。该地区牛仔布料印染厂废水净化后产生的印染污泥含有丰富的含碳有机物，其中以纤维为主

8、。印染污泥属危险废物，如果随意处置例如随意投掷到河流，会对河流的生态系统造成严重的破坏作用并且这个污染有持续性，而随意堆放，就会通过渗透，进入到地下水污染到水源。以往的厂方处理方式是通过压缩污泥，脱水过后拿去填埋或者烧砖，但简易填埋易造成二次污染而烧砖却因经济效益低，因而应用不广。所以如何处理印染污泥是印染废水处理环节中一大技术难题。经过分析发现广州增城新塘镇的牛仔布印染污泥含碳有机物含量高达24.60，以纤维为主，浮石含量大约为55。本实验是利用印染污泥制备轻质陶粒作为曝气生物滤池的填充料，处理印染废水。制备出最好的陶粒性能：容重1.14g/cm3、堆积密度0.92 g/cm3、吸水率40.

9、84%、HCl可溶率0.52%、H2SO4可溶率0.083%、NaOH可溶率0.54%，从而不仅可以省去处理印染污泥的费用，还可以废物利用创造价值。2 文献综述2.1 印染污泥的性质印染污泥是在生产牛仔裤和休闲服装的过程中产生，在生产过程中所添加的染料、脱落的纤维和浮石最终都会聚集在印染污泥上，在显微镜下牛仔布印染污泥主要以短纤维和颗粒状物组成，颗粒物是浮石。通过实验表明牛仔布印染污泥以碱性盐类物为主。印染污泥可溶性物占0.65% ，可燃性物20.33%，不燃物79.02% 。在800C的煅烧，通过化学分析剩余产物，表明不燃物为，Al2O314.51%、SiO2 42.43%，跟浮石的成分相同

10、，陶粒的主要成分也是Al2O3、SiO2。印染污泥作为印染行业的一种污染物，其来源广泛、产量大。若不能妥善处理将会对环境造成严重的污染。从牛仔布印染污泥的组成特征看，浮石和纤维是资源化应用的主要对象，如果把印染污泥看作一种制作陶粒的原料，将会创造出可观的环境价值和经济价值。2.2印染污泥处理处置现状印染污泥一般可作安全填埋、水泥添加剂、陶粒、建筑原料等。在国内对印染污泥的资源化利用不足，一般采取的处理措施：重力浓缩后脱水外运填埋，这种处理手段费用高，无害化处理难度大，减量化不足。不符合处理垃圾的减量化，无害化和资源化原则。如何处理数量大、有毒害、难处置的印染污泥，并在技术上实现减量化、无害化、

11、资源化，已经成为印染废水处理乃至印染行业急需解决的问题。2.3 污泥制作陶粒的现状及其应用我国陶粒从50年代初至07年代初，轻集料的技术发展尚处于试制阶段，到了1993年，全国陶粒产量增至310万m3，产品转为超轻型的粘土陶粒为主，其次为页岩陶粒和粉煤灰陶粒；其制品转为陶粒混凝土空心砌块为主。目前我国的陶粒产量在350 m3，而产量是在10一20万m3规模的企业中，大多是引进国外的设备及技术，主要是丹麦史密斯和莱太克技术。而生产的陶粒大部分应用以陶粒混凝土小型空心砌块及超轻陶粒混凝土轻质隔墙板。1相反对于滤料的研究不多。但也有少数企业专门从事于滤料的生产济南兴海生物滤料就是其中的一家。上海市建

12、筑科学研究院曾用污水处理厂污泥作为粉煤灰陶粒生产时的一种组成材料(污泥最多为23 %)来处理污泥。昆明理工大学环境科学与工程学院开发了一种利用脱水污泥为主要原料(干脱水污泥(非烘干)占混合料总量的30%40%)，辅以其他工业固体废弃物和外加剂，通过控制脱碳、烧胀等工艺条件，在实验室制成了轻质陶粒。目前陶粒的制作多数使用粉煤灰为主料、粘土、膨胀剂等为辅料经高温烧成。利用印染污泥代替粉煤灰进行陶粒烧制，能进一步减少粘土材料的使用，保护土地资源。目前只有广州大学环境科学与环境工程学院做过以牛仔布印染污泥为原料的研究。24 陶粒的原料要求作为陶粒的原料必须具有可塑性与结合性，调水后成为软泥，能塑造成型

13、，主要成分是 Al2O3、SiO2，2而烧成的陶粒必须具有表面粗糙，比表面积大。耐磨性好，耐久性强。颗粒性好，可以制成不同粒径的颗粒。易于冲洗和反冲洗。能使水，气均匀分布。能堵截，容纳水中悬浮物。3印染污泥的有机物含量丰富，能在烧制过程中气化，充当起泡剂，降低容重和增加气孔率，而印染污泥的另一主要成分浮石主要由Al2O3、SiO2组成，所以印染污泥绝对可以作为烧制陶粒的原材料。作为曝气生物滤池的滤料：表面粗糙，比表面积大。耐磨性好，耐久性强。颗粒性好，单靠印染污泥不足以制作这样的陶粒，必须混合相当比例的粘土和辅助试剂。3 实验方案3.1研究内容采用烧结陶粒生产技术，以印染污泥、粘土和粘结剂（碎

14、玻璃）为主要原材料制作成的陶丕在1000C下进行烧结；确定在1000C烧成的陶粒强度符合条件，再在此配方上加上用发泡剂（碳粉），减小其容重和增加气孔率。陶丕在马弗炉经高温加热得到陶粒，根据陶粒的外表粗糙程度、容重、堆积密度、酸碱可溶率、吸水率和强度等指标判断陶粒是否可以做为滤料，从而挑选用印染污泥制备陶粒的最优方案，适用于曝气生物滤池填充材料。3.2 烧制机理粘土在高温作用下会产生一系列的物理和化学变化，如矿物脱水、晶型转变、主晶相矿物的形成、物料的致密化等，所有这些作用是烧结所包含的主要物理过程。严格地讲，烧结是指经过成型的粉状物料颗粒在加热到低于熔点温度以下，经过粘合、气孔排除，体积收缩而

15、变成致密坚硬的烧结体的物理过程，烧结只是烧成过程的主要部分。4固体物质的烧结过程有两种类型：一种是烧结过程中无液相参加，此种烧结称为固相烧结，一般高纯度物质的烧结过程属固相烧结；另一种为有液相参加的烧结过程为液相烧结，一般多组分物系的烧结大多属于液相烧结。由于烧结的致密化过程是依靠物质的质点的迁移实现的，因此必然存在一种物质迁移的力即烧结推动力。以印染污泥和粘土作为基本原料的坯体烧结属于液相烧结。在高温下发生的主要的变化是：颗粒间接触面积扩大；颗粒聚集;颗粒中心距逼近；逐渐形成晶界；气孔形状变小；体积缩小；从连通的气孔变成各自孤立的气孔并逐渐缩小，以至最后大部分甚至全部气孔从晶体中排除。因此，

16、对于气孔率要求在50%左右的陶粒的烧结应选择合适的发泡剂以及合理的发泡工艺，同时应控制陶粒的烧结制度，以达到预期的效果。3.3 烧结温度粘土的烧结性是当粘土被加热到一定温度时(一般不超过1000C)，由于易熔物的熔融而开始出现液相。液相填充在未熔颗粒之间的空隙中，靠其表面张力的作用的拉紧力，使粘土的气孔率下降，密度提高，体积收缩，变得致密坚实，在气孔率下降到最低值，密度达到最大值时的状态称为烧结状态粉状物料，粘土在加热过程中的变化，是陶瓷烧成中确定烧成制度的基础，研究粘土的加热变化，具有重要意义.陶瓷的烧成过程是从常温加热至烧成温度。首先弄清楚粘土在这温度区间的变化，为研究生坯的烧成打下初步理

17、论基础。粘土在加热过程中发生脱水、分解、析出新晶相等物理化学变化。粘土在烧结过程中的变化包括两个阶段；脱水阶段与脱水后产物的继续转化阶段。脱水阶段100-110湿存水(大气吸附水)与自由水(吸湿水)的排除。110-400其它矿物杂质带入水的排除。400-450晶格水开始缓慢排出(两个OH变为一个H2O，留下一个0)。450-550晶格水快速排出。550-800脱水缓慢下来，到800时排水近于停滞。800-1000残余水排除完毕。上述的脱水过程随粘土的结品程度而异，结晶程度差，分散程度大的，脱水温度有某些降低。脱水过程中，自600开始，高岭石生成偏高岭石。反应式如下：Al203,2Si02.2H

18、20Al203,2Si02+2H20脱水后的产物继续转化阶段脱水后的产物继续转化的起始温度是925，从925开始，偏高岭石转化为由A106)和Si04,构成的尖晶石型新的结构物，反应式如下：2(Al2O32SiO2,)-2Al203,.3Si02+Si025从中可以得出陶粒的烧结温度是由Al203,和2Si02之间的比例决定，但是CaO,MgO,K20,Na2o,Fe203等碱金属和其他金属氧化物具有与Si02,Al203，在较低温度下熔融成玻璃态物质的能力，因此，在分析结果中，如果这类氧化物含量高，可以判断这类粘土易于烧结，烧结温度也低。但如果A1203含量高，而同时K20等碱性成分含量又低

19、，则可以判断这种粘土比较耐火，烧结温度也高。能塑造成型，烧后变得致密坚硬。6通过粘土在不同的温度区域，物理和化学变化各不相同，基本确定陶粒的脱水温度和烧结温度。3.4 样品性能评价样品烧成，自然冷却后先通过外观判断烧结情况：外观呈黑色，易碎属生烧；坯体表面开始出现液相但内部烧结不完全。而烧结成功的样品评价其性能，通过容重、堆积密度、酸碱可溶率、强度和吸水率等指标来判断其性能的高低。4 实验4.1 实验原料4.1.1 印染污泥样品外观呈黑蓝色，有刺鼻异味，含水率为98%。干污泥含碳量为37.2%，浮石含量为55%。试验前对印染污泥进行前处理，流程如图41：印染污泥自然晾干65度干燥24小时224

20、2放入球磨机磨制筛选100目粉粒图4-1 印染污泥预处理处理后的污泥粒度小于100目，其外观见附图4-2图4-2 处理后的印染污泥4.1.2 粘土广州市白云区人和镇，成分如下：SiO2 70.25%、Al2O3 19.5%、Fe2O3 1.25%、K2O 9.29%和Na2O 0.12%，磨制成100目。4.1.3 碎玻璃为在不使陶粒的烧成温度范围变窄的前提下加入适量的碎玻璃作为矿化剂，其目的是降低坯体的烧成温度，起助熔剂的作用，其成分如下：SiO2 71.93%、Al2O3 1.5%、Fe2O3 0.2%、CaO 8.20%、MgO 4%和碱金属 14%，磨制成100目。41.4 木炭粉碳在

21、烧结过程中接触氧气燃烧生成CO2和CO气体逸出，从而在陶粒坯体内形成空隙。由于碳的成本低，有利于实现工业化，磨制成80目。4.2 试验设备与仪器表4-1 实验设备与仪器编号名 称型 号测定范围用 途出厂地1XMCQ-280290瓷衬球磨机XMCQ-280290-磨碎物质武汉探矿机械厂2电热恒温鼓风干燥箱DGG-9053AD-干燥器皿和药品上海森信实验仪器3马弗炉（高温箱式电阻炉）SX2-5-12额定温度1200高温干燥，活化样品上海高益电炉4马弗炉（高温箱式电阻炉）SX2-5-12额定温度1200高温干燥，活化样品上海高益电炉5电子天平BS224S最大量程：220g称量样品北京赛多利斯仪器系统

22、6恒温电炉ES-36060600W加热上海圣欣科学仪器4.3 制备工艺流程及要点粘土印染污泥碎玻璃粉磨粉磨配合料混匀成形烧成冷却成品图4-3 陶粒制备工艺流程(1)粉磨 将印染污泥加入球磨机进行粉磨,粉磨时间与加入量成正比。 (2)混匀 按不同比例将粘土、污泥和其他辅助试剂混匀。(3)和泥 在混合粉末里再加适量水,和匀成泥球。 (4)烧成 将干燥后的生料球放入马弗炉中进行200预热1小时而后将生料球取出放入另一个已预热为900的马弗炉中,保温1小时,而后再在烧成温度1000C下保持15min后取出。(5)冷却 待陶粒完成后膨胀后迅速将其放在电热干燥箱中(不加热),并将干燥箱门打开缓慢冷却至室温

23、。4.4 升温方式的影响因素陶丕先放置在一个已经预热到200C的马弗炉保温1个小时，然后马上拿出来，拿到已经预热到900C的另一个炉子里保温一个小时，再以每秒升温3C加热到1000C，保持15min。200C是为了使其它矿物杂质带入水的排除,烧结过程中坯体在900时保温1小时，其主要目的是在烧成过程中碳在600开始发生氧化反应，但同时亦发生沉碳作用，同时坯体的空隙率较大，吸附作用强，从而使碳沉积在其孔的表面影响碳的燃烧，这一反应在900时终止，因此烧成是以较快的升温速度达到900并保温1小时，使碳粒能充分的燃烧，生成的C02能完全排出。在陶粒的烧成温度下不保温过长的时间是为了防止液相过多的产生

24、，使气孔减少。7表4-2 升温方法及保持时间样品编号200保温时间（min）900保温时间1000保温时间（min）备注1606015有氧2606015有氧3606015有氧4606015有氧5606015有氧6606015有氧7606015无氧8606015无氧9606015无氧4.5 确定基本配料比 印染污泥、粘土和碎玻璃按不同比例混合烧制成的陶粒，在物理性质和化学性质各不相同，通过检验陶粒的强度，容重，堆积密度、HCl可溶率、H2SO4可溶率、NaHO可溶率和烧失率，并对结果分析，确定基本配方，在基本配方加入起泡剂，进一步降低容重。从而最后确定最佳的配方。表4-3 样品配料及烧成温度样品

25、编号粘土（g）污泥（g）碎玻璃（g）烧成温度烧结方式1158051000有氧2208051000有氧32080151000有氧43070151000有氧54060201000有氧61080101000有氧74060201000无氧8208051000无氧91080101000无氧选择配方5、2和6多做无氧烧结是基于：配方5的粘土比例最高，达到33.33%，可以作为极限对比，配方6的粘土比例最小，占10%，也可以作为极限对比。而配方2的粘土比例为19.05%，比例适中，可以作为中间对比。4.6 样品性能测定4.6.1 烧失量精确称准样品焙烧之前的质量m和焙烧之后样品的质量m1烧失量=(m-m1)

26、m 式（4-1）4.6.2 堆积密度和容重固定单位体积容器能容纳试样的质量，称为堆积密度，用g/cm3表示。试样的干燥质量与总体积之比，称为容重，用g/cm3表示。4.6.3 吸水率干燥后陶粒称重后，在水中浸泡24h，取出用湿布擦干表面水滴，马上称重，前后质量增加的量与原重量之比为吸水率。4.6.4 酸碱溶出试验因为陶粒应用环境的差异，故使用相对较高浓度的酸碱溶液，样品在室温下分别在质量分数为10%的盐酸、10%的硫酸和10%的氢氧化钠溶液中浸渍24 h，取出冲洗、在105下干燥24h，测定损失率。4.6.5 强度试验在不同高度下，自由落体，测试破损情况，在陶粒的应用情况，3米自由落体完好无损

27、，强度符合要求。5 结果分析讨论5.1 样品性能测定5.1.1 外形特征9组样品烧成冷却后，观察每组试样的烧结情况， 组分5，7，8表观程黑色，易碎，在0.5米自由落体会破裂，可以判断在100O时坯体基本没有烧成，属生烧。见附图5-1图5-1 生烧的陶粒而组分4、6在1000时坯体表面开始出现液相但内部烧结不完全。见附图5-2图5-2 出现液相但内部烧结不完全的陶粒组分1、2、3、6在1000时坯体烧结完好。见附图5-3图5-3 烧结完全的陶粒分析原因如下：在高温下陶粒成液相，有机物气化气体从内部溢出，客观上增加了热量的传导作用使烧结更充分。而无氧烧结在600C时陶丕表面上发生炭沉淀，在900

28、C下这个过程终结，但是因为在缺氧条件沉淀在陶粒表面上的炭无法燃烧，并且陶丕的有机物无法气化，导致传递热量动力不足，造成陶粒烧结升高。5.1.2 陶粒性能检测组分1、2、3、9的性能: 表5-1 陶粒滤料性能测定结果样品平均粒径（cm）烧成温度（）容重（g/cm）堆积密度（g/cm3）烧失率（%）HCl可溶率（%）H2SO4可溶率（%）NaOH可溶率（%）吸水率（%）10.4910001.200.6335.600.450.0630.6730.2620.7210001.200.4332.826.160.330.8528.0730.7810001.210.5320.246.470.430.1332.

29、1160.7510001.270.5137.366.210.290.5643.84市面0.880.371.850.0500.1724.3表5-2 强度样品编号1m高2 m高3 m高1无破损无破损无破损2无破损无破损有裂痕3无破损无破损无破损6无破损有裂痕破损成两半5.2 结果讨论5.2.1 烧失量干燥的粘土粉末的烧失量仅为0.5左右，主要由于粘土矿物原料脱失所含水分引起，且和泥时加入的水分也会在最终烧成温度下完全失去。研究表明，凹凸棒石在6OO%左右、蒙脱石在700C左右失去所有的水，包括吸附水、沸石水、结合水和结构水；相应失重约15%20%。因此，样品在600700时，失重主要由于黏土矿物原

30、料脱失所含水分引起；8001IO0时，样品重量的损失主要由造孔剂(煤粉)氧化分解引起。所以，因加入和泥的水分不确定，干燥程度的不同也决定了颗粒的含水量不同，所以排除加入的水分的影响，焙烧前后烧失量最主要是由所含的污泥中的有机物的烧失造成的。所以烧失率跟污泥的比例成正比。如图5-4图5-4 烧失率与污泥比例的关系5.2.2 堆积密度和容重理想的陶粒是悬浮在水中，密度在1.0g/cm2，样品经测试，容重均在1.201.27之间，堆积密度在0.390.53间，相对于理想密度偏大一些，与常见的粉煤灰超轻陶粒有所区别，在研究中发现造成密度偏大的原因有以下两个：污泥中含有大量浮石粉末，粉末状浮石空隙较少，

31、堆积密度达到0.7，是造成陶粒容重较大的主要原因。8因实验条件所限，所用马弗炉温度上升较慢，长时间高温下内含有机物完全蒸发烧失，没有气体支持，在粘合剂、助熔剂作用下，液态粘土在表面张力下自然出现一定程度收缩，造成陶粒体积较生料减小，容重无法下降。样品1的容重最接近理想容重，在此基础上加起泡剂可以减小陶粒的容重。5.2.3 吸水率因为陶粒1 h以内的吸水率较快，特别是10 min以内的吸水率增长极快，1 h以后的吸水率增长逐渐缓慢，24 h以后几乎不再增加，即陶粒1整天的吸水率和饱和吸水率相近。经测试，陶粒吸水率与粘土、污泥和碎玻璃的比例有直接关系，样品之间在碎玻璃比例之间相差不超过6%时，印染

32、污泥污泥的比例越高，吸水性越好，见下面曲线图所示：因为，印染污泥富含有机物，在高温煅烧产生CO2、CO增加陶粒的气孔率，使吸附性增强。9另外,污泥比例越大，所含造孔剂（有剂物）和本身有气孔的浮石也越多，所以吸水率也会有所提高。如下图5-5图5-5 吸水率与污泥比例的关系陶粒的吸水率会随着粘土比例的增加下滑，分析原因粘土在烧结过程中，液化流动会堵塞陶粒的气孔，导致气孔率减小，另一方面液态粘土的表面张力大，使陶粒进一步收缩挤压气孔，这都是导致吸水率下降的一个原因。如图5-6图5-6 吸水率与粘土比例的关系5.2.4 酸、碱溶蚀率样品的HCL可溶率在0.445%6.468%之间，H2SO4 可溶率在

33、0.0625%0.426%之间，总的来说，酸溶率较低。由表可见，样品之间在碎玻璃比例相差不超过6%时，随着印染污泥的比例的升高，酸、碱溶率都有所升高。这主要因为污泥中浮石含有一定量的碳酸钙，碳酸钙在较高的温度下可与浮石中的二氧化硅形成硅酸钙，两者在酸性溶液中均能被溶解滤出，尤其是盐酸，另外是因污泥中浮石碳酸钙含量较高。而加入的碎玻璃越多，烧结温度越低，形成的硅酸钙就越少，。在表中可见，酸溶率同时随加入的污泥的量增加而升高。10如下图5-7图5-7 HCl可溶率与污泥比例的关系样品的碱溶蚀率比较低，NaOH可溶率在0.126%0.845%间。样品之间在碎玻璃比例之间相差不超过6%时污泥比例越高，

34、碱的可溶率越高。如图5-8 图5-8 NaOH可溶率与污泥比例的关系5.2.5 强度：制作过程中影响陶粒强度的因素有：粘土含量、烧成温度、烧成时间、生料干燥程度及造粒情况等。因实验条件所限，暂时无法测定各样品陶粒的简压强度，一般来说，粘土含量越高、烧成温度越高、烧成时间越长，烧成的陶粒强度越高。5.3 确定基本配方从容重来看，各组相差不超过5.8%，但所有的配方都不符合要求，稍微偏大。所以要靠发泡剂进一步减低容重，因为发泡剂是木炭，高温下会气化造成孔隙导致陶粒的结构疏松，强度降低。所以在原先的强度必须符合要求，样品2、6的强度不符合要求可以淘汰。样品1、3之间，样品1在容重、酸碱可溶率都要低于

35、样品3，综合考虑样品1可以作为基本配方。5.4 改进陶粒性能措施方案发泡剂是在烧成过程中经过物理和化学变化在陶瓷坯体中产生大量气孔的添加剂。可分为物理发泡剂和化学发泡剂两种，物理发泡剂是指利用发泡物质在烧成过程中的物理变化(如挥发、升华等变化)在坯体中形成气孔。化学发泡剂是利用发泡物质在烧成过程中发生化学变化从而产生气孔。本次实验我选用碳粒为发泡剂，通过碳在烧结过程中燃烧生成CO和CO2气体逸出从而在陶粒坯体内形成空隙。由于碳的成本低，有利于实现工业化。11而起泡剂对于陶粒性能的影响如下。5.4.1 烧失率陶粒烧失量很大程度决定了陶粒的容重、堆积密度等物理性质，12为得到更轻的陶粒需添加发泡剂

36、的含量以增加烧失量；如需得到高强陶粒，可控制烧失量在一定较小范围内，因为陶粒制作中的影响因素众多，需配合其他条件。5.4.2 堆积密度和容重陶粒容重和堆积密度受陶粒中污泥的比例、烧成温度等影响，污泥和粘土的比例一定的时候制备一定容重或堆积密度的陶粒，可调节发泡剂用量。5.4.3 吸水率、吸附性、比表面积陶粒的吸水性越好表示吸附性越好、比表面积越大，陶粒作为滤料的过滤效果越好，作为生物滤膜填料的性能也越好。添加起泡剂后，气孔率会上升，吸水率会上升，吸附性和比表面积都会跟着上升。135.4.4 强度陶粒的强度是衡量滤料性能的一个十分重要依据，起泡剂会增加烧失率，减低强度。综上所述，用下表简单表示各

37、个因素对陶粒性能的影响：表5-3 各个因素对陶粒性能的影响项目正向负向粘土比例多少污泥比例多少烧失率高低容重大小吸水率高低吸附性好差强度高低5.5 确定最佳烧成时间在烧结过程中影响陶粒性能的因素有三个：1. 200C下的脱水过程 ，2. 900C下的气化过程，3. 1000C下的烧结过程。它们影响陶粒性能的程度都跟时间有关系。采用基本配方，探讨最佳的烧结方式。样品10、11、12、13、14、15与样品1配方相同，由粘土15%、污泥80%、碎玻璃5%组成。表5-4 烧结时间样品编号200C加温时间（min）900C加温时间（min）1000C加温时间（min）烧成温度1030601510001

38、145601510001260301510001360451510001460601010001560601210005.6 结果分析样品10、11的配方与样品1相同，都是由粘土15%、印染污泥80%、碎玻璃5%，但烧结方式不同。现先对比它们各自的性能，然后再探讨接下来的配方。样品10、11烧结自然冷却后，观察烧结完全，但陶粒表观上出现裂痕，造成强度下降，在2米高自由落体，破裂成两半，分析原因如下，在烧结过程中，200C排除湿存水(大气吸附水)与自由水(吸湿水)和其它矿物杂质带入水。其它矿物杂质带入水 在200C下需要加温较长时间才能排除。而在未排尽湿存水、 吸湿水和其它矿物杂质带入水，就把样

39、品直接放置在900C的马弗炉里，水在如此高温下，快速沸腾蒸发破坏陶丕的粘结平衡，在还未发生气化和出现液相前，陶丕先行破裂。相对来说，样品1陶粒表观完好，强度高，说明陶丕在200C保温1个小时，已经排除了湿存水、 吸湿水和其它矿物杂质带入水。确定200C的加热时间后，然后确定900C的保温时间，样品12、13烧结自然冷却后，观察坯体表面开始出现液相但内部烧结不完全，有少量黑色物质沉积，分析原因如下：烧成过程中碳在600C开始发生氧化反应，但同时亦发生沉碳作用，同时坯体的空隙率较大，吸附作用强，从而使碳沉积在其孔的表面，影响碳的燃烧，这一反应在900C时终止，在900C，碳粒充分的燃烧，生成的C0

40、2能完全排出，而在900C下保温30min和45min,并不足以使沉积在陶丕表面上的炭和陶丕内部的有机物全部燃烧。样品1烧结完全，说明陶丕在900C保温1个小时，足以气化陶丕中的有机物。确定200C、900C的保温时间后，再确定1000C的保温时间，样品14、15烧结冷却后，观察样品14烧结完全，但强度不足，在2米高自由落体中破碎成两半，样品15，烧结完全，在3米高自由落体毫无损伤。分析原因样品在1000C保温10min陶丕形成的液相不足，导致烧成后陶粒内部结构疏松，强度不够。5.7 结论通过上述的6个样品的比较，确定最佳烧成温度和时间，在200C保温1个小时，拿出来马上放置到另一个已经加热到

41、900C的马弗炉，保温1个小时，然后再以每分钟3C得速度加热到1000C保温12min，烧成后自然冷却。5.8 确定最佳烧成制度表5-5 样品配料样品编号粘土（g）污泥（g）碎玻璃（g）木炭（g）16158053017158052018158051019158055201580532115801552215801535.9 结果分析样品16木炭比例23%，样品17木炭比例16.6%烧成后自然冷却，观察发现全部都变成黄色粉末，见图5-9图5-9 气化过度的陶粒分析原因如下：陶丕的可燃物过多，在高温下气化过于激烈，造成陶粒内部结构疏松，变成粉末。样品18木炭比例9.1%，样品19木炭比例4.8%烧

42、成自然冷却，观察，样品18烧结完全，但强度不高，在1米高自由落体，变成粉末。样品19、20、21和22都烧结完全，强度比较高。表 5-6 陶粒滤料性能测定结果样品平均粒径（cm）烧成温度（）容重（g/cm）堆积密度（g/cm3）烧失率（%）HCl可溶率（%）H2SO4可溶率（%）NaOH可溶率（%）吸水率（%）190.6210001.110.7549.207.440.470.9549.84200.6810001.130.8643.822.160.130.7543.07210.6410001.120.7947.280.830.130.8942.25220.7310001.140.9239.210.520.0830.5440.8410.4910001.200.6335.600.450.0630.6730.26表 5-7强度表样品编号1m高2 m高3 m高19无破损无破损破损成两半20无破损无破损有裂痕21无破损无破损有裂痕22无破损无破损无破损6 确定最佳配方从八个指标中，酸碱可溶率相差不大，可以忽略不计，重点考虑的是容重、吸水率和强度。样品19不仅容重最小而且吸水率最高，但是它强度不足，不能作为理想的曝气生物滤池的填充料，从强度出发，综合考虑容重和吸水率，样品22最适合做曝气生物滤池的填充料。 跟市面上的轻质陶粒的容重0.881.14g/