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第10期 刘景明等：由化工脱水污泥烧制陶粒 ,1091 化工污泥为原料，制备废水处理填料，既为化工污泥 材料的主要化学成分见表1.造孔剂是一种来源广 的处理开辟了新途径，又可为陶粒的制作寻找到了 泛和价格低廉的工业原料，此外，在含水率为 新的有效的添加原料 60%~80%的化工污泥中，还含有大量致癌、致突变 1实验材料与方法 和致畸的物质，如苯并蒽57.48mgkg、苯并芘 1.76mgkg1、芴56.53mgkg、菲13.71mg· 1.1实验原材料和设备 kg1、芘9.44mgkg1;重金属铜397.44mgkg1、 (1)膨润土为吉林省九台市钙质膨润土，外观呈 铅33.52mgkg1、锌146.36mgkg1和锰40.68 灰白色.化工污泥为吉林化学工业公司污水处理厂 -1 mgkg· 初沉池的综合化工脱水污泥，外观呈黑色，这两种 表1原料的化学成分 Table 1 Chemical composition of materials 质量分数/% 烧失 原材料 SiO2 Al203 Fe203 Ca0 Mgo Kz0十Na20 量/% 化工污泥 30.18 14.76 9.05 5.42 1.81 2.96 34.75 膨润土 62.21 20.60 2.82 2.2 3.42 0.74 7.150 (2)主要设备有S一3000N型扫描电镜(SEM)、 制出符合要求的陶粒.根据国内外学者研究的具有 HY920YC万能材料试验机、SRUX一4-13高温箱形 高膨张性能陶粒的原料化学组成成分[门，按污泥与 电阻炉、Y802A八篮恒烘箱和STA409红外热重分 膨润土为2：8、3：7、4：6、5：5的比例，并掺入了5% 析仪 的造孔剂制成料球，经干燥后，在相同的预热时间及 1.2实验方法 预热温度下分别升温至1100,1150及1200℃进行 工艺流程：原料预处理、称量、搅拌、造粒、烘干、 烧制实验，冷却后取出，1200℃烧制的陶粒粘结成 预热、高温焙烧和成品，陶粒的性能测试包括堆积 块，不能分开，出现过烧现象，为了实现利用化工污 密度、表观密度、比表面积、筒压强度及磨损率等，性 泥作为添加剂与膨润土烧出适合废水处理和质量优 能测定方法按行业方法].烧制成型过程：将化工 异的陶粒，尽可能减少各种助剂的添加，在进行配 脱水污泥、助剂和膨润土的混合料制成粒径为3 方设计时，主要考虑了以下几点， 6mm的生料球，先经温度约105℃的烘箱内干燥约 (1)根据废水生物滤池对陶粒填料的要求，填料 1~2h,再移入高温电阻炉中升温至400~550℃，时 性能应该是堆积密度、表观密度和磨损率较小，以及 间约为20~50min,再经过2h,逐渐升温至焙烧温 比表面积和筒压强度较大， 度1100~1200℃，维持10min,期间瞬时开启炉门 (2)为了使陶粒获得良好膨胀，一般要求陶粒原 几次，以供氧气给炉内，烧制过程历时约5h,可制 料中的烧失量达4%~13%，有机质含量2%~5%， 得球形陶粒填料 一般陶粒厂的主原料达不到上述要求，都要掺加适 量有机质材料，主要有重油、废机油、渣油、煤粉或木 2配方、工艺设计和实验结果 屑等8].化工污泥中有机质含量很高，在满足废水 配方探索试验是按照Riley和Wilson提出的适 处理陶粒制作标准的情况下，尽可能多用化工污泥， 合烧成陶粒粘土化学组成进行的，其范围为]： 提高环境效益 Si02,53%~79%;A203,12%26%;氧化物熔剂 (3)一般认为，烧制陶粒的物料要膨胀必须具备 两个基本条件：一是料球在膨胀温度下能够产生适 ∑(Ca0+Mg0十Fez03+Na0+K20),8%~ 当的黏度和表面张力；二是与此同时产生足够的气 24%.膨润土的化学成分符合R&W范围，化工污 体町.混合料的膨胀是铁和碳发生氧化还原反应的 泥不在上述范围内，将化工污泥和膨润土分别制成 结果，其膨胀气体是氧化还原反应的产物CO2和 粒径为3~6mm的生料球，经过烧制成型过程后， C0.必须设定一定中间温度，去除有机物或碳原 化工污泥制成的陶粒收缩明显，成焦碳状，不具有烧 子，增加发泡剂和〉氧化物熔剂. 胀性；膨润土制成的陶粒表面成灰白色，稍有裂纹， (4)化工污泥的烧失量较高，说明内含的有机物 也不具有烧胀性.实验结果表明单一的原料无法烧 量较大，有一定的热值，这对于烧制过程中烧成温度化工污泥为原料制备废水处理填料既为化工污泥 的处理开辟了新途径又可为陶粒的制作寻找到了 新的有效的添加原料． 1 实验材料与方法 1∙1 实验原材料和设备 （1）膨润土为吉林省九台市钙质膨润土外观呈 灰白色．化工污泥为吉林化学工业公司污水处理厂 初沉池的综合化工脱水污泥外观呈黑色．这两种 材料的主要化学成分见表1．造孔剂是一种来源广 泛和 价 格 低 廉 的 工 业 原 料．此 外在 含 水 率 为 60％～80％的化工污泥中还含有大量致癌、致突变 和致畸的物质如苯并蒽57∙48mg·kg －1、苯并芘 1∙76mg·kg －1、芴 56∙53mg·kg －1、菲 13∙71mg· kg －1、芘9∙44mg·kg －1 ；重金属铜397∙44mg·kg －1、 铅33∙52mg·kg －1、锌146∙36mg·kg －1和锰40∙68 mg·kg －1． 表1 原料的化学成分 Table1 Chemical composition of materials 原材料 质量分数／％ SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O＋Na2O 烧失 量／％ 化工污泥 30∙18 14∙76 9∙05 5∙42 1∙81 2∙96 34∙75 膨润土 62∙21 20∙60 2∙82 2∙2 3∙42 0∙74 7∙150 （2）主要设备有 S－3000N 型扫描电镜（SEM）、 HY－920YC 万能材料试验机、SRJX－4－13高温箱形 电阻炉、Y802A 八篮恒烘箱和 STA409红外热重分 析仪． 1∙2 实验方法 工艺流程：原料预处理、称量、搅拌、造粒、烘干、 预热、高温焙烧和成品．陶粒的性能测试包括堆积 密度、表观密度、比表面积、筒压强度及磨损率等性 能测定方法按行业方法［5］．烧制成型过程：将化工 脱水污泥、助剂和膨润土的混合料制成粒径为3～ 6mm的生料球先经温度约105℃的烘箱内干燥约 1～2h再移入高温电阻炉中升温至400～550℃时 间约为20～50min再经过2h逐渐升温至焙烧温 度1100～1200℃维持10min期间瞬时开启炉门 几次以供氧气给炉内．烧制过程历时约5h可制 得球形陶粒填料． 2 配方、工艺设计和实验结果 配方探索试验是按照 Riley 和 Wilson 提出的适 合烧成陶粒粘土化学组成进行的其范围为［6］： SiO253％～79％；Al2O312％～26％；氧化物熔剂 ∑（CaO ＋ MgO ＋Fe2O3＋ Na2O ＋ K2O）8％～ 24％．膨润土的化学成分符合 R＆W 范围化工污 泥不在上述范围内．将化工污泥和膨润土分别制成 粒径为3～6mm 的生料球经过烧制成型过程后 化工污泥制成的陶粒收缩明显成焦碳状不具有烧 胀性；膨润土制成的陶粒表面成灰白色稍有裂纹 也不具有烧胀性．实验结果表明单一的原料无法烧 制出符合要求的陶粒．根据国内外学者研究的具有 高膨胀性能陶粒的原料化学组成成分［7］按污泥与 膨润土为2∶8、3∶7、4∶6、5∶5的比例并掺入了5％ 的造孔剂制成料球经干燥后在相同的预热时间及 预热温度下分别升温至11001150及1200℃进行 烧制实验．冷却后取出1200℃烧制的陶粒粘结成 块不能分开出现过烧现象．为了实现利用化工污 泥作为添加剂与膨润土烧出适合废水处理和质量优 异的陶粒尽可能减少各种助剂的添加．在进行配 方设计时主要考虑了以下几点． （1）根据废水生物滤池对陶粒填料的要求填料 性能应该是堆积密度、表观密度和磨损率较小以及 比表面积和筒压强度较大． （2）为了使陶粒获得良好膨胀一般要求陶粒原 料中的烧失量达4％～13％有机质含量2％～5％ 一般陶粒厂的主原料达不到上述要求都要掺加适 量有机质材料主要有重油、废机油、渣油、煤粉或木 屑等［8］．化工污泥中有机质含量很高在满足废水 处理陶粒制作标准的情况下尽可能多用化工污泥 提高环境效益． （3）一般认为烧制陶粒的物料要膨胀必须具备 两个基本条件：一是料球在膨胀温度下能够产生适 当的黏度和表面张力；二是与此同时产生足够的气 体［9］．混合料的膨胀是铁和碳发生氧化还原反应的 结果其膨胀气体是氧化还原反应的产物 CO2 和 CO．必须设定一定中间温度去除有机物或碳原 子增加发泡剂和 ∑ 氧化物熔剂． （4）化工污泥的烧失量较高说明内含的有机物 量较大有一定的热值这对于烧制过程中烧成温度 第10期 刘景明等： 由化工脱水污泥烧制陶粒 ·1091·