第10期 刘景明等：由化工脱水污泥烧制陶粒 ,1093 而导致陶粒平均抗压强度从5.35MPa降到3.4烧结温度对陶粒性能的影响 4.18MPa,主要因素一平均磨损率从2.22%上 在陶粒的膨胀温度范围内，产生的气体主要是 升到4.64%.化工污泥与膨润土的比例确定为4：6. C与Fe203的氧化还原反应生成的C02].烧结温 3.3预热时间和预热温度对陶粒性能的影响 度对陶粒的膨胀性有较大的影响，温度过低，烧结陶 预热阶段是对料球进入烧胀阶段的预处理，以 粒得不到足够的膨胀性；温度太高，液相黏度太小， 此来进一步调整生料球的化学组成，主要是降低烧 甚至使料球熔融，束缚不住产生的气体，也得不到好 胀前料球中的碳含量，烧结陶粒的烧胀程度和强度 的膨胀，如图2(c)所示.在造孔剂为5%时，烧结温 与产品中残留碳的含量有关，碳与Fe203的比值为 度从1100℃升至1180℃的过程中，在1140℃时具 0.5时，陶粒的烧胀度为2倍2]，碳含量越多，陶粒 有最佳的主要因素一平均比表面积6.49m2g1、 的强度越低1].预热时间不足，料球中含碳量高； 平均抗压强度5.69MPa和平均表观密度 预热时间过长，料球含碳量低，会影响陶粒在膨胀过 1,25gcm-3.这是因为在1100℃时，料球开始软 程中产生的气体量，从而影响陶粒的膨胀性，在造 化并形成液相，逐渐能束缚住产生的气体，从而形成 孔剂为5%时，预热时间从20min增加到30min的 孔隙，随着温度逐渐升高，产生的液相增多，陶粒孔 条件下，主要因素一平均抗压强度和比表面积分 隙趋于均匀；而当温度超过1140℃时，液相黏度不 别从4.82MPa上升到5.68MPa及从5.85m2g1 断下降，料球部分熔融，液相已不能很好地束缚住产 增加到6.12m2g1;而预热时间增加到50min的 生的气体，部分孔隙连通，形成的孔隙大小不一，致 条件下，平均比表面积降低到5.08m2g1,平均抗 使陶粒的膨胀性不好，从而影响了陶粒的各项性能， 压强度降低到4.32MPa·可以看出，实验得出的最 图2分别为陶粒微观结构的扫描电镜(SEM)和成 佳预热时间为30min,在所选用的预热温度400~ 品照片，图2(a)和(b)为最佳工艺条件下陶粒表面 550℃范围内，预热温度对陶粒性能没有太大影响， 和断面的SEM照片，从照片中可以观察到陶粒表 从图1可知，在400~550℃的范围内，造孔剂基本 面粗糙多孔，内部有许多孔隙，且大小比较均匀； 还没有分解，而化工污泥中有机物基本分解完全， 图2(c)是烧结温度为1180℃的陶粒断面SEM照 从经济的角度若虑洗400℃. 片，与图2(b)相比，陶粒的孔隙虽然也较多，但大小 a (b) 200um 200um 200um Icm 图2陶粒表面、断面和成品照片.(a)1140℃陶粒表面；(b)1140℃陶粒断面：(c)1180℃陶粒断面：()陶粒成品 Fig.2 Images of the exterior.interior and finished product of aggregates:(a)SEM image of the exterior fired at 1140C:(b)SEM image of the interior fired at 1140C:(e)SEM image of the interior fired at 1180C:(d)image of finished aggregates而导 致 陶 粒 平 均 抗 压 强 度 从 5∙35 MPa 降 到 4∙18MPa‚主要因素－－－平均磨损率从2∙22％上 升到4∙64％．化工污泥与膨润土的比例确定为4∶6． 3∙3 预热时间和预热温度对陶粒性能的影响 预热阶段是对料球进入烧胀阶段的预处理‚以 此来进一步调整生料球的化学组成‚主要是降低烧 胀前料球中的碳含量．烧结陶粒的烧胀程度和强度 与产品中残留碳的含量有关‚碳与 Fe2O3 的比值为 0∙5时‚陶粒的烧胀度为2倍［12］‚碳含量越多‚陶粒 的强度越低［13］．预热时间不足‚料球中含碳量高； 预热时间过长‚料球含碳量低‚会影响陶粒在膨胀过 程中产生的气体量‚从而影响陶粒的膨胀性．在造 孔剂为5％时‚预热时间从20min 增加到30min 的 条件下‚主要因素－－－平均抗压强度和比表面积分 别从4∙82MPa 上升到5∙68MPa 及从5∙85m 2·g －1 增加到6∙12m 2·g －1 ；而预热时间增加到50min 的 条件下‚平均比表面积降低到5∙08m 2·g －1‚平均抗 压强度降低到4∙32MPa．可以看出‚实验得出的最 佳预热时间为30min．在所选用的预热温度400～ 550℃范围内‚预热温度对陶粒性能没有太大影响‚ 从图1可知‚在400～550℃的范围内‚造孔剂基本 还没有分解‚而化工污泥中有机物基本分解完全． 从经济的角度考虑选400℃． 3∙4 烧结温度对陶粒性能的影响 在陶粒的膨胀温度范围内‚产生的气体主要是 C 与 Fe2O3 的氧化还原反应生成的 CO ［12］．烧结温 度对陶粒的膨胀性有较大的影响‚温度过低‚烧结陶 粒得不到足够的膨胀性；温度太高‚液相黏度太小‚ 甚至使料球熔融‚束缚不住产生的气体‚也得不到好 的膨胀‚如图2（c）所示．在造孔剂为5％时‚烧结温 度从1100℃升至1180℃的过程中‚在1140℃时具 有最佳的主要因素－－－平均比表面积6∙49m 2·g －1、 平 均 抗 压 强 度 5∙69 MPa 和 平 均 表 观 密 度 1∙25g·cm －3．这是因为在1100℃时‚料球开始软 化并形成液相‚逐渐能束缚住产生的气体‚从而形成 孔隙‚随着温度逐渐升高‚产生的液相增多‚陶粒孔 隙趋于均匀；而当温度超过1140℃时‚液相黏度不 断下降‚料球部分熔融‚液相已不能很好地束缚住产 生的气体‚部分孔隙连通‚形成的孔隙大小不一‚致 使陶粒的膨胀性不好‚从而影响了陶粒的各项性能． 图2分别为陶粒微观结构的扫描电镜（SEM）和成 品照片．图2（a）和（b）为最佳工艺条件下陶粒表面 和断面的 SEM 照片‚从照片中可以观察到陶粒表 面粗糙多孔‚内部有许多孔隙‚且大小比较均匀； 图2（c）是烧结温度为1180℃的陶粒断面 SEM 照 片‚与图2（b）相比‚陶粒的孔隙虽然也较多‚但大小 图2 陶粒表面、断面和成品照片．（a）1140℃陶粒表面；（b）1140℃陶粒断面；（c）1180℃陶粒断面；（d） 陶粒成品 Fig．2 Images of the exterior‚interior and finished product of aggregates：（a） SEM image of the exterior fired at1140℃；（b） SEM image of the interior fired at 1140℃；（c） SEM image of the interior fired at 1180℃；（d） image of finished aggregates 第10期 刘景明等： 由化工脱水污泥烧制陶粒 ·1093·