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烧结温度对陶粒性能的影响

来源:
郑州德森环境科技有限公司
日期:
2019年11月28日
作为污水处理工艺的副产物,污泥的产量随污水处理规模的增长而日益增多。污泥的处理处置一直是个难题,如处置不当易造成二次污染。污水污泥与河道底泥为原料制备轻质陶粒,烧结温度对陶粒的,性能和备制起着至关重要的作用。

在烧制陶粒的过程中,温度是推动烧结进行的主要动力,烧结温度的高低直接影响陶粒样品的性能。在一般情况下,温度每升高10℃时,化学反应速度会平均增加2-3倍。而硅酸盐反应在温度每升高100℃才增加约3倍。在陶粒烧结过程中,硅酸盐物质通过物化反应形成硅酸盐或硅铝酸盐晶体所消耗的化学能会较高,需要更强的动力去推动反应完成,因而需要较高的温度作为驱动力。陶粒烧结依次经过颗粒间的键合、颗粒重排、传质、溶解沉淀、致密化的过程,随烧结温度的升高,陶粒的烧结首先开始于颗粒间的键合。由于固体表面具有粘附作用,且污泥原料因其粒度比较小,比表面积较大,比表面能高,粘附力更为显著。随后液相的出现促进了颗粒间重排和传质的过程,通过重排原子和晶面滑移来实现质点传移,促使颗粒空隙减少。随温度的继续升高,固体粘附力使陶粒中的固体颗粒在接触处产生微小塑性变形,这种变形使接触面积增大,继而使粘附力继续增大,因而获得更大的变形。温度进一步升高,将产生更多的液相,内部熔融体含量越来越多,逐渐弥补颗粒之间的空隙,陶粒内部产生的气体不能再从空隙中排出,在陶粒内部逐渐比微小的、独立的密封圆孔。同时陶粒的表面逐渐形成微玻璃化现象,使陶粒烧结体的致密度增加,表面空隙逐渐减少,此时陶粒的吸水率逐渐下降。当烧结温度达到1200℃后,烧制出来的陶粒样品会出现塌陷,甚至融化黏连的现象。这正是因为随温度的升高,炉内污泥原料所产生的蒸汽压力增高,物质扩散系数增大,产生的液相增多,在熔融温度范围内,粘度随温度的升高呈下降趋势,导致样品出现变形,大量的陶粒颗粒黏连在一起。
污水污泥为原料制备陶粒,通过对原料的热力性质和陶粒物理性能的表征研究表明,烧结温度达到950℃以上时,晶体可定型,陶粒物理性能佳时的烧结温度为1100℃。研究结果对污泥资源化以及寻求一种符合可持续发展的污泥处理处置方法具有重要的意义。

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