污泥制陶粒技术可行性分析与烧结机理研究
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烧绪时同／ｍｉｎ：Ｉ一１５；２—３０；３—４５ 图３烧结体抗压强度变化情况
Ｆｉｇ．３ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｆｏｒ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
陶粒轻骨料最重要的建材指标是吸水率和抗压 强度．研究结果表明，利用单一污泥烧结陶粒轻骨 料，在烧结温度为１ ０５０℃，烧结时间为３０ ｍｉｎ时， 烧结体的建材性能显著提高，吸水率满足建材标准 耍求，但抗压强度仍达不到建材标准要求．污泥烧 结陶粒轻骨料需要解决的技术难点是提高烧结体的 抗压强度． ２．２烧结过程结构形态变化分析
目前，污泥处理处置技术主要有填埋、焚烧、制 建材和堆肥等¨。２】．污泥烧结制陶粒轻骨料建材技 术通过高温烧结除臭灭菌，具有处理处置污泥和节 约黏土等不可再生资源的双重优点，已成为污泥处 理处置领域的一大热点Ⅲ－．
污泥陶粒最早由Ｎａｋｏｕｚｉ等ｂ ｏ提出．目前的研 究主要集中在污泥作为陶粒烧制中的有机物添加
ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ
ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｉｔ Ｗａｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｈａｙｄｉｔｅ ｂｙ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｋｓ：ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ；ｈａｙｄｌｔｅ；ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ｃｒｙｓｔａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ；ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｗａｓｔｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１２，Ｃｈｉｎａ ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ
烧结体１ ｈ吸水率变化（见图２）显示，１ ｈ吸水 率随烧结温度的升高而降低．烧结温度低于 １ ０２０℃，烧结体的１ ｈ吸水率为１７％一４８％，达不 到轻集料国家标准ｎ２１中８００级轻集料所要求的小 于８％的要求；烧结温度高于１ ０５０ ｏＣ，烧结体的１ ｈ 吸水率明显降低（低于２％）．由此可得出，利用污泥 烧结轻骨料所需烧结温度应不低于１ ０５０ ｏＣ．
Ａｓ
３ ６１０ ２１．４
ｃｄ
３．４
Ｃｒ
１６．０
ｔｏ／（ｎａｇ·ｋｇ。） ｃｕ
８４．６
Ｎｉ
１３．３
Ｐｂ
ｌ ０７９．６
Ｚｎ
４００．８
项目
∞，（有机物”），％
ｓｉ０２
他０３ 如０３
ｗ／％
ＣＢＯ ＭｓＯ Ｐ２ ０５
Ｎａ２０ Ｋ２０
数值
６０．９ ２４．３７ ７．９５ ６．０９
ｌＯ．鹋
１０．６９
３２．粥
０．３４ ５．３３
万方数据
烧结时间／ｒａｉｎ：１—１５；２—３０；３—４５ 图２烧结体吸水率变化情况 Ｆｉｇ．２ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
图２还显示，当烧结温度为１ ０５０℃，烧结时间 从１５ ｍｉｎ增加到３０ ｍｉｎ时，１ ｈ吸水率降低了１１％， 而烧结时间从３０ ｍｉｎ增加到４５ ｍｉｎ时，１ ｈ吸水率 仅降低了０．３％．可见，烧结时间为３０ ｍｉｎ时烧结反 应已基本完成．因此，以下研究主要基于３０ ｒａｉｎ的 烧结时间进行． ２．１．２烧结体抗压强度
ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｒａｃｋｉｎｇ．Ｑｕａｎｚ（Ｓｉ０２），ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ（２ＣａＯ。Ａ１２０３’Ｓｉ０２），ｃａｌｃｉｕｍ
ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ＴＣａＯ。２ＭｇＯ’３Ｐ２ ０５）ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ＡＩＩⅪ４）ｗｅｒｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｄｕｅ ｔｏ ｌｌｉｇｈ
ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ，ｉｔ Ｗａｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｓ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ
ｓｔ嗍，ｔｈ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ；ｔｈｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ
．一，
摘要：研究了污泥烧结陶粒轻骨料的建材性能，分析了污泥制陶粒轻骨料的技术可行性和存在的难题，并从烧结过程的结构
形态变化和晶体相反应机理角度讨论了可行的解决办法．结果表明，当烧结温度为１ ０５０℃，烧结时间为３０ ｒａｉｎ时，烧结体的
内部产生熔融液相导致烧结体收缩致密化，建材性能显著提高，但抗压强度仍达不到建材标准要求．其主要原因是污泥中的
图４显示了不同烧结温度下烧结体的微观结构 电镜照片．
图４不同温度下烧结体ＳＥＭ图
Ｆｉｇ．４ ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
随着温度的升高，烧结体内部形态发生了很大 的变化．由图４（ａ）和（ｂ）可见，在８００和１ ０００ ｏＣ下
万方数据
烧结体明显呈现颗粒的松散堆积状态，烧结反应没 有进行．１ ０５０℃下，部分熔融出现，产生了少量液 相，液相的作用使晶粒间互相黏结，烧结体致密化， 因此，相比黏土和粉煤灰高达Ｉ ３００℃的烧结温度， 污泥的烧结温度更低，污泥烧结陶粒轻骨料将有效 降低烧结温度，节约烧结能耗．此外，颗粒间的黏结 导致烧结体内部的微孔聚集，产生部分气孔．当烧 结温度提高到ｌ ０８０℃时，液相增多，微孔气泡进一 步聚集，产生较大的孔洞．
１）干基．
污泥烧结试验装置主要由温控仪、管式烧结炉、
气体冷却洗涤装置、流量计和真空泵等构成（见 图１）．
破碎时直接读取最大受力值和抗压强度． 坯体及烧结体的微观结构观察采用扫描电子显
微镜（ＳＥＭ）进行直观分析，ＳＥＭ是科仪ＫＹＫＹ２０００ 型，二次电子像点分辨率为６ ｎｌｎ，放大倍数１５— １００ ０００倍．
１ ０５０℃，ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｂｅｇａｎ ｔＯ ｍｅｌｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ；ｈｏｗｅｖｅｒ。ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓ Ｗａｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｍｕｃｈ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｖｏｌａｔｉｌｉｚｅｄ ｗｈｅｎ
试验用污泥样品为北京某污水处理厂机械脱水
万方数据
第６期
王兴润等：污泥制陶粒技术可行性分析与烧结机理研究
８ｌ来自百度文库
污泥，其基本特性如表１所示．
Ｔａｂｌｅ Ｉ
衰１污泥样品基本特性
Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｕｄｇｅ ｓａｍｐｌｅ
项目
数值
含水率／％８０．６
热值１’，（ｋｃａｌ·ｋｇ“）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｔｏ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｈａｙｄｉｔｅ。ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ
ｔｈｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｂｙ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｒｃＢｃｔｉＯｌｌｇ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌａｓｔｅｄ ３０ ｒａｉｎ ａｔ
第２ｌ卷第６期
环境科学研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
Ｖ０１．２１，Ｎｏ．６。２００８
污泥制陶粒技术可行性分析与烧结机理研究
王兴润１，金宜英２，聂永丰２，李 丽１，王 琪１
１．中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所，北京 １０００１２
２．清华大学环境科学与工程系，北京１０００８４
抗压强度是利用污泥制陶粒轻骨料建材的必要 条件．图３显示了不同烧结温度和烧结时间的抗压 强度试验结果．烧结温度是抗压强度的决定性因 素，由图３可见，烧结体抗压强度在１ ０２０～
８２
环境科学研究
第２ｌ卷
１ ０５０ ｏＣ增加显著，从４．４ ＭＰａ增加到１０．０ ＭＰａ，但 烧结体的抗压强度还不能满足轻骨料的１５．０ ＭＰａ 指标的要求…川．
产品的建材性能分析了１ ｈ吸水率和抗压强度 ２个指标：
ｌ ｈ吸水率： ０＝（ｍｌ—ｍｏ）／ｍｏ×１００９易
式中，口为１ ｈ吸水率，％；ｍ．为烧结体在水中浸泡 １ ｈ后的质量，ｇ；ｍ。为烧结体浸泡前的质量，ｇ．
ｒ抗压强度（Ｐ）：微机控制电子万能试验机 （ｗＤｗ一５０型，长春试验机厂）测试．试验方法是将 烧结体放置于单轴抗压平台予以缓慢加压，当试体
有机物含量较高，烧结过程中有机物的挥发导致烧结体内部产生较大孔隙，使产品开裂．污泥烧结体中的主要晶体相是石英、
钙黄长石、钙镁磷酸盐和磷酸铝，污泥中磷的含量很高，因此，可添加高铝无机材料促进钙镁磷酸盐和磷酸铝高强晶体相的形
成，提高烧结体抗压强度，经调质后利用污泥烧结陶粒轻骨料技术町行．
关键词：污泥；陶粒；烧结；晶体相反应；内部结构
收稿日期：２０３６—０９—０１
修订日期：２００８—０９—０３
基金项目：国家。十一五”科技支撑计划项目（２００６ＢＡＣ０２Ａ１９。
２００７ＢＡＣｌ６８０３）
作者简介：王兴润（１９８１一）。男，江苏姜堰人，博士．主要从事固体废
物处理处置技术研究，ｘｉｎｇｍｎｗａｎｇ＠印ｌａｉｌ．ｃｏｌｌａ．
．
剂，其使用量少，只有１０％左右旧引，不能达到大规 模处理处置污泥的目的．如果掺加比高于１０％，由 于水和有机物的释放，产品表现为多孔、松散的结 构，达不到建材标准的要求悟¨’．因此，如何提高污 泥掺加比是目前需要解决的主要问题．笔者通过分 析不同烧结温度下烧结体的建材特性，研究污泥烧 结轻骨料的技术可行性及存在的难题；通过对烧结 体的矿物学特性和微观结构的分析，研究污泥的烧 结机理，探讨解决污泥烧结技术难题的办法． １材料与方法 １．１试验样品和装置
中图分类号：Ｘ７０５
文献标志码：Ａ
文章编号：１００１—６９２９（２００８）０６—００８０—０５
Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｅｗａｇｅ Ｓｌｕｄｇｅ ｉｎ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ
Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ａｇｇｒｅｇａｔｅ
。
ＷＡＮＧ Ｘｉｎｇ—ｌＵｌｌｌ，ＪＩＮ Ｙｉ—ｙｉｎ９２，ＮＩＥ Ｙｏｎｇ－ｆｅｎ９２，ＬＩ Ｌｉｌ，ＷＡＮＧ Ｑｉｌ
烧结体的建材性能在１ ０２０～１ ０５０℃发生突变 的主要原因是，熔融液相的产生和致密化的作用；同 时，烧结体的抗压强度不能达标的主要原因是，污泥 中有机物含量很高，有机物的挥发导致烧结体孔隙 率增大，熔融液相的作用下，颗粒聚集形成大孔隙和 烧结体变形开裂．
Ｆｉｇ．Ｉ
圈１烧结试验装置示意图
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄｅｖｉｃｅ
１．２试验步骤 将从污水处理厂取回的脱水污泥在１０５℃下烘
干２４ ｈ，粉碎直至过４５ ｍｎａ筛，８ ＭＰａ粉末加压成直 径２０．４ ｍｍ，高１４ ｍｌｌａ的坯体，分别在９５０，１ ０００， １ ０２０，１ ０５０和１ ０８０℃下烧结１５，３０和４．５ ｍｉｎ，冷却 至室温后得到烧结体．烧结过程控制升温速率 ９ ｏＣ／ｍｉｎ，并在４２０℃停留２０ ｍｉｎ． １．３分析方法
坯体及烧结体的无机矿物形态采用ｘ射线衍 射仪（Ｒｉｇａｋｕ Ｄ／ｍａｘ—ＲＢ型）分析． ２结果与讨论 ２．１烧结体建材性能分析 ２．１．１烧结体吸水率
烧结体的品质与吸水率有重要关系，烧结体的 吸水率高，水被吸进烧结体后，烧结体会产生一定的 膨胀，容易使烧结体因膨胀而龟裂，抗压强度下降． 烧结体的吸水率是表征烧结体质量的重要指标 之一．
Ｆｉｇ．３ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｆｏｒ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
陶粒轻骨料最重要的建材指标是吸水率和抗压 强度．研究结果表明，利用单一污泥烧结陶粒轻骨 料，在烧结温度为１ ０５０℃，烧结时间为３０ ｍｉｎ时， 烧结体的建材性能显著提高，吸水率满足建材标准 耍求，但抗压强度仍达不到建材标准要求．污泥烧 结陶粒轻骨料需要解决的技术难点是提高烧结体的 抗压强度． ２．２烧结过程结构形态变化分析
目前，污泥处理处置技术主要有填埋、焚烧、制 建材和堆肥等¨。２】．污泥烧结制陶粒轻骨料建材技 术通过高温烧结除臭灭菌，具有处理处置污泥和节 约黏土等不可再生资源的双重优点，已成为污泥处 理处置领域的一大热点Ⅲ－．
污泥陶粒最早由Ｎａｋｏｕｚｉ等ｂ ｏ提出．目前的研 究主要集中在污泥作为陶粒烧制中的有机物添加
ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ
ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｉｔ Ｗａｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｈａｙｄｉｔｅ ｂｙ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｋｓ：ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ；ｈａｙｄｌｔｅ；ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ｃｒｙｓｔａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ；ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｗａｓｔｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１２，Ｃｈｉｎａ ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ
烧结体１ ｈ吸水率变化（见图２）显示，１ ｈ吸水 率随烧结温度的升高而降低．烧结温度低于 １ ０２０℃，烧结体的１ ｈ吸水率为１７％一４８％，达不 到轻集料国家标准ｎ２１中８００级轻集料所要求的小 于８％的要求；烧结温度高于１ ０５０ ｏＣ，烧结体的１ ｈ 吸水率明显降低（低于２％）．由此可得出，利用污泥 烧结轻骨料所需烧结温度应不低于１ ０５０ ｏＣ．
Ａｓ
３ ６１０ ２１．４
ｃｄ
３．４
Ｃｒ
１６．０
ｔｏ／（ｎａｇ·ｋｇ。） ｃｕ
８４．６
Ｎｉ
１３．３
Ｐｂ
ｌ ０７９．６
Ｚｎ
４００．８
项目
∞，（有机物”），％
ｓｉ０２
他０３ 如０３
ｗ／％
ＣＢＯ ＭｓＯ Ｐ２ ０５
Ｎａ２０ Ｋ２０
数值
６０．９ ２４．３７ ７．９５ ６．０９
ｌＯ．鹋
１０．６９
３２．粥
０．３４ ５．３３
万方数据
烧结时间／ｒａｉｎ：１—１５；２—３０；３—４５ 图２烧结体吸水率变化情况 Ｆｉｇ．２ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
图２还显示，当烧结温度为１ ０５０℃，烧结时间 从１５ ｍｉｎ增加到３０ ｍｉｎ时，１ ｈ吸水率降低了１１％， 而烧结时间从３０ ｍｉｎ增加到４５ ｍｉｎ时，１ ｈ吸水率 仅降低了０．３％．可见，烧结时间为３０ ｍｉｎ时烧结反 应已基本完成．因此，以下研究主要基于３０ ｒａｉｎ的 烧结时间进行． ２．１．２烧结体抗压强度
ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｒａｃｋｉｎｇ．Ｑｕａｎｚ（Ｓｉ０２），ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ（２ＣａＯ。Ａ１２０３’Ｓｉ０２），ｃａｌｃｉｕｍ
ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ＴＣａＯ。２ＭｇＯ’３Ｐ２ ０５）ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ＡＩＩⅪ４）ｗｅｒｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｄｕｅ ｔｏ ｌｌｉｇｈ
ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ，ｉｔ Ｗａｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｓ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ
ｓｔ嗍，ｔｈ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｈｉｇｈ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ；ｔｈｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ
．一，
摘要：研究了污泥烧结陶粒轻骨料的建材性能，分析了污泥制陶粒轻骨料的技术可行性和存在的难题，并从烧结过程的结构
形态变化和晶体相反应机理角度讨论了可行的解决办法．结果表明，当烧结温度为１ ０５０℃，烧结时间为３０ ｒａｉｎ时，烧结体的
内部产生熔融液相导致烧结体收缩致密化，建材性能显著提高，但抗压强度仍达不到建材标准要求．其主要原因是污泥中的
图４显示了不同烧结温度下烧结体的微观结构 电镜照片．
图４不同温度下烧结体ＳＥＭ图
Ｆｉｇ．４ ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
随着温度的升高，烧结体内部形态发生了很大 的变化．由图４（ａ）和（ｂ）可见，在８００和１ ０００ ｏＣ下
万方数据
烧结体明显呈现颗粒的松散堆积状态，烧结反应没 有进行．１ ０５０℃下，部分熔融出现，产生了少量液 相，液相的作用使晶粒间互相黏结，烧结体致密化， 因此，相比黏土和粉煤灰高达Ｉ ３００℃的烧结温度， 污泥的烧结温度更低，污泥烧结陶粒轻骨料将有效 降低烧结温度，节约烧结能耗．此外，颗粒间的黏结 导致烧结体内部的微孔聚集，产生部分气孔．当烧 结温度提高到ｌ ０８０℃时，液相增多，微孔气泡进一 步聚集，产生较大的孔洞．
１）干基．
污泥烧结试验装置主要由温控仪、管式烧结炉、
气体冷却洗涤装置、流量计和真空泵等构成（见 图１）．
破碎时直接读取最大受力值和抗压强度． 坯体及烧结体的微观结构观察采用扫描电子显
微镜（ＳＥＭ）进行直观分析，ＳＥＭ是科仪ＫＹＫＹ２０００ 型，二次电子像点分辨率为６ ｎｌｎ，放大倍数１５— １００ ０００倍．
１ ０５０℃，ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｂｅｇａｎ ｔＯ ｍｅｌｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ；ｈｏｗｅｖｅｒ。ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓ Ｗａｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｍｕｃｈ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｖｏｌａｔｉｌｉｚｅｄ ｗｈｅｎ
试验用污泥样品为北京某污水处理厂机械脱水
万方数据
第６期
王兴润等：污泥制陶粒技术可行性分析与烧结机理研究
８ｌ来自百度文库
污泥，其基本特性如表１所示．
Ｔａｂｌｅ Ｉ
衰１污泥样品基本特性
Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｕｄｇｅ ｓａｍｐｌｅ
项目
数值
含水率／％８０．６
热值１’，（ｋｃａｌ·ｋｇ“）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｔｏ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｈａｙｄｉｔｅ。ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ
ｔｈｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｂｙ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｒｃＢｃｔｉＯｌｌｇ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌａｓｔｅｄ ３０ ｒａｉｎ ａｔ
第２ｌ卷第６期
环境科学研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
Ｖ０１．２１，Ｎｏ．６。２００８
污泥制陶粒技术可行性分析与烧结机理研究
王兴润１，金宜英２，聂永丰２，李 丽１，王 琪１
１．中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所，北京 １０００１２
２．清华大学环境科学与工程系，北京１０００８４
抗压强度是利用污泥制陶粒轻骨料建材的必要 条件．图３显示了不同烧结温度和烧结时间的抗压 强度试验结果．烧结温度是抗压强度的决定性因 素，由图３可见，烧结体抗压强度在１ ０２０～
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环境科学研究
第２ｌ卷
１ ０５０ ｏＣ增加显著，从４．４ ＭＰａ增加到１０．０ ＭＰａ，但 烧结体的抗压强度还不能满足轻骨料的１５．０ ＭＰａ 指标的要求…川．
产品的建材性能分析了１ ｈ吸水率和抗压强度 ２个指标：
ｌ ｈ吸水率： ０＝（ｍｌ—ｍｏ）／ｍｏ×１００９易
式中，口为１ ｈ吸水率，％；ｍ．为烧结体在水中浸泡 １ ｈ后的质量，ｇ；ｍ。为烧结体浸泡前的质量，ｇ．
ｒ抗压强度（Ｐ）：微机控制电子万能试验机 （ｗＤｗ一５０型，长春试验机厂）测试．试验方法是将 烧结体放置于单轴抗压平台予以缓慢加压，当试体
有机物含量较高，烧结过程中有机物的挥发导致烧结体内部产生较大孔隙，使产品开裂．污泥烧结体中的主要晶体相是石英、
钙黄长石、钙镁磷酸盐和磷酸铝，污泥中磷的含量很高，因此，可添加高铝无机材料促进钙镁磷酸盐和磷酸铝高强晶体相的形
成，提高烧结体抗压强度，经调质后利用污泥烧结陶粒轻骨料技术町行．
关键词：污泥；陶粒；烧结；晶体相反应；内部结构
收稿日期：２０３６—０９—０１
修订日期：２００８—０９—０３
基金项目：国家。十一五”科技支撑计划项目（２００６ＢＡＣ０２Ａ１９。
２００７ＢＡＣｌ６８０３）
作者简介：王兴润（１９８１一）。男，江苏姜堰人，博士．主要从事固体废
物处理处置技术研究，ｘｉｎｇｍｎｗａｎｇ＠印ｌａｉｌ．ｃｏｌｌａ．
．
剂，其使用量少，只有１０％左右旧引，不能达到大规 模处理处置污泥的目的．如果掺加比高于１０％，由 于水和有机物的释放，产品表现为多孔、松散的结 构，达不到建材标准的要求悟¨’．因此，如何提高污 泥掺加比是目前需要解决的主要问题．笔者通过分 析不同烧结温度下烧结体的建材特性，研究污泥烧 结轻骨料的技术可行性及存在的难题；通过对烧结 体的矿物学特性和微观结构的分析，研究污泥的烧 结机理，探讨解决污泥烧结技术难题的办法． １材料与方法 １．１试验样品和装置
中图分类号：Ｘ７０５
文献标志码：Ａ
文章编号：１００１—６９２９（２００８）０６—００８０—０５
Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｅｗａｇｅ Ｓｌｕｄｇｅ ｉｎ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ
Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ａｇｇｒｅｇａｔｅ
。
ＷＡＮＧ Ｘｉｎｇ—ｌＵｌｌｌ，ＪＩＮ Ｙｉ—ｙｉｎ９２，ＮＩＥ Ｙｏｎｇ－ｆｅｎ９２，ＬＩ Ｌｉｌ，ＷＡＮＧ Ｑｉｌ
烧结体的建材性能在１ ０２０～１ ０５０℃发生突变 的主要原因是，熔融液相的产生和致密化的作用；同 时，烧结体的抗压强度不能达标的主要原因是，污泥 中有机物含量很高，有机物的挥发导致烧结体孔隙 率增大，熔融液相的作用下，颗粒聚集形成大孔隙和 烧结体变形开裂．
Ｆｉｇ．Ｉ
圈１烧结试验装置示意图
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄｅｖｉｃｅ
１．２试验步骤 将从污水处理厂取回的脱水污泥在１０５℃下烘
干２４ ｈ，粉碎直至过４５ ｍｎａ筛，８ ＭＰａ粉末加压成直 径２０．４ ｍｍ，高１４ ｍｌｌａ的坯体，分别在９５０，１ ０００， １ ０２０，１ ０５０和１ ０８０℃下烧结１５，３０和４．５ ｍｉｎ，冷却 至室温后得到烧结体．烧结过程控制升温速率 ９ ｏＣ／ｍｉｎ，并在４２０℃停留２０ ｍｉｎ． １．３分析方法
坯体及烧结体的无机矿物形态采用ｘ射线衍 射仪（Ｒｉｇａｋｕ Ｄ／ｍａｘ—ＲＢ型）分析． ２结果与讨论 ２．１烧结体建材性能分析 ２．１．１烧结体吸水率
烧结体的品质与吸水率有重要关系，烧结体的 吸水率高，水被吸进烧结体后，烧结体会产生一定的 膨胀，容易使烧结体因膨胀而龟裂，抗压强度下降． 烧结体的吸水率是表征烧结体质量的重要指标 之一．