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制革含鉻污泥制備陶粒的技術(shù)

  作為世界皮革重要生產(chǎn)國,環(huán)境污染已成制約制革行業(yè)發(fā)展的重大難題。制革行業(yè)主要有固廢、廢氣、廢水的污染。數(shù)據(jù)顯示,原皮生產(chǎn)每年會有達100萬t制革污泥無處安置,亟待解決。制革含鉻污泥危害極大,除因其含細菌、病毒、寄生蟲卵等,更主要是其中鉻的危害,有資料調(diào)查,制革含鉻污泥中鉻的含量為10~40g/kg。研究制革含鉻污泥處置有十分重要意義。

  填埋、焚燒、農(nóng)用等傳統(tǒng)污泥處置存在浪費土地、二次污染等缺陷。陶粒是一種新型建材,以粘土、污泥為原料,摻輔料高溫燒制而成。陶粒具有質(zhì)輕、強度高、導熱系數(shù)低、吸水率小等優(yōu)點。污泥制備陶粒是可持續(xù)處置方式,普通污泥制備陶粒文獻較多,制革污泥制備陶粒研究較少。制革污泥制備陶粒對原料配比、燒制溫度選擇不同會導致陶粒性能差異較大。本文以制革含鉻污泥、粉煤灰和粘土為原料,開展陶粒制備實驗,研究原料配比、燒結(jié)溫度對陶粒筒壓強度、堆積密度、吸水率及鉻浸出量等各性能的影響,探究最佳工藝,實現(xiàn)制革含鉻污泥資源化利用。

  1、材料與方法

  1.1 主要材料與儀器

  材料:漳浦赤湖皮革園區(qū)制革廠含鉻污泥,當?shù)鼗鹆Πl(fā)電廠粉煤灰,漳浦縣赤湖皮革園區(qū)周邊粘土。

  儀器:上海譜元Alpha1106可見分光光度計、上海方瑞FA2004電子分析天平、南京科捷4520A石墨爐原子吸收分光光度計。

  1.2 實驗內(nèi)容

  1.2.1 原料配比

  Riley研究陶粒時發(fā)現(xiàn)確定原料配比范圍的Riley三角形,即SiO2為53%~79%、Al2O3為10%~25%、燒結(jié)助劑為13%~26%,原料配比設(shè)計如表1所示。

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  1.2.2 燒結(jié)溫度

  燒結(jié)溫度對陶粒性能有決定作用,原料SiO2和Al2O3含量越高,較高溫度才能使陶粒達到一定粘度,污泥則需相對較低溫度。實驗預熱溫度設(shè)置為300℃,燒結(jié)溫度設(shè)置為:1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1180℃。

  1.2.3 燒結(jié)時間

  在滿足陶粒物理性能的同時,較長燒結(jié)時間會增加成本,控制時間能降低能耗。經(jīng)實驗研究,30min為陶粒煅燒臨界值,此時陶粒燒結(jié)反應(yīng)已基本完成。因此控制燒結(jié)時間均為30min。

  1.2.4 陶粒性能檢測

  根據(jù)《輕集料及其試驗方法#第2部分:輕集料試驗方法》(GB/T17431.2-2010)測定陶粒筒壓強度、堆積密度、吸水率。根據(jù)《固體廢物總鉻的測定二苯碳酰二肼分光光度法》(GB/T15555.5-1995)測定總鉻含量。

  2、結(jié)果與討論

  2.1 操作條件對陶粒筒壓強度的影響

  燒結(jié)時間30min,考察原料配比、燒結(jié)溫度對陶粒筒壓強度的影響,結(jié)果見圖1。溫度相同,在臨界值前,污泥比例增大,筒壓強度升高,超臨界值,污泥含量增加,筒壓強度減小。污泥比例低,陶粒內(nèi)部形成孔隙少且小,不能形成較好網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),污泥增加,筒壓強度增大,污泥過高,陶粒內(nèi)部形成孔隙大且多,不牢固,不能形成致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),陶粒抗壓強度下降。配比相同,溫度升高,筒壓強度逐漸增大,溫度1100℃之前陶粒筒壓強度升高較慢且較低,1100℃之后陶粒筒壓強度升高較快。

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  2.2 操作條件對陶粒堆積密度的影響

  燒結(jié)時間30min,考察原料配比、燒結(jié)溫度對陶粒堆積密度的影響,結(jié)果見圖2。溫度不變,堆積密度與粉煤灰含量同比增大,配比4堆積密度<配比3堆積密度<配比2堆積密度<配比1堆積密度。粉煤灰含量越高,液相產(chǎn)生溫度提高,液相不足大多數(shù)氣體不能被包裹而溢出陶粒,陶粒膨脹效果變差,堆積密度越大。配比相同,溫度提高,堆積密度增大,溫度越高,液相越多,在高溫條件下有一定粘度,在表面張力作用下收縮,堆積密度增加。

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  2.3 操作條件對陶粒吸水率的影響

  燒結(jié)時間30min,考察原料配比、燒結(jié)溫度對陶粒吸水率的影響,結(jié)果見圖3。溫度相同,污泥中鉻含量越高,陶粒吸水率越高,污泥中揮發(fā)性組分含量較高,發(fā)泡明顯,陶粒氣孔率較高,有利水分擴散,陶粒吸水率較高。配比相同,陶粒吸水率隨溫度升高而下降,溫度低于1050℃,吸水率較高,溫度高于1050℃,吸水率較低。較高溫度,陶粒內(nèi)部不斷膨脹,在空間大小保持不變條件下密度增大,陶粒表面氣孔數(shù)量急劇減少,吸水率隨之降低。

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  2.4 操作條件對陶粒鉻浸出量的影響

  燒結(jié)時間30min,考察原料配比、燒結(jié)溫度對陶粒鉻浸出量的影響,結(jié)果見圖4。

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  溫度相同,陶粒鉻浸出量隨污泥中鉻含量增大而升高。配比相同,陶粒鉻浸出量隨溫度升高而降低,高溫下,鉻逐漸被固定在生成液相中或與其他礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),鉻浸出量呈下降趨勢。

  3、結(jié)論

  (1)燒結(jié)溫度相同,增加污泥含量可提高筒壓強度,增加粉煤灰含量可提高陶粒堆積密度,增加污泥含量可增加陶粒吸水率,降低污泥含量可降低鉻浸出量。配比相同,溫度升高可提高陶粒筒壓強度、堆積密度,溫度升高可降低陶粒吸水率和鉻浸出量。

  (2)綜合考慮經(jīng)濟成本及損耗,當制革含鉻污泥:粘土:粉煤灰=5:2:3、燒結(jié)溫度1150℃、燒結(jié)時間30min時,陶粒效果最好,具有經(jīng)濟適用性。( >

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