城市污泥燒結頁巖磚生產(chǎn)工藝研究

黃秉章，劉陽，韋湘康，黃榜彪，4，朱基珍，盧強，盛琪

（1.School of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth pol 2ah，England；2.廣西科技大學土木建筑工程學院，廣西 柳州 545006；3.廣西科技大學鹿山學院，廣西 柳州 545616；4.華中科技大學光學與電子信息學院，湖北 武漢 430074）

城市污泥燒結頁巖磚生產(chǎn)工藝研究

黃秉章1，劉陽2，韋湘康3，黃榜彪2，4，朱基珍2，盧強2，盛琪2

（1.School of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth pol 2ah，England；2.廣西科技大學土木建筑工程學院，廣西 柳州 545006；3.廣西科技大學鹿山學院，廣西 柳州 545616；4.華中科技大學光學與電子信息學院，湖北 武漢 430074）

將城市污泥按照不同配比摻入頁巖中，燒制成普通頁巖磚，運用正交法研究不同的配比、燒結溫度和保溫時間下城市污泥頁巖磚的抗壓強度和吸水率。結果表明：污泥摻量20%，燒結溫度1050℃，保溫時間11 h時，城市污泥燒結頁巖磚各項性能均符合GB 5101—2003的要求，實現(xiàn)了城市污泥資源化利用，減少了其對環(huán)境的污染。

城市污泥燒結頁巖磚；生產(chǎn)工藝；抗壓強度；吸水率

0 引言

本研究是在前期研究的基礎上[4-12]，將一定量的污泥摻入頁巖中，生產(chǎn)污泥燒結頁巖磚，這樣能大量消耗城市污泥，減少城市污泥對環(huán)境帶來的危害，同時又不改變頁巖磚生產(chǎn)工藝不增加頁巖磚生產(chǎn)成本，這是處理城市污泥的一種有效方法且污泥熱值比較高，燒制污泥磚可以節(jié)省大量能源[13]。城市污泥燒結頁巖磚的研發(fā)既實現(xiàn)了城市污泥的減量化，無害化和資源化處理，同時改善了頁巖磚的性能，使之具有保溫隔熱作用

1 試驗

1.1 原材料和儀器設備

頁巖呈黑色，自然狀態(tài)下頁巖為塊狀，試驗所用頁巖來自柳州高陽建材廠，將采來頁巖加入球磨機中粉碎并過0.2 mm篩備用；試驗所用污泥來自柳州白沙污水處理廠，該處理廠處理的污水全部是生活污水，產(chǎn)出污泥經(jīng)測試平均含水率為83.2%，呈灰褐色，顏色一般沒多大變化。污泥和頁巖的主要化學成分見表1。

表1 污泥和頁巖的主要化學成分%

本試驗采用尺寸為240 mm×115 mm×53 mm的木質(zhì)磚模，磚模如圖1所示。采用手工制胚的方法制作污泥磚胚，由于材料收縮，可能產(chǎn)生一定的誤差。本試驗所用磚爐為武漢電爐實驗電爐廠生產(chǎn)的SSX2-16-1型實驗室電爐。

圖1 木質(zhì)磚模

1.2 試樣制備及性能測試

將粉碎后過0.2 mm篩備用的頁巖粉與污泥按照不同配比混合攪拌一定時間，加入適量水并繼續(xù)攪拌均勻后放入磚模通過人工振搗、泥刀修整表面，制成磚胚后放在濕度為30%的實驗室中自然干燥一段時間后將磚坯移入電爐中按照燒結程序控制溫度保溫一定時間后，讓其自然冷卻，然后取出測試其抗壓強度和吸水率。

1.3 正交試驗

影響污泥頁巖磚強度和吸水率的因素很多，其中污泥與頁巖的配比、燒結溫度、保溫時間對污泥頁巖磚的抗壓強度和吸水率影響較大，所以本次試驗采用正交試驗設計，選取這3個影響因素，每個因素選取3個水平。試驗因素和水平見表2。

[64]《緬甸駐華使館一秘否認美國在緬建立軍事基地》，《中華人民共和國外交部檔案》，檔號：105-00174-02(1)。

表2 正交試驗因素水平

2 試驗結果與分析

2.1 正交試驗結果與分析

正交試驗結果見表3，極差分析見表4。

表3 正交試驗結果

表4 正交試驗極差分析

從表4可以看出，對于污泥磚抗壓強度影響由大到小是：污泥摻量＞燒結溫度＞保溫時間，最優(yōu)方案為A1B2C2。對于污泥磚吸水率影響由大到小是：燒結溫度＞污泥摻量＞保溫時間，最優(yōu)方案為A1B3C3。

污泥摻量是影響抗壓強度的主要因素，燒結溫度是影響吸水率的主要因素，而保溫時間對于抗壓強度和吸水率的影響最小，C2和C3區(qū)別不大，綜合考慮，最優(yōu)方案為：污泥摻量為10%，燒結溫度為1050℃，保溫時間為11 h，此時制備的污泥磚抗壓強度為13.8 MPa，吸水率為6.9%，符合承重磚MU10有關強度等級和吸水率的要求。

本試驗主要目的是最大限度地利用城市污泥以減少其對環(huán)境帶來的影響，在符合國家標準對于填充墻基本強度要求的基礎上盡量多用污泥，下面對污泥摻量、燒結溫度、保溫時間進行更深一步的優(yōu)化、討論。

2.2 污泥摻量對污泥頁巖磚性能的影響

設定燒結溫度為1050℃，保溫時間為11 h，污泥摻量對污泥磚性能的影響如圖2所示。

圖2 污泥摻量對污泥頁巖磚性能的影響

從圖2可以看出，當污泥摻量從0到25%不斷增加時，磚的抗壓強度不斷降低，而磚的吸水率不斷增大。當污泥摻量達到25%時，污泥頁巖磚的強度下降到4.5 MPa，而吸水率增加到了24%。經(jīng)分析，當在溫度達到120℃時，磚中的有機物開始碳化，在高溫燒結過程中，磚中的有機物不斷燃燒直至消耗殆盡，在磚體內(nèi)部形成大量的孔隙，污泥含量越高，磚中的有機物含量越高，形成的孔隙越多，磚的密實性越低，磚坯中材料顆粒的粘結力就會越小，磚的抗壓強度越低，相反吸水率就會越大。隨著污泥摻量的增加，污泥磚中的CaO和MgO的增加，也會影響磚的強度[14]。

2.3 燒結溫度對污泥頁巖磚性能的影響

保持污泥摻量為20%，保溫時間11 h不變，燒結溫度對污泥頁巖磚性能的影響如圖3所示。

圖3 燒結溫度對污泥頁巖磚性能的影響

由圖3可以看出，污泥頁巖磚的抗壓強度隨著燒結溫度的升高而不斷提高，但是污泥磚的吸水率卻隨著燒結溫度的增加而不斷減小。這是因為當燒結溫度達到一定程度，內(nèi)部化學物質(zhì)將不斷發(fā)生化學反應，形成比較穩(wěn)定、堅硬的化合物，這些化合物的形成有利于磚體機械強度的提高。高溫下原料開始熔解，磚的顯微結構中會出現(xiàn)大量的玻璃相，這些熔融玻璃相包裹著膠結細小的晶體顆粒，共同填充坯體空隙，使得顆粒相互之間更加靠近，坯體的密度進一步增大，這樣磚體的抗壓強度上升，吸水率下降，同時磚體收縮增大也導致相應的體積密度隨之增大[15]。當燒結溫度為1050℃時，城市污泥頁巖磚的性能夠符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

2.4 保溫時間對污泥頁巖磚性能的影響

保持污泥摻量20%、燒結溫度1050℃，保溫時間對城市污泥頁巖磚性能的影響如圖4所示。

圖4 保溫時間對污泥頁巖磚性能的影響

欠火磚是由于保溫時間不夠而造成的磚體內(nèi)部顆粒化學反應沒有完成，F(xiàn)e元素沒有與氧氣充分反應，磚體顏色發(fā)白磚體硬度和抗壓強度較低。過火磚是磚胚燒結時間過長，磚體內(nèi)部顆粒形成熔融狀態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)填充磚體孔洞提高磚體致密性，并在磚體表面形成保護層。過火磚雖然強度較高但是磚體變形縮小過大，影響砌筑質(zhì)量。保溫時間在9 h時出現(xiàn)欠火磚的幾率較大，隨著保溫時間的增加，欠火磚出現(xiàn)的幾率逐漸減小。但是并非保溫時間越長越好，保溫時間過長會使已形成的晶體熔解，大大影響磚體性能[16]。保溫時間過長，也會使出現(xiàn)過火磚的幾率增大，當保溫時間在11 h時，磚體抗壓強度和吸水率等性能良好，均能滿足要求。

3 結語

污泥摻量對城市污泥頁巖磚的抗壓強度影響最大，燒結溫度對磚的吸水率影響最大，保溫時間對于污泥磚的抗壓強度和吸水率影響相對較小。當污泥摻量為20%，燒結溫度為1050℃，保溫時間為11 h時，污泥磚的抗壓強度為13.8 MPa吸水率為6.9%，符合承重磚MU10有關強度等級和吸水率的要求。因此，利用城市污泥與頁巖燒制頁巖磚，污泥摻量大，實現(xiàn)了城市污泥資源化利用。這種方法處理城市污泥固體廢物生產(chǎn)工藝簡單，對污泥的利用率高，不產(chǎn)生二次污染，符合國家可持續(xù)發(fā)展的政策。

[1]鄒紹文，張樹清，王玉軍，等.中國城市污泥的性質(zhì)和處置方式及土地利用前景[J].中國農(nóng)學通報，2005（1）：198-201，282.

[2]盧雪麗.以城市污泥為主料制備吸附劑及其應用的研究[D].武漢武漢科技大學，2015.

[3]姚立明，宮禹，趙孟石，等.我國城市污泥處理技術現(xiàn)狀[J].黑龍江科學，2015（3）：10-11.

[4]黃榜彪，張向華，朱基珍，等.污泥摻量對燒結污泥頁巖磚抗壓強度的影響[J].四川建材，2012（10）：2-4.

[5]張向華.城市污泥燒結頁巖多孔磚的研發(fā)及其砌體抗壓性能分析[D].柳州：廣西科技大學，2013.

[6]黃榜彪，黎喜強，朱基珍，等.溫度對污泥頁巖磚基本性能的影響[J].廣西工學院學報，2012（12）：8-12.

[7]黃中，黎喜強，朱基珍，等.溫度對污泥燒結頁巖磚裂縫的影響[J].新型建筑材料，2013（9）：43-45.

[8]黎喜強.城市污泥燒結頁巖磚砌體抗剪性能的試驗研究[D].柳州：廣西科技大學，2014.

[9]吳元昌，朱基珍，黃榜彪，等.城市污水污泥燒結頁巖多孔磚砌體軸壓試驗[J].廣西大學學報，2014（1）：32-37.

[10]黃榜彪，吳元昌，朱基珍，等.城市污泥燒結頁巖磚熱工參數(shù)的數(shù)值計算分析[J].新型建筑材料，2015（5）：54-57，74.

[11]黃榜彪，張貝，朱基珍，等.糖蜜乙醇廢液燒結頁巖矩形多孔磚抗剪試驗[J].科學技術與工程，2015（34）：252-255，259.

[12]黃榜彪，劉陽，黃秉章，等.溫度對輕質(zhì)燒結頁巖磚基本性能的影響[J].新型建筑材料，2015（12）：5-7.

[13]趙偉，張林生，王軍.頁巖磚生產(chǎn)過程中用城市污泥為部分原料的試驗研究[J].環(huán)境污染治理技術與設備，2005（4）：40-43.

[14]張博廉，馮啟明，羅會剛，等.造紙苛化白泥頁巖磚生產(chǎn)工藝研究[J].中國造紙，2011（1）：33-36.

[15]陳永亮，張一敏，陳鐵軍，等.溫度制度對尾礦燒結磚性能及結構的影響[J].硅酸鹽通報，2010（6）：1343-1347.

[16]馬雯，呼世斌，樊恒輝，等.污泥磚的研制及其影響因素研究[J].西北農(nóng)林科技大學學報：自然科學版，2011（3）：141-145.

The study on the production technology of municipal sludge sintering shale bricks

HUANG Bingzhang1，LIU Yang2，WEI Xiangkang3，HUANG Bangbiao2，4，ZHU Jizhen2，LU Qiang2，SHENG Qi2（1.School of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth pol 2ah，England；
2.School of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China；3.Lushan College of Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545616，China；
4.School of Optical and Electronic Information，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

The compressive strength and water absorption of municipal sludge sintering shale bricks which fired with different municipal sludge content are studied under different ratio，sintering temperature and soaking time by orthogonal method.The results show that，when the sludge content is 20%，sintering temperature is 1050℃，soaking time is 11h，the properties of municipal sludge sintering shale bricks meet the GB 5101—2003 requirements，realizedmunicipal sludge resource utilization and decreased the pollution on environment.

municipal sludge sintering shale bricks，production technology，compressive strength，water absorption

TU522.12

A

1001-702X（2016）09-0047-03

廣西千億元產(chǎn)業(yè)重大科技攻關項目（桂科攻11107021-3-5，桂科攻1099058）；廣西科技廳項目（桂科攻14126001-4）；廣西科技攻關項目（桂科攻12100007）；柳州市科技局項目（科技攻關2013J010404）

2016-01-11；

2016-04-16

黃秉章，男，1990年生，廣西桂平人，碩士。