利用建筑垃圾和水稻秸秆制备陶粒的研究

毕业设计 (论文)利用建筑垃圾和水稻秸秆制备陶粒的研究系 别 ： 应用化学与环境工程系专 业 （ 班 级 ） ： 环境科学 2011 级 2 班作 者 （ 学 号 ） ： 李绍雨（51110022006 ）指 导 教 师 ： 董传明（高级工程师） 王传虎（教授）完 成 日 期 ： 2015 年 5 月 10日蚌埠学院教务处制目 录中文摘要.1英文摘要.21 引言.31.1 建筑垃圾.31.1.1 建筑垃圾的危害.31.1.2 建筑垃圾的综合利用.31.2 水稻秸秆.41.2.1 焚烧水稻秸秆的危害.41.2.2 水稻秸秆的综合利用.41.3 陶粒研究概况.41.3.1 陶粒在国外的发展.51.3.2 陶粒在国内的发展.51.3.3 陶粒在水处理方面的研究.52 实验材料与设备.72.1 实验仪器.72.2 实验药品.73 实验方案.83.1 陶粒性能测试项目.83.1.1 表观密度.83.1.2 1h 吸水率.93.2 测定原材料的成分.93.2.1 原材料烧失量的测定.93.2.2 原材料化学成分的测定.93.3 单因素控制变量实验.93.3.1 煅烧温度的选择.103.3.2 煅烧时间的选择.103.3.3 预热温度的选择.103.3.4 预热时间的选择.113.4 原料配比实验.113.5 正交设计实验.113.6 陶粒产品性能分析.114 结果与讨论.124.1 测定原材料的成分.124.2 单因素控制变量实验.124.2.1 煅烧温度的选择结果.124.2.2 煅烧时间的选择结果.124.2.3 预热温度的选择结果.134.2.4 预热时间的选择结果.134.3 原料配比实验.144.4 正交设计实验.144.5 陶粒产品性能分析.154.5.1 形貌特征.154.5.2 XRD 衍射实验 .164.6 结论.174.7 讨论.18致谢.19参考文献.20蚌埠学院本科毕业设计（论文）- 1 -利用建筑垃圾和水稻秸秆制备陶粒的研究摘 要：以建筑垃圾和水稻秸秆为原料，经过破碎、筛选、混合、成球、预热、煅烧等工序，最终制得建筑垃圾-水稻秸秆纤维陶粒。经过单因素控制变量实验的研究，总结出纯建筑垃圾陶粒的最佳烧制工艺为：煅烧温度为 1150，煅烧时间为10min，预热温度为 450，预热时间为 15min。之后考察建筑垃圾和水稻秸秆不同的原料配比对陶粒性能的影响，结果表明制备此种陶粒的最佳原料配比为：建筑垃圾 70%、水稻秸秆 30%。最后设计正交实验考察建筑垃圾-水稻秸秆纤维陶粒的最佳烧制工艺为：煅烧温度为 1150，煅烧时间为 5min，预热温度为500，预热时间为 20min。这样的组合下烧制的陶粒表观密度为1165kg/m3，1h 吸水率为 6.3%，可以用于污水的处理，达到变废为宝、绿色环保的目的。关键词：陶粒；污水处理；建筑垃圾；水稻秸秆；环保李绍雨：利用建筑垃圾和水稻秸秆制备陶粒的研究- 2 -Study on Preparation of ceramsite by using construction wastes and the rice strawAbstract：The construction waste and rice straw as raw material, after crushing, screening, mixing, into the ball, preheating, roasting process, finally makes the construction waste rice straw fiber ceramic. Through the single factor experiment, the optimum roasting process of construction garbage ceramsite is: roasting temperature Centigrade, the roasting time is 10min, the preheating temperature of 450, the preheating time is 15min. The effect of raw material ratio of construction waste and rice straw of different ceramic performance, results show that the preparation of ceramsite: the best ratio of raw materials for construction waste rice straw 70%, 30%. The optimum roasting process the final design of orthogonal experiment inspected the building rubbish aggregate: rice straw as the calcination temperature is 1150, the roasting time is 5min, the preheating temperature of 500 , the preheating time is 20min. The concept of density of 1165kg/m3 ceramic table this combination was 1h, water absorption rate of 6.3%, can be used for sewage treatment, waste to treasure, to achieve the purpose of environmental protection.Keywords：Ceramsite；Sewage treatment；Construction waste；Rice straw；Environmental protection蚌埠学院本科毕业设计（论文）- 3 -利用建筑垃圾和水稻秸秆制备陶粒的研究1 引 言随着我国城市化、工业化的进程，随之而产生了大量的建筑垃圾，据有关资料显示，截至 2011 年我国建筑垃圾总量已达 21 亿至 28 亿吨，每一年产生的建筑垃圾总量超过 3 亿吨。我国现处于经济建设快速发展的特殊时期，无法避免每年产生很多建筑垃圾的状况，可如果不去及时处理加以综合利用，建筑垃圾不仅占用大量土地，还会造成水土流失和环境污染，对生态环境和人体健康构成威胁。我国作为农业大国，水稻秸秆资源丰富，但却不能很好的转化利用，违烧现象屡禁不绝，这不仅造成了能源浪费、污染环境 ，还对公路、森林以及航空造成威胁 1。本课题通过对建筑垃圾和水稻秸秆的综合利用进行研究，旨在找到更好的处理建筑垃圾和水稻秸秆的方法，以减少资源浪费和环境污染。通过对建筑垃圾和水稻秸秆粉碎，经过破碎、筛选、混合、成球、预热、煅烧等工序最终制得建筑垃圾-水稻秸秆纤维陶粒，这种陶粒拓宽了建筑垃圾和水稻秸秆的处理途径，同时可以用于工业污水的处理。1.1 建筑垃圾建筑垃圾是指建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物、管网等进行建设、铺设或拆除、修缮过程中所产生的渣土、弃土、弃料、余泥及其他废弃物，包括砖块瓦砾、混凝土块、装修废材、钢筋等 1。1.1.1 建筑垃圾的危害 浪费很多的土地资源，影响地表植物的生长； 影响地表及地下水源，造成地表沉降； 裸露的建筑垃圾会造成扬尘，增加空气固体颗粒浓度。1.1.2 建筑垃圾的综合利用由于建筑垃圾再利用技术不成熟，经济效益低等原因，我国建筑垃圾的处理方式李绍雨：利用建筑垃圾和水稻秸秆制备陶粒的研究- 4 -大部分是直接填埋，少部分直接用作路基基面。 对建筑垃圾进行分拣，回收金属废弃物再利用； 废砖废瓦、混凝土块可以处理制作相关骨料用作再生瓦、再生砖等； 碎渣土可以铺设路基、填桩及地基； 其它材料，如木材、玻璃塑料等可以回收依用途再处理。1.2 水稻秸秆我国作为农业大国，每年都会产生大量的水稻秸秆，以前主要作为动物饲料，家用燃料，随着生活水平的提高，传统使用方式已经不能及时消耗产生的水稻秸秆，同时又不能创造经济价值，这就造成了屡禁不绝的违烧现象。1.2.1 焚烧水稻秸秆的危害 易引起火灾，对居民财产及人生安全产生危害； 产生大量烟尘，影响空气质量，影响人体健康，威胁道路及航空安全； 破坏土壤结构，使农田肥力下降，不利于耕种。1.2.2 水稻秸秆的综合利用最原始的处理方式是直接焚烧，但由于会产生很多危害，国家已经明确禁止。 收割时直接粉碎沤肥还田，不仅避免了焚烧造成的环境污染，同时作为肥料返还农田，增加肥力，减少了化学肥料的使用； 集中收集处理，用于喂养牛羊等家畜； 气话或者碳化处理，用作燃料； 制作手工制品，如绳子和草席等。1.3 陶粒研究概况陶粒作为一种人造轻骨料，一般利用粘土、岩石、垃圾等矿物资源，通过破碎、混合、成球、陈化、养护工序，最终制得外壳坚硬呈陶质或釉质，内部有气孔的新型材料。它外形多为圆形或者椭圆形，粒径一般为 520mm。因其密度较小、强度较高、保温隔热、耐风化、抗震性能好的特点，在全世界范围内得到快速发展。陶粒起初作蚌埠学院本科毕业设计（论文）- 5 -为建筑材料被广泛使用，用来取代混凝土中的碎石和卵石 2。随着技术的发展，陶粒已广泛应用于各行各业，并且应用领域还在继续扩大。目前，主要用于建筑、园艺和水处理等方面。1.3.1 陶粒在国外的发展在国外，陶粒的生产与应用历史悠久，特别是缺乏天然轻集料的国家，如美国、瑞典、丹麦等。陶粒的发端是在 1913 年，美国人海德（S.J. Hdyde）用回转窑烧制出页岩陶粒，并在 1916 年获得了专利 3-4。第一次世界大战与第二次世界大战期间，由于钢材供应的不足，美国使用轻质的陶粒混凝土建造船舶，美国、德国、英国还用陶粒建造桥梁，这使陶粒得到了很大的发展 5。20 世纪 6080 年代是世界陶粒的黄金时代。20 世纪 90 年代末，发达国家的陶粒生产出现萎缩，但中国等发展中国家的陶粒生产却开始崛起 6。进入 21 世纪以后，中国、印度等发展中国家的陶粒产业快速发展，由于荷兰“安德粒” 免烧陶粒生产技术的出现，陶粒的生产设备也有了进一步的发展，原料也从传统的页岩、粘土向工业废料转移，陶粒的生产技术和应用发展进入了新的阶段 7。陶粒生产装备大型化、生产控制自动化的趋势更加明显。1.3.2 陶粒在国内的发展我国自 20 世纪 50 年代开始研制人造陶粒，以粘土、页岩陶粒和粉煤灰陶粒为主。60 年代初，在天津市建成了我国第一条粉煤灰工业化陶粒生产线，用烧结机进行烧纸生产，70 年代又先后建成了十多条陶粒生产线。从 20 世纪 80 年代开始，我国开始侧重研究回转窑法烧制陶粒，但进展速度不理想。进入新世纪之后，我国陶粒开始了一个全新的发展阶段，粉煤灰陶粒获得了前所未有的发展，并出现了节能型的免烧陶粒新工艺。近年来，陶粒以轻体、保温、节能等优势得到广泛推广，已经成为我国发展最快的建筑材料之一 8，根据国家可持续发展的政策，发展多种陶粒，实现原料多样化、废物利用化，减少对粘土、页岩等自然资源的利用，根据我国的生产环境和条件，继续推进陶粒的发展。1.3.3 陶粒在水处理方面的研究陶粒表面粗糙、质轻，孔隙率高、比表面积大、化学性质稳定、不含有害物质等特点使其可以作为吸附材料，易于再生，并且重复利用率高。王士龙等 9使用陶粒吸附李绍雨：利用建筑垃圾和水稻秸秆制备陶粒的研究- 6 -浓度在 200mg/l 以内的含锌废水，锌去除率达 99%以上；乔建芬 10用 UASB-SBR 陶粒过滤处理工艺处理白