疏浚淤泥配比天然粘土制备建筑陶瓷的研究

疏浚淤泥配比天然粘土制备建筑陶瓷的研究瑞1,孔海发2,陈明秀3,谢桂娇1,朱日宏1,张九明1,梁晓婷1毛1广东轻工职业技术学院,广州5103002佛山市金甲环保科技有限公司,佛山5280313佛山市和美陶瓷有限公司,佛山528237摘要为减少疏浚泥对环境的严重破坏,同时有效减少建陶行业对优质天然矿物原料的开采,研究了以河涌淤泥为主要原料制备陶瓷砖。通过采用XRD、多元素快速分析仪等手段,分析了珠江三角洲地段4个不同采样点淤泥的矿物组成、化学组成、重金属含量等基本的物化性能。实验研究表明,该区域淤泥矿物成分主要是伊利石、高岭石、蒙脱石等粘土矿物,以淤泥为主要原料,配比适量的天然粘土制备试样,结果表明河涌淤泥最佳用量范围为1520,样品最佳烧结温度范围为11801200,试样烧结程度好,收缩幅度164195,吸水率理想当河涌淤泥使用量范围为20以上时,试样烧结性能差,吸水率增大,容易鼓泡变形,颜色变深。关键词疏浚淤泥建筑陶瓷XRD分析试样煅烧中图分类号TQ174文献标识码A文章编号100121625201102204922005EXPERIMENTALSTUDYONMANUFACTURINGBUILDINGCERAMICSBYUSINGRIVERSILTMIXEDWITHNATURALCLAYMAORUI1,KONGHAI2FA2,CHENMING2XIU3,XIEGUI2JIAO1,ZHURI2HONG1,ZHANGJIU2MING1,LIANGXIAO2TING11GUANGDONGINDUSTRYTECHNICALCOLLEGE,GUANGZHOU510300,CHINA2FOSHANJINJIAENVIRONMENTALPRODUCTIONTECHNOLOGYCO,LTD,FOSHAN528031,CHINA3HEMEICERAMICSGROUPCO,LTD,FOSHAN528237,CHINAABSTRACTINORDERTOREDUCETHEDREDGEDMUDSSERIOUSDAMAGEDTOTHEENVIRONMENTANDTHEEXPLOITATIONOFHIGHQUALITYNATURALMINERALRAWMATERIALSBYBUILDINGCERAMICINDUSTRY,THEPREPARATIONOFCERAMICTILESBYUSINGMAINLYCREEKSILTWASSTUDIEDTHEBASICPHYSICALANDCHEMICALPROPERTIES,INCLUDINGSILTMINERALANDCHEMICALCOMPOSITION,HEAVYMETALSCONTENTOFRIVERSILTFROM4DIFFERENTSAMPLINGPOINTSWEREANALYZEDFROMTHELOTPRDBYUSINGXRD,FASTMULTI2ELEMENTANALYZER,ANDOTHERMEANSTHERESULTSSHOWTHATTHEMAININGREDIENTSOFLOTPRDRIVERSILTAREMAINLYILLITE,KAOLINITE,MONTMORILLONITEANDOTHERCLAYMINERALSRIVERSILTASTHEMAINRAWMATERIAL,MIXEDAPPROPRIATEAMOUNTOFNATURALCLAYANDDIFFERENTPREPARATIONOFSLUDGE,AREABLETOBEMADEINTOCERAMICTILESEXPERIMENTALRESULTSSHOWEDTHATTHESAMPLEWOULDHAVEGOODSINTERINGDEGREE,SMALLSHRINKAGE,ANDIDEALWATERABSORPTIONANDSTRENGTHWHENTHERIVERSILTUSAGEIS15TO20,ANDTHESINTERINGTEMPERATUREOF118021200BUTWHENTHEUSAGEOFRIVERSILTISMORETHAN20,ITCOMESINTOPOORSINTERINGPERFORMANCE,HIGHWATERABSORPTION,EASIERBUBBLINGANDDEFORMATION,DARKERINCOLORANDSOONKEYWORDSRIVERSILTBUILDINGCERAMICSXRDANALYSISSAMPLECALCINATIONS基金项目广东轻工职业技术学院2009年度自然科学基金项目KY200907作者简介毛瑞19652,女,高级工程师主要从事建筑材料教学与研究E2MAILRUIMAO1121163COM493第2期毛瑞等疏浚淤泥配比天然粘土制备建筑陶瓷的研究1引言港口、航道为维持正常泄洪能力和保证内陆航道的畅通、保证湖泊的水质及蓄洪能力,所进行的疏浚工程会产生大量的疏浚泥1,2,其主成分多以淤泥、粘土为主,矿物成分主要是伊利石、绿泥石、高岭石、蒙脱石等粘土矿物,此外还有长石、石英等非粘土矿物,其间夹杂有少量的白色贝壳等,化学组分主要为SIO2、AL2O3、FE2O3、CAO、MGO等,这一化学组成非常接近陶瓷原料中常用的高岭土及蒙脱石胶结物。利用疏浚泥生产建筑陶瓷,受到国内外研究者的极大关注,一方面可减少疏浚泥对环境的严重破坏,另一方面能有效减少建陶行业对优质天然矿物原料的开采,对建筑陶瓷行业可持续发展及环境工程、河海工程均具有重要意义3。作为一种陶瓷原料不但要考虑其化学成份中的SIO和ALO含量,还要考虑FEO含22323量和有机质的烧失、浆料的性能等多个影响因素。因疏浚泥胶结性强、含水率高、铁含量高,因此须通过坯釉配方的调整,使疏浚泥利用于生产建筑陶瓷中在技术路线上是可行的。2实验21主要原料的选用河涌淤泥取自珠江三角洲地段、混合泥、滑石泥、瓷砂、石灰石粒、石片土、水玻璃、三聚磷酸钠STPP、羧甲基纤维素钠NA2CMC。22主要仪器与设备多元素快速分析仪2湘潭仪器仪表公司干燥箱2上杭仪器公司高温电阻炉2上海锦屏仪器公司高温卧式膨胀仪2湘潭湘仪公司快速球磨机2佛山禅城区锦华兴机械厂日用陶瓷热稳定性仪2湘潭湘仪公司数显式陶瓷抗折仪2湘潭仪器仪表公司陶瓷釉面砖耐磨试验仪2湘潭仪器仪表公司微电脑可塑性测定仪2湘潭市经野仪器设备公司。23配方与试样制备实验以疏浚泥及各原料按表1进行配比,另加入水、少量CMC及水玻璃、STPP,按照球料比151的比例共同混合球磨,测试浆料细度达到250目筛余为0609后过100目筛,浆料经微波干燥、手工造粒、陈腐后在40MPA下用小压机压成为100MM100MM坯体,进干燥箱1105恒温干燥至坯体含水率小于10,放入电阻炉在1200条件下烧成,保温8H,最后自然冷却至室温。表1实验配方TAB1THEFORMULASOFEXPERIMENTALSTUDIES/WTBUILDINGCERAMICSRIVERSILTKAOLINCLAYPORCELAINSANDBRICKBATPIGMENT152025302402023010220302503025030250521052105210023023023ANTIQUETILE24性能测试陶瓷样品理化指标按GB/T410022006陶瓷砖测试铅、镉分析按环境标志产品技术要求陶瓷砖HJ/T29722006的相关技术指标测试铬含量满足GB1561821995土壤环境质量标准方法测试。3结果与讨论31河道淤泥的物化性能分析对4个不同采样点淤泥样品的化学组成进行分析,结果见表2。从表2可以看出疏浚泥样品的化学组成同普通建筑陶瓷生产中所使用的混合泥化学成分近似,灼减IL也基本类似,但铁、碱及碱土金属含量偏高,特别是其中FE2O3远高于普通混合泥,会带来烧成氧化不好及降低烧成温度等问题。疏浚泥中含有较高的氧化铁易被还原,放出氧气,疏浚泥中的贝壳屑等也将分解释494试验与技术硅酸盐通报第30卷放出CO2气体,由此在快烧情况下,如排气不好,这些气体会以微小封闭气泡的形式均匀分散于熔化液相中,致使产生针孔、熔洞等缺陷,降低了产品质量。此外,疏浚泥中较高含量的铁还会使坯体颜色变暗,因此宜以釉面装饰,较适用生产仿古釉面砖产品。表2淤泥化学组成TAB2CHEMICALCOMPOSITIONOFSILT/SAMPLESSIO2AL2O3FE2O3CAOMGOK2ONA2OTIO2ILYZ1YZ2YZ3YZ463595182509159801768215221341835534609576542153178162116040052031038204223182198031032038034082078073074831154016991183MIXED2MUD58683206012044009154038004683利用疏浚泥生产建筑陶瓷,还要考虑其中可能富含的重金属污染,须满足建筑陶瓷的环境标志产品技术要求。对所取淤泥进行了可溶性铅、镉及固体污染物可溶性铬测试,结果见表3。表3疏浚泥铅、铬、镉含量测试TESTONTHECONTENTOFPD,CRANDCDOFRIVERSILTTAB3RESULTS/MGKG1TESTITEMSDISSOLVED2PDDISSOLVED2CRDISSOLVED2C检测结果来看,其中铅、镉含量满足环境标志产品技术要求2陶瓷砖HJ/T29722006的相关技术指标,铬含量满足GB1561821995土壤环境质量标准一级要求。32淤泥原料XRD表征图1淤泥样品X射线衍射矿物成分分析AYZ1BYZ2CYZ3DYZ4FIG1THEXRDANALYSISONTHEMINERALCOMPOSITIONOFSILTSAMPLES利用X射线衍射对4个不同采样点的烘干淤泥原料进行分析4,5,得到4个相似的图谱如图1所示。495第2期毛瑞等疏浚淤泥配比天然粘土制备建筑陶瓷的研究由图1可见,淤泥原料中的主要矿物组分是石英、长石和绿泥石等膨胀性黏土矿物,此外还有少量方解石、白云石以及K2NA2CA2AL等硅酸盐类矿物,且矿物组成稳定6。33试样的性能测试对不同淤泥配比进行试验,采用人工混料均匀后,按试验要求编号、成型、干燥,将试样烧结至1200,然后进行烧成收缩、烧后颜色白度、吸水率等测试,其结果如表4所示。结果表明随着河涌淤泥使用量的增加,试样颜色偏深色,影响发色效果。河涌淤泥最佳用量范围为1520,样品最佳烧结温度范围为11801200,试样烧结程度好,收缩幅度164195,吸水率理想当河涌淤泥使用量范围为20以上时,试样烧结性能差,吸水率增大,容易鼓泡变形,颜色变深。对所制备的陶瓷样品进行断裂模数、吸水率、热震性、耐酸碱等理化指标测试,同时对环境要素的放射性进行检验,结果汇总于表5中。根据环境标志产品要求对试样进行铅、镉测试,结果如表6所示。从实验结果看出,利用疏浚泥生产建筑陶瓷,产品的生产工艺与烧成温度与一般仿古砖制品类似,无需作大变动所得产品的断裂模数、抗热震性、耐酸碱等性能也未降低重金属溶出、放射性检测等方面均满足环境标志产品要求7。表4试样煅烧性能分析TAB4THEANALYSISOFSINTERINGPERFORMANCEOFSAMPLESNORIVERSILT/WTWATERABSORPTION/SINTERINGSHRINKAGE/COLORCHANGES152025152025152025152025039041053037039055039045051032035048175195226170182251135180293164193284REDDISH2BROWNLIGHTTANDARKBROWN,CRACKEDBROWNBROWNDARKBROWN,BUBBLESREDDISH2BROWNDARKBROWNDARKBROWN,CRACKEDLIGHTTANLIGHTTANDARKBROWN,BUBBLESZ1Z2Z3Z4表5试样的主要技术性能TAB5THEMAINTECHNICALPERFORMANCESOFSAMPLESTESTITEMSRESULTS43624820322041UHA1102125681026AFTER10CYCLESOFTHERMALSHOCKRESISTANCEANDCRACK2FREEMODULUSOFRUPTURE/MPAWATERABSORPTION/CORROSIONRESISTANCEWEAR/MM3COEFFICIENTOFTHERMALEXPANSION/K21THERMALSHOCKRESISTANCERADIOACTIVEGB656622001IRA057IR091表6试样铅镉溶出量TAB6THEDISSOLUTIONOFPDANDCDOFSAMPLESTESTITEMSRESULTSMG/KGDISSOLVED2PD045DISSOLVED2CD0134结论1珠江三角洲江河地段淤泥原料主要矿物组分是伊利石、绿泥石、高岭石、蒙脱石等粘土矿物,化学组496试验与技术硅酸盐通报第30卷分主要为SIO2、AL2O3、FE2O3、CAO、MGO等,与普通建筑陶瓷生产中所使用的混合泥化学成分近似,灼减量也基本类似2淤泥中含铁量高,易被还原,放出氧气其中贝壳屑等也将分解释放出膨胀性气体CO2,这些气体会以微小封闭气泡的形式均匀分散于熔化液相中,致使产生针孔、熔洞等缺陷。此外,疏浚泥中较高含量的铁还会使坯体颜色变暗,烧结呈棕红褐色3淤泥样品中铅、镉含量满足环境标志产品技术要求2陶瓷砖HJ/T29722006的相关技术指标,铬含量满足GB1561821995土壤环境质量标准一级要求4利用疏浚泥生产建筑陶瓷,产品的生产工艺与烧成温度与一般仿古砖制品类似,无需作大变动所得产品的断裂模数、抗热震性、耐酸碱等性能也未降低重金属溶出、放射性检测等方面均满足环境标志产品要求5本疏浚淤泥配比天然粘土制备建筑陶瓷的研究对疏浚淤泥的用量高达20,实现废物利用,减少了天然矿物原料的消耗,有望为疏浚淤泥的大量资源化利用提供思路8,9,预期经济效益巨大。参考文献123456789朱伟,张春雷,刘汉龙,等疏浚泥处理再生资源技术的现状J环境科学与技术,2002,25439241唐强浅谈淤泥的资源化利用J水利发展研究,2004,1046刘贵云河道底泥资源化一新型陶粒滤料的研制及其应用研究D上海东华大学学位论文,20021132132王智宇,翁晶晶,屠浩驰,等河道淤泥生产烧结砖的基础研究J新型建筑材料,2010,624226谢健,林鑫城,石萍,等利用海洋疏浚泥生产轻质陶粒的研究J湛江海洋大学学报,2004,24632236张旭东,祁继英疏浚底泥的资源化利用J北方环境,2005,30248250纪士斌建筑材料M第五版,北京清华大学出版社,2008童丽萍,