利用海洋疏浚泥生产轻质陶粒的研究

1、第24卷 第6期2004年12月湛江海洋大学学报Journal of Zhan jiang O cean Un iversityV o.l 24No.6Dec .2004利用海洋疏浚泥生产轻质陶粒的研究谢 健1, 林鑫城2, 石 萍1, 万德荣2, 陈 炜2(1.国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院,广东 广州 510300;2.广州华穗轻质陶粒制品厂,广东 广州 510760收稿日期:2004-03-08基金项目:国家高技术应用部门发展项目(批准文号:计高技2001977号,国家海洋局南海分局海洋科技局长基金0329/2003第一作者:谢健(1965,男,学士,教授级高工,主要从事赤潮研究

2、、海洋工程论证、环境评价等工作。摘 要:为将疏浚泥转化为可再利用的材料,以减少疏浚泥海洋倾倒量,利用烧结技术将疏浚泥转化为建筑材料轻质陶粒进行再利用,把掺疏浚泥的混合料投入应用性试生产。结果表明,当混合料中疏浚泥与黏土的比例达到1B 2或1B 3时,烧结温度1160e ,焙烧效果较好,所得陶粒的颗粒密度较低;陶粒产品的表观密度<450kg /m 3,筒压强度>1.2M Pa ,产品性能符合国家标准;生产成本基本上没有增加,并可节约耕地,产生一定的环境效益和社会效益。关键词:海洋疏浚泥;烧结技术;轻质陶粒;综合利用中图分类号:X 705 文献标识码:A文章编号:1007-7995(2

3、00406-0032-05Study on U si ng Sea D redgedM ud toProduce L ightW ei ght AggregateXI E Jian 1, LI N X in -cheng 2, SH I Ping 1, WAN De -r ong 2, C HEN W e i2(1.South Ch ina SeaM arine Engineering and E nviron m ent Institute ,SOA,Guangzhou 510300,China ;2.Guangzhou H UASUI LECA P roducts Cor poration

4、,Guangzhou 510760,China Abst ract :W e try to transfor m sea dredged m ud into a constr uction m ateria ls ,li g htw e i g ht aggregate ,by usi n g si n tering technology to transfor m dredged m ud i n to recyc ling m aterial to reduce the sea dredged m ud dum p i n g .W e m i x sea dredged m ud and

5、 clay and put t h e m i n to product li n e to produce lightw e i g ht agg regate .The resu lts of the production sho w that si n ter i n g effect is better and the agg regate density is lo w erw hen the proporti o n bet w een sea dredged m ud and clay is i n the ratio of 1B 2and 1B 3and t h e si n

6、teri n g te m perat u re is 1160e .The accu m u l a ti o n density of the aggregate product is <450kg /m 3,and the intensity of t h e aggregate product is >1.2M Pa .It indates that the products perfor m ance accords w it h the nati o n standard .The pruduction cost has not increased basicall y

7、 .W hat .s m ore ,it can save p l o w land and produce so m e envir on m enta l benefit and soc i a l bene fi.t K ey w ords :sea dredged m ud ;si n teri n g techno l o gy ;li g htw e i g ht aggregate ;co m positive u -tilization随着我国沿海经济和海上运输的快速发展,港口、航道、海洋和海岸工程的建设及维护工程迅速增长,向海洋倾倒的疏浚泥数量也随之增加。这严重影响海洋资源的

8、有效利用,并对海洋环境造成了不可弥补的破坏。减少疏浚泥海洋倾倒的最好方法是利用高新技术将疏浚泥转化为可再利用的材料。笔者尝试应用烧结技术将疏浚泥转化为建筑材料轻质陶粒进行再利用,寻找一条疏浚泥综合利用的道路。轻质陶粒是一种人造轻质骨料,它是以黏土(如田泥或河流滩涂泥等为原料,在回转窑中经10501300e 高温快速焙烧、膨胀制成的1。目前,随着魚塘泥逐年减少,河流滩涂泥供应不稳定等因素的影响,用作生产陶粒的主原料(陆地黏土面临二次开发的课题。因此,用海洋疏浚泥全部或部分取代陆地黏土就成了解决未来陶粒生产原料短缺的主要思路之一。1 疏浚泥生产陶粒的可行性分析发现,疏浚泥主要以淤泥、黏土为主,疏浚

9、泥的各化学成分的组成含量与陆地黏土相仿(表1,其中S i O 2的含量最高,占1/2以上,其次是A l 2O 3和Fe 2O 3,从化学成分来看,所测定的疏浚泥样品适合焙烧陶粒,因而用海洋疏浚泥全部或部分取代陆地黏土生产陶粒从原料成分上来说是可行的。但是,疏浚泥中水分含量和含砂量都比陆地黏土高,因此,在用海洋疏浚泥生产陶粒时要首先解决好水分和含砂量高的问题。表1 样品物化检验结果T ab .1 Physical and ch e m ical test resu lts of the sa mp les%项目S i O 2A l 2O 3F e 2O 3CaO M gO 烧失量(有机质合计含砂

10、量18.630焙烧陶粒适宜范0322 疏浚泥生产陶粒的方法原理疏浚泥在焙烧过程中,疏浚泥中的黏土质矿物在高温作用下软化并具有一定的黏度,它在自重的作用下沿着倾斜的旋窑向下滚动而形成球形颗粒,生产出粒型系数接近于1的球型陶粒。同时在黏土质矿物软化的温度范围(大约10501300e 内,黏土的某些矿物成分会产生膨胀性气体,在气体压力的作用下,已经软化的黏土发生膨胀,形成多孔结构。其膨胀机理2,4包括如下几个方面:1黏土质矿物在膨胀温度范围内产生的气体压力小于膨胀孔隙孔壁的破裂强度,从而避免膨胀性气体外逸造成陶粒爆裂而形成不规则粒型;233第6期 谢 健等:利

11、用海洋疏浚泥生产轻质陶粒的研究含结晶水矿物在高温下脱水形成膨胀性水蒸汽参与黏土的膨胀过程;3有机质将黏土质矿物中的氧化铁还原成氧化亚铁并产生膨胀性气体CO2,疏浚泥中的贝壳、珊湖屑等也分别释放出膨胀性气体CO2,二者均以微小封闭气泡的形式均匀分散于部分熔化的黏土液相中,冷却后即形成多孔质结构。3疏浚泥生产陶粒的最佳配方和条件表1可知,疏浚泥与陆地黏土相比,其成分尚有差异,用疏浚泥作为烧结陶粒的原料时,为使原料具备烧胀性能,只有在全面了解原料的矿物组成、化学成分、颗粒组成等理化性质之后,按缺啥补啥的原则,引入少量的掺合料,才能达到预期的目的2,3。据此,按照生产轻质陶粒对所用黏土的化学成分及颗粒

12、的要求,需对焙烧陶粒的原料进行配方设计。配方设计主要考虑原料的含砂量、含水量和化学成分中的Si O2和A l2O3含量。一般来说, S i O2和A l2O3的含量必须在规定的范围内,且偏低会更好,而Fe2O3含量和有机质的含量则需偏高,黏土的含水率和含砂量越小越好,其他作为参考。根据这个原则,我们依据实验情况,在疏浚泥中加入一定比例的陆地黏土,并加入几种掺合料来对原料进行少量的配方调节,共设计了6种配方(表2,其中第6种配方作为对比,分别在1120、1140和1160e3种温度下对6种配方进行了实验室试烧,以寻找疏浚泥烧结陶粒的最佳工艺配方和条件。由表2可知,用纯疏浚泥作为原料烧结陶粒的效果

13、比用纯陆地黏土的效果差。把疏浚泥与现用黏土按不同比例混合使用,结果大有改善。当混合料中疏浚泥与黏土的比例达到1B2或1B3时,烧结温度为1 160e,焙烧效果较好,所得陶粒的颗粒密度较低。表2试烧配方及试烧陶粒颗粒密度Tab.2Experi m ent d i rect i on s and granule density of si n tered-aggregate at differen t te mp eratu re s编号配方陆地黏土/kg疏浚泥/kg铁粉/kg石灰粉/kg污泥/kg颗粒密度/(kg#m-31120e1140e1160e4生产中试及产品性能检验根据前面实验室试烧的结

14、果,当疏浚泥与黏土的混合比例为1B2和1B3时,焙烧所得陶粒的效果最好。因此在中试前,把疏浚泥与黏土按1B3的比例送入泥库,贮存6、7d后,作生产性中试,备用。中试生产时,还需加入一些添加剂,然后在生产线最优条件下利用疏浚泥作为原料烧结陶粒。所得陶粒产品的中试检验结果如表3所示。34湛江海洋大学学报第24卷 表3 中试产品检验结果Tab .3 T est resu lts of m ed iu m-test produc ts班次黏土水分/%混合料水分/%陶粒1h 吸水率/%陶粒颗粒密度/(kg #m -3陶粒表观密度/(kg #m -333.532.013.36803701.31表3可见,用

15、疏浚泥部分代替陆地黏土生产陶粒,陶粒产品的表观密度都低于450kg /m 3。筒压强度结果为1.65、1.31M Pa ,对照国标GB /T 17431.11998的要求,即对轻质陶粒产品的技术指标要求:规格025mm;表观密度450kg /m 3;筒压强度1.2M Pa 。可以发现,在适当的生产条件下,中试陶粒产品的性能(陶粒产品的容重和筒压强度符合国标GB /T 17431.11998要求。5 生产成本效益分析5.1 生产成本分析广州华穗轻质陶粒制品厂现生产的陆地黏土陶粒产品颗粒密度可达到370kg /m 3。如把疏浚泥与黏土以1B 3的比例混合用于生产,从中试的结果来看,中试产品与纯黏土

16、陶粒产品的表观密度的差距已经缩小到20kg /m 3,虽然陶粒产量可能略有下降,但由于疏浚泥到厂一般只需运输费用,无需购买费用,成本较低,两者综合考虑,可以认为生产成本基本持平。因此,用疏浚泥生产陶粒从经济上来说还是可行的。5.2 社会效益分析用疏浚泥生产陶粒还可使疏浚泥废物利用,节约耕地,产生一定的环境效益和社会效益。该项目每年使用疏浚泥10万,t 则可节约耕地面积6万m 2。如果全国沿海的20个城市都有一个陶粒生产工厂应用本项技术,按每个工厂每年使用疏浚泥10万t 计算,则可节约耕地面积120万m 2。6 相关问题分析6.1 疏浚泥的含水量陶粒的生产对原料含水量有一定的选择性,一般要求黏土

17、的含水量要小于35%,而疏浚35第6期 谢 健等:利用海洋疏浚泥生产轻质陶粒的研究泥的水分比较高,因此在生产应用中首先要降低它的含水量。可以采用的方法主要有两种,一是脱水方法,这种方法一般成本比较高;因此可以采用第二种方法,即采用自然阴干的方法,这种方法在减少水分的同时,可以延长疏浚泥的陈腐时间,改善塑性,这对陶粒的生产是有利的,不过这种方法需增加大面积的储库。6.2疏浚泥的含砂量陶粒的生产还对原料的颗粒组成有一定的选择性,要求颗粒越小越好。如果疏浚泥中含有大量的砂石、贝壳等粗颗粒物质,这样在烧结过程中就容易造成球体的开裂,因此,在实际生产中,就要选择那种含砂量和含粗颗粒物比较少的疏浚泥进行陶

18、粒的生产。6.3疏浚泥陶粒中的C l-含量4海洋疏浚泥中含盐分较高,C l-的含量较高,质量分数达到1.02%。因为C l-对金属构成威胁,所以人们对其在陶粒中的含量极为关注,C l-含量高低是影响开发利用疏浚泥轻质陶粒可行性和经济性的重要因素。研究发现,在高温烟气中的水蒸气的作用下,NaC l会被分解为N a2O和H C,l H C l随水蒸气一起被排除,Na2O与陶粒表面的黏土和黏土中的游离S i O2发生作用,在陶粒表面形成一层极薄的玻璃质层。其反应式为:2N a C l+H2ONa2O+2HC lN a2O+A l2O3#2S i O2+Si O2Na2O#A l2O3#3Si O2这种玻璃