海泥制砖技术中离子吸附能力分析

海泥制砖技术中离子吸附能力分析

0河道港港澳地区的海泥制砖近年来，国家加强了对粘土的生产和使用，积极支持和推广新材料，取代传统的粘土桩。我国沿海海岸线长、海泥资源丰富,特别是河道港湾清淤的废弃物没有得到有效的利用,既占用土地又污染环境。目前,国际上已有一些国家在研究开发海泥制砖技术,由于各国各地区的海泥成份不同,海泥制砖技术难易不同,科学研究的方式方法也不同。本文通过对粉煤灰、铁尾矿、硅藻土、膨润土、沸石粉在不同掺量烧制的海泥样砖进行灼烧前后离子吸附能力分析,提出解决海泥砖泛霜的有效方法,揭示了单一掺料不同掺量的影响规律,得出了较优掺料掺量配比。1提高分子筛吸附能力海泥制砖的关键技术是解决海泥砖的泛霜问题。通过在海泥中掺加其他掺合料,如粉煤灰、铁尾矿、沸石粉、膨润土、硅藻土等,利用它们各自的特点来减小制品的泛霜程度。粉煤灰不会在950～1050℃出现液相,但其具有一定的吸附可溶出离子的能力,并可以保证原料在烧成温度较高时的体积稳定性;铁尾矿可以在1100～1200℃产生液相,为满足烧成温度较低时产生液相条件,原料中还需要掺入一些内燃煤;沸石粉、膨润土、硅藻土等主要利用其分子筛的结构特点来锁住可溶出性离子的溶出。抑制泛霜的重点措施为:(1)利用低塑性辅助掺合料(如粉煤灰、铁尾矿)中的低熔点矿物在烧成温度范围内能出现适当液相,通过液相对制品孔隙的堵塞作用来提高海泥砖胚体的烧结程度,从而提高制品的抑霜能力;(2)利用沸石粉、膨润土、硅藻土等掺合料分子筛的结构特点来锁住可溶出性氯离子、硫酸根离子、碳酸根离子等,从而抑制或减少泛霜。3砖样离子含量分析粉煤灰F、铁尾矿T、沸石粉S、硅藻土G、膨润土P按5%、10%、15%、20%等量取代海泥,记录纯海泥及各配比砖样灼烧前后可溶出阴离子氯离子Cl-、硫酸根SO42-、重碳酸根CO32-、总碱度含量测试结果,并进行相关分析。(1)粉煤灰不同掺量离子含量分析结合滴定实验,粉煤灰掺加5%后,砖粉原料浸出液中的氯离子、硫酸根含量有8%～14%下降。图2(a)为掺粉煤灰砖样灼烧前离子含量。氯离子和硫酸根含量与海泥含量基本成正比关系,但数量变化不大,因此粉煤灰对于硫酸根、氯离子吸附作用微弱或无明显吸附作用。与此同时,粉煤灰掺量10%以上时,浸出液中碳酸根、重碳酸根含量有相当程度的上升达22%～50%,总碱度没有明显变化,基本成直线关系。因此,随着粉煤灰掺量的增多,碳酸根、重碳酸根增加明显,继而加重砖的泛霜程度。图2(b)为掺粉煤灰砖样灼烧后离子含量,氯离子显著减少,硫酸根离子在粉煤灰掺量为10%时含量最大,碳酸根离子、总碱度也有一定量减少。主要原因是砖样在灼烧过程中,氯离子、碳酸根等离子挥发了。同时,粉煤灰和海泥中部分低熔点矿物形成液相锁住可溶出离子,但作用不明显。(2)铁尾矿不同掺量离子含量分析图3(a)为掺铁尾矿砖样灼烧前离子含量。结合滴定实验数据,随着铁尾矿掺量增加,氯离子和硫酸根离子减少,掺量达到20%时,砖粉原料浸出液中氯离子和硫酸根离子分别下降15.6%和43.6%。铁尾矿对氯离子、硫酸根有明显的吸附作用,随着掺量增加,吸附能力加强,但对氯离子吸附作用弱于硫酸根。砖样灼烧后如图3(b)所示,氯离子减少明显,硫酸根离子灼烧前后变化不大。可见,铁尾矿在950℃下不产生液相,对离子没有液相固化作用,氯离子主要被灼烧过程中挥发了。同时,随着铁尾矿掺量增加,导致重碳酸根、总碱度大幅上升,分别达140%和310%。砖样灼烧后,碳酸根、总碱度离子含量降低不明显,造成试件中等泛霜。(3)沸石粉不同掺量离子含量分析图4(a)为掺沸石粉砖样灼烧前离子含量,沸石粉对于氯离子、硫酸根离子有一定吸附作用,当掺量为5%时,吸附作用最强,氯离子下降达20%,效果达到最佳。图4(b)所示为掺沸石粉砖样灼烧后离子含量都明显减少,可见,沸石粉的分子筛结构特点在灼烧后具有锁住可溶出离子的作用,有助于降低浸出液中离子含量,当掺量为5%时,效果达到最佳。(4)膨润土不同掺量离子含量分析图5(a)为掺膨润土砖样灼烧前离子含量。膨润土对于氯离子有一定吸附作用,随着掺量的增加,离子吸附作用加强;膨润土对碳酸根离子也有一定吸附作用,当掺量为5%时最强;膨润土的加入不会增大硫酸根离子、总碱度的含量。图5(b)为掺膨润土砖样灼烧后离子含量,当膨润土掺量为10%时,硫酸根离子含量最小,其他离子含量都明显降低。(5)硅藻土不同掺量离子含量分析图6(a)和图6(b)为掺硅藻土砖样灼烧前后离子含量。当硅藻土掺量为10%之前,硫酸根离子含量随掺量增加而减小,之后减小缓慢,掺量为10%时效果较好。4掺合料添加量的筛选通过实验室研究和成果分析表明:应用定量化学分析和液相固化分析方法,利用不同掺合料海泥样砖灼烧前后离子含量的实验数据,分析了不同掺合料不同掺量离子吸附能力和液相固化作用,分析了同一掺合料不同掺量离子吸附能力和液相锁住离子的能力,得出抑制泛霜效果可能较好的混合掺合料和掺合比例。得出的较优组合方案:(1)以膨润土(10%)、硅藻土(5%)、沸石粉(5%)混合添加;(2)以膨润土(10%)、铁尾矿(5%)、沸石粉(5%)混合添加。2复合掺合料的制备本研究拟采用粉煤灰、铁尾矿、沸石粉、膨润土、硅藻土作为海泥烧结砖的掺合料,分别试验各种掺合料按5%、10%、15%、20%等质量取代海泥,对海泥样砖