制革含鉻污泥制備陶粒的技術

　　作為世界皮革重要生產國，環(huán)境污染已成制約制革行業(yè)發(fā)展的重大難題。制革行業(yè)主要有固廢、廢氣、廢水的污染。數據顯示，原皮生產每年會有達100萬t制革污泥無處安置，亟待解決。制革含鉻污泥危害極大，除因其含細菌、病毒、寄生蟲卵等，更主要是其中鉻的危害，有資料調查，制革含鉻污泥中鉻的含量為10~40g/kg。研究制革含鉻污泥處置有十分重要意義。

　　填埋、焚燒、農用等傳統(tǒng)污泥處置存在浪費土地、二次污染等缺陷。陶粒是一種新型建材，以粘土、污泥為原料，摻輔料高溫燒制而成。陶粒具有質輕、強度高、導熱系數低、吸水率小等優(yōu)點。污泥制備陶粒是可持續(xù)處置方式，普通污泥制備陶粒文獻較多，制革污泥制備陶粒研究較少。制革污泥制備陶粒對原料配比、燒制溫度選擇不同會導致陶粒性能差異較大。本文以制革含鉻污泥、粉煤灰和粘土為原料，開展陶粒制備實驗，研究原料配比、燒結溫度對陶粒筒壓強度、堆積密度、吸水率及鉻浸出量等各性能的影響，探究最佳工藝，實現(xiàn)制革含鉻污泥資源化利用。

　　1、材料與方法

　　1.1 主要材料與儀器

　　材料：漳浦赤湖皮革園區(qū)制革廠含鉻污泥，當地火力發(fā)電廠粉煤灰，漳浦縣赤湖皮革園區(qū)周邊粘土。

　　儀器：上海譜元Alpha1106可見分光光度計、上海方瑞FA2004電子分析天平、南京科捷4520A石墨爐原子吸收分光光度計。

　　1.2 實驗內容

　　1.2.1 原料配比

　　Riley研究陶粒時發(fā)現(xiàn)確定原料配比范圍的Riley三角形，即SiO2為53%~79%、Al2O3為10%~25%、燒結助劑為13%~26%，原料配比設計如表1所示。

　　1.2.2 燒結溫度

　　燒結溫度對陶粒性能有決定作用，原料SiO2和Al2O3含量越高，較高溫度才能使陶粒達到一定粘度，污泥則需相對較低溫度。實驗預熱溫度設置為300℃，燒結溫度設置為：1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1180℃。

　　1.2.3 燒結時間

　　在滿足陶粒物理性能的同時，較長燒結時間會增加成本，控制時間能降低能耗。經實驗研究，30min為陶粒煅燒臨界值，此時陶粒燒結反應已基本完成。因此控制燒結時間均為30min。

　　1.2.4 陶粒性能檢測

　　根據《輕集料及其試驗方法#第2部分：輕集料試驗方法》(GB/T17431.2-2010)測定陶粒筒壓強度、堆積密度、吸水率。根據《固體廢物總鉻的測定二苯碳酰二肼分光光度法》(GB/T15555.5-1995)測定總鉻含量。

　　2、結果與討論

　　2.1 操作條件對陶粒筒壓強度的影響

　　燒結時間30min，考察原料配比、燒結溫度對陶粒筒壓強度的影響，結果見圖1。溫度相同，在臨界值前，污泥比例增大，筒壓強度升高，超臨界值，污泥含量增加，筒壓強度減小。污泥比例低，陶粒內部形成孔隙少且小，不能形成較好網狀結構，污泥增加，筒壓強度增大，污泥過高，陶粒內部形成孔隙大且多，不牢固，不能形成致密網狀結構，陶粒抗壓強度下降。配比相同，溫度升高，筒壓強度逐漸增大，溫度1100℃之前陶粒筒壓強度升高較慢且較低，1100℃之后陶粒筒壓強度升高較快。

　　2.2 操作條件對陶粒堆積密度的影響

　　燒結時間30min，考察原料配比、燒結溫度對陶粒堆積密度的影響，結果見圖2。溫度不變，堆積密度與粉煤灰含量同比增大，配比4堆積密度<配比3堆積密度<配比2堆積密度<配比1堆積密度。粉煤灰含量越高，液相產生溫度提高，液相不足大多數氣體不能被包裹而溢出陶粒，陶粒膨脹效果變差，堆積密度越大。配比相同，溫度提高，堆積密度增大，溫度越高，液相越多，在高溫條件下有一定粘度，在表面張力作用下收縮，堆積密度增加。

　　2.3 操作條件對陶粒吸水率的影響

　　燒結時間30min，考察原料配比、燒結溫度對陶粒吸水率的影響，結果見圖3。溫度相同，污泥中鉻含量越高，陶粒吸水率越高，污泥中揮發(fā)性組分含量較高，發(fā)泡明顯，陶粒氣孔率較高，有利水分擴散，陶粒吸水率較高。配比相同，陶粒吸水率隨溫度升高而下降，溫度低于1050℃，吸水率較高，溫度高于1050℃，吸水率較低。較高溫度，陶粒內部不斷膨脹，在空間大小保持不變條件下密度增大，陶粒表面氣孔數量急劇減少，吸水率隨之降低。

　　2.4 操作條件對陶粒鉻浸出量的影響

　　燒結時間30min，考察原料配比、燒結溫度對陶粒鉻浸出量的影響，結果見圖4。

　　溫度相同，陶粒鉻浸出量隨污泥中鉻含量增大而升高。配比相同，陶粒鉻浸出量隨溫度升高而降低，高溫下，鉻逐漸被固定在生成液相中或與其他礦物質發(fā)生反應，鉻浸出量呈下降趨勢。

　　3、結論

　　(1)燒結溫度相同，增加污泥含量可提高筒壓強度，增加粉煤灰含量可提高陶粒堆積密度，增加污泥含量可增加陶粒吸水率，降低污泥含量可降低鉻浸出量。配比相同，溫度升高可提高陶粒筒壓強度、堆積密度，溫度升高可降低陶粒吸水率和鉻浸出量。

　　(2)綜合考慮經濟成本及損耗，當制革含鉻污泥：粘土：粉煤灰=5：2：3、燒結溫度1150℃、燒結時間30min時，陶粒效果最好，具有經濟適用性。(來源：漳州市漳浦生態(tài)環(huán)境局)