基本信息
- 項目名稱：
- 利用海底淤泥制取陶粒的實驗研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 對舟山海域海底淤泥的成分、粒度等特性進行分析，采用海底淤泥對陶粒的燒結工藝開展實驗研究。結果表明：純舟山海泥的燒脹系數(shù)較小，原料中引入少量的摻合料進行配比，將能夠提高原料的燒脹性能，制取出優(yōu)質超輕的陶粒制品。在制取陶粒的工藝中，生料球的干燥溫度為150℃為宜。預熱溫度也應當控制在400℃左右。比較合理的燒脹溫度為1150℃，燒脹時間控制在12min～15min，燒制出的陶粒的綜合性能較佳。
- 詳細介紹：
- 陶粒，即陶質的顆粒，外觀大部分呈圓形或橢圓形球體，也有一些呈不規(guī)則碎石狀。它的表面是一層堅硬的外殼，這層外殼呈陶質或釉質，具有隔水保氣作用，并且賦予陶粒較高的強度。陶粒的粒徑一般為5～20 mm，最大的粒徑為25 mm。陶粒具有許多優(yōu)異性能：1、密度小、質輕。陶粒自身的堆積密度小于1100 kg/m3，一般為300～900 kg/m3。以陶粒為骨料制作的混凝土密度為1100～1800 kg/m3，相應的混凝土抗壓強度為30.5～40.0 Mpa。2、保溫、隔熱。陶粒由于內部多孔，用它配制的混凝土熱導率一般為0.3～0.8 W/（m2?k），比普通混凝土低1～2倍。3、耐火性好，陶粒耐火性是普通混凝土的4倍多。4、抗震性能好。陶?；炷劣捎谫|量輕，彈性模量低，抗變形性能好。5、陶粒混凝土耐酸、堿腐蝕和抗凍性能優(yōu)于普通混凝土。6、陶?；炷恋目?jié)B性能優(yōu)于普通混凝土。7、陶粒具有優(yōu)異的抗堿集料反應能力，可在一定程度上增加安全性，延長建筑物的使用壽命。正是基于上述各項優(yōu)點，陶粒在很多的場合都得到了廣泛應用：用于砌塊、板塊原料；用于橋梁、船舶、設備基礎和建筑基礎墊層；用于鋪路材料和公路路基處理；用其與瀝青、砂石混合制成的鋪路材料；用于管道保溫、廁盆回填；用于園林綠化排水及無土栽培等。 陶粒的原料可以來自于粉煤灰、黏土亞黏土、頁巖、城市生活垃圾、煤矸石、生物污泥、海河底泥等。20世紀90年代，隨著我國的經(jīng)濟和高層建筑、節(jié)能建筑的快速發(fā)展，輕骨料及其混凝土制品以綜合優(yōu)勢步入了快速發(fā)展時期。據(jù)不完全統(tǒng)計，2000年全國陶粒產(chǎn)量約為240萬m3，共有120余條生產(chǎn)線。2004年起，廣東東莞、浙江溫州、上虞、海寧等地7～8 家小型陶粒廠(每廠年產(chǎn)2萬m3～5 萬m3)，利用當?shù)睾恿?、湖泊的淤? 采用重復堆積自然干燥法生產(chǎn)超輕、普通、高強陶粒, 綜合效益較好。目前, 為適應市場需求, 浙江上虞等地正在籌建大規(guī)模(年產(chǎn)約20萬m3)淤泥陶粒生產(chǎn)線。 舟山海域海底淤泥沉積物主要為粉沙質粘土軟泥、亞粘土或粘土質軟泥。如何有效的處理利用海底淤泥，使之不會造成海洋生態(tài)危害，或是將海底淤泥變廢為寶、以廢治廢，是需要迫切關心的問題。另外，海洋經(jīng)濟的開發(fā)與建設帶動了沿海地區(qū)建筑業(yè)和海洋運輸業(yè)的迅猛發(fā)展。作為國家海洋綜合開發(fā)試驗區(qū)，舟山轄區(qū)內海島眾多，岸線漫長，海域遼闊，海洋資源相當豐富。沿海海岸各類碼頭、航道的水域中, 儲積了難以計數(shù)的海底淤泥, 在進行海洋平臺、跨海大橋、航道疏浚等工程建設過程中，挖泥船采出的大量的海底淤泥被運至遠洋深水域中傾倒或堆積在海岸形成灘涂，由此造成輸運的費用巨大，而且浪費了海底淤泥的潛在應用價值。因此，如何對挖掘出的海底淤泥進行有效合理處置和開發(fā)利用是一個需要面對的問題。 利用海底淤泥制造建筑用陶粒，不但會減少建材制造業(yè)與農(nóng)業(yè)用地爭土，而且還為海底淤泥找到了合理出路，解決了海底淤泥的二次污染問題，達到了廢棄物資源化的目的[1-3]。就經(jīng)濟意義而言，海泥是一種廢棄物，源頭的材料是低價值的，而通過海泥制取得的陶粒具有很廣泛的應用前景和價值，最終經(jīng)濟效益是十分可觀的。從社會效益來看，目前的航道淤泥形勢嚴峻，不但使海床抬高，降低通航能力，影響交通，而且污染水體和環(huán)境，導致赤潮、藍藻的爆發(fā)。因此，利用海泥生產(chǎn)陶粒, 節(jié)土、節(jié)能、保護環(huán)境, 綜合技術經(jīng)濟效益與社會效益明顯。但由于地理位置和海域的不同，海底淤泥的礦物組成和化學成份會有所差異, 所以在陶粒制取工藝中的參數(shù)控制會有所不同。本文基于對舟山海域的海底淤泥的成份分析，開展對海泥陶粒制取工藝的實驗研究，期望本研究能對海底淤泥的應用及建筑材料的開發(fā)起到一定的參考作用。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 陶粒具有密度小、質輕、保溫、隔熱、耐火性好、抗震性能好、吸水率低、抗?jié)B性等諸多優(yōu)點，因此在建筑砌塊、板塊、路基處理、廁盆回填、園林綠化排水及無土栽培等場合得到廣泛應用。舟山具有優(yōu)越的海洋地理條件，可以采用海底淤泥制取陶粒的技術，利用海底泥制造陶粒，不但會減少建材制造業(yè)與農(nóng)業(yè)用地爭土，而且還為海底泥找到了合理出路，解決了海底泥的二次污染問題，達到了廢棄物資源化的目的。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、采用舟山海域海底淤泥為主要原料，采用生活污泥等為添加劑，制備比表面積大、空隙率高的陶粒，為海泥的資源化提供了一個具有優(yōu)勢的方向，同時也為海底泥的治理和處置提供一定的理論依據(jù)和參考。保護了海洋生態(tài)環(huán)境，對控制海洋環(huán)境污染惡化的趨勢提供了技術解決途徑。 2、根據(jù)舟山本地目前的建材市場狀況，推廣應用海泥陶粒作為骨料生產(chǎn)新型建筑材料，為資源的有效利用及建筑材料的節(jié)能、降耗提供技術支持。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 本項目是根據(jù)舟山市的海域環(huán)境及建材市場供應現(xiàn)狀而提出的。我市經(jīng)濟的發(fā)展和不同類型建筑物的建設，對建筑材料供應的要求也越來越高。該技術在舟山市已具備有良好的物質、經(jīng)濟、技術條件。建材市場的節(jié)能、降耗為新型材料—海泥陶粒提供了難得的發(fā)展機遇。特別是建筑企業(yè)、裝飾企業(yè)、園林規(guī)劃、污染處理企業(yè)等都是海泥陶粒的潛在用戶。此外，一些公用事業(yè)、污水處理、海水淡化等單位都為該技術提供了很廣闊的市場發(fā)展前景。
學術論文摘要
- 海洋經(jīng)濟的開發(fā)與建設帶動了沿海地區(qū)建筑業(yè)和海洋運輸業(yè)的迅猛發(fā)展。沿海海岸各類碼頭、航道的水域中, 儲積了難以計數(shù)的海底淤泥, 在進行海洋平臺、跨海大橋、航道疏浚等工程建設過程中，挖泥船采出的大量的海底淤泥被運至遠洋深水域中傾倒或堆積在海岸形成灘涂，由此造成輸運的費用巨大，而且浪費了海底淤泥的潛在應用價值。因此，如何對挖掘出的海底淤泥進行有效合理處置和開發(fā)利用是一個需要面對的問題。本文對舟山海域海底淤泥的成分、粒度等特性進行分析，采用海底淤泥對陶粒的燒結工藝開展實驗研究。結果表明：純舟山海泥的燒脹系數(shù)較小，原料中引入少量的摻合料進行配比，將能夠提高原料的燒脹性能，制取出優(yōu)質超輕的陶粒制品。在制取陶粒的工藝中，生料球的干燥溫度為150℃為宜。預熱溫度也應當控制在400℃左右。比較合理的燒脹溫度為1150℃，燒脹時間控制在12min～15min，燒制出的陶粒的綜合性能較佳。本研究能對海底淤泥的應用及建筑材料的開發(fā)起到一定的參考作用。
獲獎情況
- 學術作品的前期工作內容及成果曾在2009年底合肥舉辦的中國工程熱物理年會小組會議上宣讀并報告，所有的研究內容都還未在任何刊物上發(fā)表。
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1]楊麗炫. 陶粒的開發(fā)與應用前景[ J ]. 云南建材, 1997 (4) : 5-9. [2]宋淑敏,陳烈芳. 利用海泥生產(chǎn)陶粒[ J ]. 粉煤灰, 1999 (2) : 18-20. [3]遲培云,張連棟,錢強. 利用淤積海泥燒制超輕陶粒研究[ J ]. 新型建筑材料, 2002 (3) : 28-30. [4]嚴捍東.生活污泥改性燒制超輕陶粒的研究[J]. 環(huán)境污染與防治, 2005, 27(1): 63-66. [5] Tay J H, Show K Y, Hong S Y. Concrete aggregates made from sludge-marine clay mixes [J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2002,9(11):392-398. [6] Jordán M M, Almendro-Candel M B, Romero M. Application of sewage sludge in the manufacturing of ceramic tile bodies [J]. Applied Clay Science, 2005,30:219-224. [7]謝健,林鑫城,石萍,萬德榮,陳煒.利用海洋疏浚泥生產(chǎn)輕質陶粒的研究[J].湛江海洋大學學報, 2004,24 (6):32-36. [8]趙傳文,趙宇聽.燒脹型輕質粉煤灰陶粒的研制與生產(chǎn)[J].粉煤灰,2005,(2):33-34. [9]郭玉順,丁建彤.粉煤灰陶粒燒脹規(guī)律與膨脹機理研究[J].粉煤灰，2003,(3):15-17. [10]遲培云,張連棟,錢強.利用淤積海泥燒制超輕陶粒研究[J].新型建筑材料,2002,(3):28-29.
同類課題研究水平概述
- 日本采用的天然輕骨料有火山渣、工業(yè)廢料有膨脹礦渣、煤矸石等1965年僅生產(chǎn)130萬噸。首先，對各原料的化學組成進行了測定，并在馬弗爐內進行缺氧燒制陶粒的實驗，結果表明陶粒的機械強度不符合要求，提高燒制溫度和供氧是關鍵因素。之后，對原料配比、預熱溫度、預熱時間、燒脹溫度、燒脹時間等7個因素，分別選定3個水平，在管式爐內通氧進行高溫燒結，進行第一次正交試驗，結果表明：燒脹溫度是決定性因素，三種原料中助熔劑含量普遍較低，陶粒表面不能成釉，吸水率過高。添加Al2O3后，選定同樣的條件，進行第二次正交試驗，燒制的陶粒吸水率普遍降低，表面成釉，符合國家要求。通過驗證實驗，確定了污泥燒制陶粒的最佳工藝條件。年達到800萬噸，十年內增加了六倍，可以看出日本對陶粒的生產(chǎn)非常重視。 國內輕骨料發(fā)展已經(jīng)有將近50年的歷史，據(jù)不完全統(tǒng)計，1993年全國陶粒產(chǎn)量增至130萬m3，1996年250萬m3，2000年240萬m3，到2000年底全國一年共有有120余條生產(chǎn)線。2002年～2005年，武漢理工大學等單位利用武漢東湖、水果湖淤泥研制并進行工業(yè)性試生產(chǎn)600級、700級、800級高強陶粒獲得成功；目前, 為適應市場需求, 浙江上虞等地正在籌建大規(guī)模(年產(chǎn)約20萬m3)淤泥陶粒生產(chǎn)線。 國內外生產(chǎn)陶粒的原料很多。從國外情況來看，每個國家和地區(qū)都根據(jù)其資源條件，就地取材，因地制宜地發(fā)展各種陶粒生產(chǎn)。例如：前蘇聯(lián)以粘土陶粒為主，英國以工業(yè)廢渣陶粒為主，德國和日本則大量利用天然輕骨料。目前，粉煤灰陶粒最為廣泛。其中粘土、頁巖、珍珠巖等天然原料作陶粒的生產(chǎn)原料都不同程度地受到土地資源的限制，對節(jié)約土地不利。為了適應進一步減輕結構自重，改善建筑功能的需要，各國正在利用本國地方特色資源的工業(yè)廢料探索輕質、高強的輕骨料新品種。尋求新的原料來源及工藝，降低燃料以便進一步降低輕骨料的成本。 當前，對陶粒技術的研究主要集中在幾個方面：一是陶粒生產(chǎn)原料的擴展，現(xiàn)有的大多生產(chǎn)工藝都以粘土為原料，對于固體棄物、海河底泥等作為原材料由此引起的原料成份變化、制作工藝變化的情況需要進一步研究。二是加強陶粒生產(chǎn)工藝及設備研究，提高產(chǎn)品質量、降低成本，以利于工程推廣應用。三是加強陶粒輕骨料及輕混凝土的基本性能、測試技術與評價標準的研究。四是進一步加大對陶粒技術應用技術與應用范圍的研究。
