文 献 综 述
1.引言
我国正处在工业化和城镇化快速发展的阶段,能源消耗强度较高,消费规模不断扩大。高投入、高消耗、高污染的粗放型经济增长方式,加剧了能源供求矛盾,导致了环境状况的不断恶化。化工和建材生产企业排放的固体废弃物与建筑垃圾占我国固体废弃物排放总量的很大一部分。我国对这些固体废弃物的综合利用率很低,大量可再生固体废弃物未得到合理的回收利用,未经处理的固体废弃物不仅占用土地,破坏景观,而且有害成分污染大气和水系,侵入土壤影响生物生长,危害人身健康。
造纸白泥是造纸工业碱回收过程中苛化反应获得的一种副产品,主要化学成分是碳酸钙,具有较高碱性。由于社会对纸类需求的不断增长,造纸白泥的产量仍在大幅增加。大多数的造纸白泥通过填埋的方式处理,这无疑会导致大量的土地资源被占用并造成重大环境污染问题,因此,寻找一种妥善的处理造纸白泥的方法迫在眉睫。同时,电厂炉渣占地和污染问题仍没有得到有效抑制,目前多数矸石电厂是以水冷渣方式排放,造成了炉渣含水量高而不易加工,同时也造成了炉渣中CaO同SiO2、Al2O3、Fe2O3等化学成分发生复杂的水化反应,破坏和降低了炉渣的活性。因此,对电厂炉渣的资源化有效利用对保护耕地、改善环境及实现经济可持续发展都具有重要意义。
2.陶粒
陶粒(又称人造轻骨料),即陶质的颗粒,一般呈圆形或椭圆形,或不规则碎石状。陶粒产品密度小,质量轻,在建筑方面用作高层建筑、桥梁等承重结构件的轻质高强骨料,以代替传统的石子制作轻质集料混凝土。陶粒混凝土较普通混凝土具有更好的保温、耐热、耐火性,又因其骨料的轻质性,是一种性能优异的轻质建筑材料。陶粒的制造起初依赖于页岩及黏土作原料,受到资源的限制,其发展有很大的区域性。粉煤灰陶粒的兴起为陶粒的制造提供了新的原料,极大地缓解了资源区域性的矛盾。而如今,利用化工固废生产轻质高强硅酸盐陶粒,是面向应用于活性滤料、建筑陶粒、预制构件、园林绿化等领域的新型节能环保产品,该产品不但能够解决电厂炉渣、粉煤灰、造纸白泥渣等化工固废对环境的污染问题,而且可以实现变废为宝。
陶瓷滤料一般含有Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O、K2O等氧化物,这些成分也是混凝土细骨料、陶粒材料等建筑材料以及市政、工业污水处理反应器中的过滤材料的有效成分。造纸白泥渣、电厂炉渣和粉煤灰含有与上述几种材料相似的成分,因此它们可以被回收利用并制备出陶瓷滤料,实现固废资源的循环利用。
3.陶粒的生产工艺与设备
以电厂炉渣、白泥渣等化工固废替代石灰材料,制备新型轻质高强陶粒,工艺流程如图2所示。养护温度在100℃以上,在钙硅比不超过0.83时,主要产物为托贝莫来石、CSH(B)及硬硅钙石等。影响免烧陶粒力学性能的主要因素为硅质材料的细度、激发剂掺量、养护方式、蒸养温度和养护时间等。以电厂炉渣、工业废弃物粉煤灰、化工白泥渣为主要原料,不需消耗粘土、页岩等天然轻集料,不需焙烧,只要蒸压养护,可以节省生产成本和能源消耗;在蒸压养护条件下,壳层表面主要是由纤维状的高强水化物托贝莫来石构成,这些水化相与砂浆基体中的水具有良好的亲和性,利于陶粒和砂浆基体间的粘结,从而提高了陶粒与水泥石的粘结力。
生产的壳核结构陶粒(如图1所示)由里向外密实,形成密度梯度,外壳由水泥与粉煤灰按一定比例组成,有效提高骨料与砂浆基体界面结合强度,并提高应变协调性,蒸压养护得到的壳层建筑陶粒的收缩性能优良。
图1 硅酸盐陶粒示意图及样品
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