锂云母渣免烧陶粒滤料制备及酸侵蚀机理研究

对锂云母粉磨细活化制备免烧陶粒滤料,并对其酸侵蚀机理进行了研究,2种锂云母渣经磨细活化后28 d活性指数分别达到87%和90%,具有较好的水化反应活性。随着锂云母渣、膨胀珍珠岩用量增加,陶粒滤料的强度降低显著,二者掺量分别不宜超过40%和10%,此时陶粒滤料筒压强度达到为6.1 MPa,堆积密度745 kg/m~3;BET平均孔径为10.2 nm,介孔平均孔径为10.5 nm,以介孔为主,微孔较少;其BET比表面积达46.9 m~2/g,具有较优异的吸附性能。XRD测试分析表明,经盐酸侵蚀后,陶粒滤料中方解石含量从47.1%降低到20.0%。要制备能应用于酸性环境的陶粒滤料,需对其进行改性,提高其耐酸腐蚀性。

硫型免烧自养反硝化填料制备及其脱氮性能研究

针对目前自养反硝化填料成本高、结构不稳定等缺点,利用硫铁矿和硫磺为主要原料通过免烧法得到硫型免烧填料(SUF)。结果表明,SUF破碎率低(4.73%)、孔隙丰富,SUF反应器启动时间短(12 d),在提高进水NO3--N浓度阶段,进水NO3--N质量浓度在15~30 mg/L范围内,SUF反应器对NO3--N的平均去除率为88.14%,在进水NO3--N质量浓度提升至44 mg/L时,SUF反应器能够适应并迅速恢复高效运行,平均去除率为90.84%,显示出了优异的脱氮性能。相比于市售填料(CF),SUF在保证脱氮效率的同时,成本更低且结构稳定。SUF反应器中主要功能菌属为Ferritrophicum、Sulfurimonas、Thiobacillus等,SUF中的硫和硫化物作为电子供体被微生物利用。

组成对淤泥免烧陶粒性能的影响研究

为实现河道淤泥资源化高效利用,在对河道淤泥进行成分分析和预处理的基础上,以淤泥为主料,以聚乙烯醇为成孔剂,生石灰、石膏共同作为激发剂,采用免烧法制备成陶粒,从组成的角度研究对陶粒的吸水率、单粒抗压强度、堆积密度的影响,最后通过正交试验优化试验配合比。研究结果表明:利用淤泥制备免烧陶粒,当用水量为原料总质量的80%时易成球且较为均匀;随着成孔剂掺量的增加,吸水率增大,单粒抗压强度和堆积密度下降;随着淤泥与水泥比例的增加,吸水率降低,单粒抗压强度和堆积密度增大;随着激发剂掺量的增加,吸水率有小幅提高,单粒抗压强度和堆积密度均呈现先增大后降低的趋势;通过正交试验确定淤泥免烧陶粒的最佳配合比:淤泥与水泥质量比为0.8,成孔剂的掺量为淤泥质量的4%,激发剂掺量为淤泥质量的7%。

磷石膏免烧轻集料的性能研究及固化机理分析

制备了磷石膏基免烧轻集料并测试了轻集料的相关性能,根据轻集料的表征分析其固化机理。当磷石膏掺量为54%时,表观密度最低为1277 kg/m3;掺量为51%时,堆积密度最低为953 kg/m3;掺量为45%时,21 d筒压强度最高为5.23 MPa,吸水率最低为25.5%。利用响应面模型分析粉煤灰、煅烧尾矿、生石灰配比对轻集料强度的影响,最优配比为m(粉煤灰)∶m(煅烧磷尾矿)∶m(生石灰)=23.53∶10.32∶2.88,此时预测21 d筒压强度为5.56 MPa,实际得到5.42 MPa,吸水率为24.5%,堆积密度为952 kg/m3,表观密度为1241 kg/m3的轻集料,对轻集料进行微观分析,发现板状磷石膏穿插胶凝在水化硅铝酸钙的地聚物网格中,针状钙矾石、钙沸石填充在孔隙中,各物料最终反应固化形成免烧轻集料。

赤泥基免烧陶粒的制备及性能影响因素

以拜耳法赤泥、高炉矿渣、硅灰为主要原料制备一种免烧陶粒,并探究了赤泥-矿渣质量比、Na_(2)SiO_(3)添加量、养护天数对免烧陶粒理化性能的影响。结果表明,赤泥基免烧陶粒的最佳制备条件为:赤泥、矿渣与硅灰质量比=5∶4∶1,水泥添加量(质量分数)10%,CaO添加量(质量分数)5%,质量分数2%Na_(2)SiO_(3)水溶液添加量为35 mL/100 g。经自然养护28 d后,该条件下制得的免烧陶粒单粒抗压强度为3.61 MPa,吸水度为16.03%,堆积密度为864.40 kg/m^(3),达到GB/T 17431.1-2010《轻集料及其试验方法》中普通轻质骨料的规范要求。经扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射(XRD)分析发现,最佳条件下陶粒内部物相紧密结合,孔隙封闭,水化作用下不断生成(C-S-H)凝胶和钙矾石类晶态组织,显著提高了陶粒的综合力学性能。本研究为赤泥等大宗固废实现资源化应用提供了一定的理论参考。

一种新型钢渣基免烧陶粒滤料的制备及其性能研究

采用免烧工艺以钢渣为主要原料制备陶粒滤料,并用其替代高炉底滤法水冲渣工艺过滤池中的鹅卵石,为钢渣资源化利用提供新思路。在确定基础配比(钢渣:水泥为2.0)后,选取石膏和水玻璃作为激发剂研究其对滤料性能的影响。最终选取石膏添加量为8%作为滤料的最优制备参数,此时滤料颗粒强度为4.14 MPa,1 h吸水率为9.05%,颗粒密度为1.49 kg/m^(3),25次抗冷热冲击后强度降幅仅为3%,过滤速度为5.92 mm/s。借助X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)对滤料进行物相组成和微观形貌的表征,发现所使用的激发剂可促进钢渣中主要矿物C_(3)S和C_(2)S的水化反应,生成C—S—H类凝胶,这些水化产物相互交织黏结,使滤料内部孔隙率降低,滤料颗粒强度和25次抗冷热冲击性能不断提升。该系列滤料同时也可作为建筑陶粒应用于建材骨料等。

污泥焚烧灰免烧轻质骨料性能及重金属固化效果研究

焚烧技术能有效减少城市污泥(以下简称污泥)的有机污染物、细菌含量和污泥体积等,污泥焚烧后产生的污泥焚烧灰(SSA)大多采用填埋的方式处理,给生态环境和土地资源利用带来严峻挑战。以碱性激发剂制备SSA免烧轻质骨料(以下简称骨料),并探究了矿渣掺量对骨料物理力学性能的影响规律。结果表明:骨料的粒径主要集中在4.75~9.50 mm;骨料的密度等级和筒压强度分别介于700~900与1.86~4.20 MPa,符合《结构性轻骨料混凝土指南》(ACI-213R-03)和《轻集料及其试验方法第1部分:轻集料》(GB/T 17431.1—2010)要求;扫描电子显微镜(SEM)、能量弥散X射线分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、全自动压汞仪(MIP)和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测试结果表明,矿渣发生地质聚合反应生成的地质聚合物凝胶能包裹SSA颗粒,并相互黏结形成球状颗粒骨料,增加矿渣掺量能有效减少骨料中的有害孔隙,达到增强骨料结构致密性的效果;SSA中的离子态Mn浸出值超出了非危险固体废弃物排放限值(3 mg/L),而骨料中的重金属离子浸出值均满足要求。上述研究成果能为SSA的资源化高效利用提供新途径。

免烧类绿沸石基复合材料的合成及其净水性能

为解决矿物凝聚除藻技术不能同步除氮除磷、材料易散失、底泥量大、去除效果持续性短等弊端,对11种矿物材料进行吸附去除NH_(4)^(+)-N、TP、Chl-a和TUB的性能测定筛选,以吸附NH_(4)^(+)-N效果最好的绿沸石为基础材料,制备5种免烧类绿沸石基复合材料(NGZC),分析NGZC的表面形貌结构,探讨了发泡剂和水泥用量、绿沸石与其余矿物的物料比等因素对NGZC净水性能的影响,以及NGZC投加量、水处理反应温度和时间等因素对去除河道污水中多种污染物效果的影响。结果表明,在设定的养护条件下,NGZC最佳制备条件为:水泥掺量为10%~15%,发泡剂掺量为0.25%~0.5%,绿沸石与牡蛎壳、凹凸棒石黏土、活性白土、水滑石、赤玉土的物料比分别为8∶2、4∶6、6∶4、4∶6、4∶6。最佳水处理条件为:25℃下,200 mL污染河水中加4 g NGZC,处理3 d。本研究为藻型富营养化水体的污染修复、非金属矿物和废弃物的资源化利用和水土保持等提供低成本的复合净水材料和新技术。

疏浚底泥基免烧陶粒的配合比设计及软化系数优化研究

固定疏浚底泥的掺量为50%,通过调整m水泥∶m石膏∶m矿渣设计制备了免烧陶粒,对比了改性前后免烧陶粒的筒压强度、吸水率和软化系数。此外,为了提高免烧陶粒的软化系数并降低水泥掺量,采用单纯形重心混料设计方法优化了免烧陶粒的配合比。结果表明:当底泥掺量固定为50%时,随着水泥掺量的增加,未改性和改性免烧陶粒的筒压强度和软化系数基本呈增大趋势,吸水率基本呈降低趋势;与未改性免烧陶粒相比,改性免烧陶粒的筒压强度和软化系数增大,吸水率降低;优化后的最佳m水泥∶m石膏∶m矿渣为0.60∶0.10∶0.30,此时,制备的改性免烧陶粒的软化系数为0.88,满足相关标准要求,且筒压强度较高,吸水率较低。

无机黏结剂制备免烧建筑装饰板材

有机胶水应用于建筑板材的生产中往往存在长期化学稳定性差,易燃,污染环境等缺陷,而地聚物材料具有环境友好的特点,具有替代有机胶水的应用前景。本文使用偏高岭土地聚物材料作为无机黏结剂,以景德镇日用废瓷作为骨料制备建筑板材。研究表明,当水固比为0.28,SiO_(2)/Al_(2)O_(3)为4.47,K_(2)SiO_(3)含量为4.5%时,养护14天后,可获得抗折强度为46.2 MPa,7天浸泡后溢出碱金属离子含量为12400 mg/L的免烧建筑装饰板材。

给水厂残泥免烧陶粒的制备与性能表征

本研究以给水厂残泥为主要原料,采用免烧法制成了给水厂残泥免烧陶粒(UCWTR),通过正交试验,确定了UCWTR制备的最佳配比。结果表明:原料的最佳质量配比为给水厂残泥60%、水泥15%、添加剂20%、激发剂5%,另外每100 g原料用水30～35 mL,水玻璃2 g。最佳质量配比条件下,WTR免烧陶粒在水中解体率为3.66%,强度较好,吸水率为31.76%,比表面积为17.837 m2/g,总孔容0.058 25 cm3/g,孔径3.920nm,破损率与磨损率之和为0.35%,含泥量为0.5%,堆积密度为900～950 kg/m3,表观密度1 000～1 200 kg/m3,满足规范要求。本研究制得的UCWTR性能良好,可作为一种陶粒滤料材料应用于水处理中。

秸秆灰为添加剂的粉煤灰免烧陶粒的试制

为克服粉煤灰免烧陶粒堆积密度高、应用性差的弊端,以秸秆灰为添加剂制备免烧陶粒.对粉煤灰活性激发机理、原料添加作用和陶粒物相组成(XRD)进行研究,得出制备陶粒的最佳过程参数为:5%的NaOH溶液预处理粉煤灰,成分配比(质量分数)为粉煤灰58.11%、氧化钙4.84%、水泥29.05%、秸秆灰8%.产品的主要性能指标为堆积密度785 kg/m3,比表面积11.1 m2/g,破碎率2.3%.对制得陶粒的浸出毒性和基本性能进行检测,结果表明,以秸秆灰为添加剂在一定条件下可制备出用于污水处理领域性能优良的功能陶粒,达到经济节能、变废为宝的目的.

赤泥/粉煤灰免烧矿物聚合物材料的制备和强度

以赤泥、粉煤灰为主要原料,采用水玻璃作为碱激发剂,制备出一种具有较高早期强度的免烧成矿物聚合物胶凝材料。通过实验初步探讨了碱激发剂对该矿物聚合物强度发展的影响。利用合适配比的赤泥/粉煤灰胶凝材料作为基质原料,用细沙作骨料,制成了一种赤泥/粉煤灰基矿物聚合物免烧材料。当赤泥的加入量在60%～70%范围时,各组试样的3d抗压强度均在10MPa以上,符合非承重墙体建筑材料的强度MU10级要求。同时本文还对该矿物聚合物材料中胶凝反应机理进行了初步探讨。

用梅山铁尾矿制备免烧免蒸砖

以梅山铁尾矿为原料,配以自制的胶结料,研制铁尾矿免烧免蒸砖。试验结果表明:将尾矿调整为合适的级配类型,在尾矿掺量为75%、自制JA-Ⅱ型胶结料掺量为18%、陶粒轻集料掺量为5%、JA1型外加剂掺量为2%、密度等级为2.0 g/cm3、水固比为0.13条件下,制得的免烧免蒸砖抗压强度达24.89 MPa,且制品的其它性能满足GB5101—2003及GB6566—2001的要求。

给水厂残泥免烧陶粒对Pb与Cd的吸附特征

针对高效低廉的吸附材料——WTR(water treatment residuals,给水厂残泥)因颗粒细小在水处理工艺中难以应用的问题,利用免烧法制备出WTR陶粒,研究其对Pb和Cd的吸附特征.批量吸附试验结果表明,准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型能较好地描述WTR免烧陶粒对Pb和Cd的吸附动力学(R^2>0.995 8)与等温吸附过程(R^2>0.994 8).在溶液pH为5、恒温25℃、振荡24 h下,Langmuir等温吸附模型计算得到的WTR免烧陶粒对Pb和Cd的最大吸附容量分别为13.97和18.60 mg/g.单因素条件试验结果表明,WTR免烧陶粒对Pb和Cd的吸附量均随溶液初始pH的升高而增加,当pH由3升至9时,WTR免烧陶粒对Pb和Cd的吸附量分别增加了1.44和0.95倍;离子强度的增加不利于WTR免烧陶粒对Pb和Cd的吸附.批量等温解吸试验结果表明,在pH为4~8的溶液中,Pb和Cd较难从WTR免烧陶粒中解吸出来,解吸率均在3.5%以内;当溶液pH为3时,Pb和Cd的解吸率分别高达65.88%和45.01%.BCR分级提取结果表明,Pb和Cd均主要以酸提取态形式(占比在68.18%以上)存在于WTR免烧陶粒中;同时,随着初始吸附量的增加,酸提取态比例显著减少,而还原态和残渣态比例显著增加.研究显示,WTR免烧陶粒对Pb和Cd具有较强的吸附能力,可作为一种高效的重金属吸附材料应用于水处理工艺中.

免烧淤泥砖的力学性能与微观结构

基于石灰激发淤泥中SiO2和Al2O3活性组分以产生胶凝产物的原理,在蒸养条件下制备了免烧淤泥砖.系统研究了不同掺量(质量分数)的粉煤灰(10%～50%)和水泥(5%～20%)对石灰-淤泥胶凝体系力学性能的影响规律,并通过压汞法、扫描电镜、X射线衍射仪、超声波分析了免烧淤泥砖的微观结构和早期结构形成过程.结果表明:石灰的最佳掺量为30%;水泥掺量为20%时坯体强度较纯坯体(不掺外掺料)提高约50%;单掺粉煤灰(最佳掺量30%)可显著改善免烧淤泥砖坯体的力学性能、细化孔径,提高坯体密实度.

利用抛光砖废料制备包裹型免烧陶粒的研究

以陶瓷抛光砖废料、黏土、水泥及其它添加剂为包裹料,以膨胀珍珠岩为核心,经包裹成球后自然养护得到轻质夹心型陶粒。该陶粒生产工艺简单,投资少,而且还充分利用陶瓷产业的副产物。以该陶粒为轻骨料,添加少量的膨胀珍珠岩,以水泥、粉煤灰为胶结材料制备的吸声材料,吸声效果好,而且不含纤维等有害物质,是一种绿色环保材料。

粉煤灰制免烧陶粒的实验研究

采用正交实验法,结合单因素分析,研究了激发剂、外加剂和水固比等因素和工艺条件对免烧陶粒筒压强度等性能的影响.实验结果表明,以氧化钙为激发剂,二水石膏为外加剂,通过细磨和蒸养,能有效提高陶粒强度,制备出高粉煤灰掺量的免烧陶粒.实验还表明,影响粉煤灰免烧陶粒力学性能的主要因素为粉煤灰的细度、激发剂掺量、养护方式、蒸养温度和养护时间等.

用煤矸石研制免烧路面砖的实验研究

为了有效利用工业废料煤矸石开发新型路面砖材料,基于正交实验原理,采用煤矸石为主,辅以水泥、砂及含有生石灰、石膏的外加剂来制备免烧路面砖。研究了各个材料因素的影响规律以及免烧砖微观形貌特性,并对免烧砖进行外观、物理性能测试和电镜扫描分析。结果表明:免烧砖制备中水泥比例越大且煤矸石比例越小,制备免烧砖强度越高,但不经济;砂子与加水量均存在最优值,可以使对应的配比免烧砖达到最高强度;免烧砖最佳配比为水泥20%,煤矸石50%,砂子30%,另外加水量为前三者总质量的12%,达到路面砖优等品的标准,而其他3种配比达到路面砖一等品的要求,一等品的配比能够达到更多的利用煤矸石的目的。