基本信息
- 项目名称：
- 利用海底淤泥制取陶粒的实验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 对舟山海域海底淤泥的成分、粒度等特性进行分析，采用海底淤泥对陶粒的烧结工艺开展实验研究。结果表明：纯舟山海泥的烧胀系数较小，原料中引入少量的掺合料进行配比，将能够提高原料的烧胀性能，制取出优质超轻的陶粒制品。在制取陶粒的工艺中，生料球的干燥温度为150℃为宜。预热温度也应当控制在400℃左右。比较合理的烧胀温度为1150℃，烧胀时间控制在12min～15min，烧制出的陶粒的综合性能较佳。
- 详细介绍：
- 陶粒，即陶质的颗粒，外观大部分呈圆形或椭圆形球体，也有一些呈不规则碎石状。它的表面是一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高的强度。陶粒的粒径一般为5～20 mm，最大的粒径为25 mm。陶粒具有许多优异性能：1、密度小、质轻。陶粒自身的堆积密度小于1100 kg/m3，一般为300～900 kg/m3。以陶粒为骨料制作的混凝土密度为1100～1800 kg/m3，相应的混凝土抗压强度为30.5～40.0 Mpa。2、保温、隔热。陶粒由于内部多孔，用它配制的混凝土热导率一般为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。陶粒混凝土由于质量轻，弹性模量低，抗变形性能好。5、陶粒混凝土耐酸、碱腐蚀和抗冻性能优于普通混凝土。6、陶粒混凝土的抗渗性能优于普通混凝土。7、陶粒具有优异的抗碱集料反应能力，可在一定程度上增加安全性，延长建筑物的使用寿命。正是基于上述各项优点，陶粒在很多的场合都得到了广泛应用：用于砌块、板块原料；用于桥梁、船舶、设备基础和建筑基础垫层；用于铺路材料和公路路基处理；用其与沥青、砂石混合制成的铺路材料；用于管道保温、厕盆回填；用于园林绿化排水及无土栽培等。 陶粒的原料可以来自于粉煤灰、黏土亚黏土、页岩、城市生活垃圾、煤矸石、生物污泥、海河底泥等。20世纪90年代，随着我国的经济和高层建筑、节能建筑的快速发展，轻骨料及其混凝土制品以综合优势步入了快速发展时期。据不完全统计，2000年全国陶粒产量约为240万m3，共有120余条生产线。2004年起，广东东莞、浙江温州、上虞、海宁等地7～8 家小型陶粒厂(每厂年产2万m3～5 万m3)，利用当地河流、湖泊的淤泥, 采用重复堆积自然干燥法生产超轻、普通、高强陶粒, 综合效益较好。目前, 为适应市场需求, 浙江上虞等地正在筹建大规模(年产约20万m3)淤泥陶粒生产线。 舟山海域海底淤泥沉积物主要为粉沙质粘土软泥、亚粘土或粘土质软泥。如何有效的处理利用海底淤泥，使之不会造成海洋生态危害，或是将海底淤泥变废为宝、以废治废，是需要迫切关心的问题。另外，海洋经济的开发与建设带动了沿海地区建筑业和海洋运输业的迅猛发展。作为国家海洋综合开发试验区，舟山辖区内海岛众多，岸线漫长，海域辽阔，海洋资源相当丰富。沿海海岸各类码头、航道的水域中, 储积了难以计数的海底淤泥, 在进行海洋平台、跨海大桥、航道疏浚等工程建设过程中，挖泥船采出的大量的海底淤泥被运至远洋深水域中倾倒或堆积在海岸形成滩涂，由此造成输运的费用巨大，而且浪费了海底淤泥的潜在应用价值。因此，如何对挖掘出的海底淤泥进行有效合理处置和开发利用是一个需要面对的问题。 利用海底淤泥制造建筑用陶粒，不但会减少建材制造业与农业用地争土，而且还为海底淤泥找到了合理出路，解决了海底淤泥的二次污染问题，达到了废弃物资源化的目的[1-3]。就经济意义而言，海泥是一种废弃物，源头的材料是低价值的，而通过海泥制取得的陶粒具有很广泛的应用前景和价值，最终经济效益是十分可观的。从社会效益来看，目前的航道淤泥形势严峻，不但使海床抬高，降低通航能力，影响交通，而且污染水体和环境，导致赤潮、蓝藻的爆发。因此，利用海泥生产陶粒, 节土、节能、保护环境, 综合技术经济效益与社会效益明显。但由于地理位置和海域的不同，海底淤泥的矿物组成和化学成份会有所差异, 所以在陶粒制取工艺中的参数控制会有所不同。本文基于对舟山海域的海底淤泥的成份分析，开展对海泥陶粒制取工艺的实验研究，期望本研究能对海底淤泥的应用及建筑材料的开发起到一定的参考作用。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 陶粒具有密度小、质轻、保温、隔热、耐火性好、抗震性能好、吸水率低、抗渗性等诸多优点，因此在建筑砌块、板块、路基处理、厕盆回填、园林绿化排水及无土栽培等场合得到广泛应用。舟山具有优越的海洋地理条件，可以采用海底淤泥制取陶粒的技术，利用海底泥制造陶粒，不但会减少建材制造业与农业用地争土，而且还为海底泥找到了合理出路，解决了海底泥的二次污染问题，达到了废弃物资源化的目的。
科学性、先进性及独特之处
- 1、采用舟山海域海底淤泥为主要原料，采用生活污泥等为添加剂，制备比表面积大、空隙率高的陶粒，为海泥的资源化提供了一个具有优势的方向，同时也为海底泥的治理和处置提供一定的理论依据和参考。保护了海洋生态环境，对控制海洋环境污染恶化的趋势提供了技术解决途径。 2、根据舟山本地目前的建材市场状况，推广应用海泥陶粒作为骨料生产新型建筑材料，为资源的有效利用及建筑材料的节能、降耗提供技术支持。
应用价值和现实意义
- 本项目是根据舟山市的海域环境及建材市场供应现状而提出的。我市经济的发展和不同类型建筑物的建设，对建筑材料供应的要求也越来越高。该技术在舟山市已具备有良好的物质、经济、技术条件。建材市场的节能、降耗为新型材料—海泥陶粒提供了难得的发展机遇。特别是建筑企业、装饰企业、园林规划、污染处理企业等都是海泥陶粒的潜在用户。此外，一些公用事业、污水处理、海水淡化等单位都为该技术提供了很广阔的市场发展前景。
学术论文摘要
- 海洋经济的开发与建设带动了沿海地区建筑业和海洋运输业的迅猛发展。沿海海岸各类码头、航道的水域中, 储积了难以计数的海底淤泥, 在进行海洋平台、跨海大桥、航道疏浚等工程建设过程中，挖泥船采出的大量的海底淤泥被运至远洋深水域中倾倒或堆积在海岸形成滩涂，由此造成输运的费用巨大，而且浪费了海底淤泥的潜在应用价值。因此，如何对挖掘出的海底淤泥进行有效合理处置和开发利用是一个需要面对的问题。本文对舟山海域海底淤泥的成分、粒度等特性进行分析，采用海底淤泥对陶粒的烧结工艺开展实验研究。结果表明：纯舟山海泥的烧胀系数较小，原料中引入少量的掺合料进行配比，将能够提高原料的烧胀性能，制取出优质超轻的陶粒制品。在制取陶粒的工艺中，生料球的干燥温度为150℃为宜。预热温度也应当控制在400℃左右。比较合理的烧胀温度为1150℃，烧胀时间控制在12min～15min，烧制出的陶粒的综合性能较佳。本研究能对海底淤泥的应用及建筑材料的开发起到一定的参考作用。
获奖情况
- 学术作品的前期工作内容及成果曾在2009年底合肥举办的中国工程热物理年会小组会议上宣读并报告，所有的研究内容都还未在任何刊物上发表。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]杨丽炫. 陶粒的开发与应用前景[ J ]. 云南建材, 1997 (4) : 5-9. [2]宋淑敏,陈烈芳. 利用海泥生产陶粒[ J ]. 粉煤灰, 1999 (2) : 18-20. [3]迟培云,张连栋,钱强. 利用淤积海泥烧制超轻陶粒研究[ J ]. 新型建筑材料, 2002 (3) : 28-30. [4]严捍东.生活污泥改性烧制超轻陶粒的研究[J]. 环境污染与防治, 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]谢健,林鑫城,石萍,万德荣,陈炜.利用海洋疏浚泥生产轻质陶粒的研究[J].湛江海洋大学学报, 2004,24 (6):32-36. [8]赵传文,赵宇听.烧胀型轻质粉煤灰陶粒的研制与生产[J].粉煤灰,2005,(2):33-34. [9]郭玉顺,丁建彤.粉煤灰陶粒烧胀规律与膨胀机理研究[J].粉煤灰，2003,(3):15-17. [10]迟培云,张连栋,钱强.利用淤积海泥烧制超轻陶粒研究[J].新型建筑材料,2002,(3):28-29.
同类课题研究水平概述
- 日本采用的天然轻骨料有火山渣、工业废料有膨胀矿渣、煤矸石等1965年仅生产130万吨。首先，对各原料的化学组成进行了测定，并在马弗炉内进行缺氧烧制陶粒的实验，结果表明陶粒的机械强度不符合要求，提高烧制温度和供氧是关键因素。之后，对原料配比、预热温度、预热时间、烧胀温度、烧胀时间等7个因素，分别选定3个水平，在管式炉内通氧进行高温烧结，进行第一次正交试验，结果表明：烧胀温度是决定性因素，三种原料中助熔剂含量普遍较低，陶粒表面不能成釉，吸水率过高。添加Al2O3后，选定同样的条件，进行第二次正交试验，烧制的陶粒吸水率普遍降低，表面成釉，符合国家要求。通过验证实验，确定了污泥烧制陶粒的最佳工艺条件。年达到800万吨，十年内增加了六倍，可以看出日本对陶粒的生产非常重视。 国内轻骨料发展已经有将近50年的历史，据不完全统计，1993年全国陶粒产量增至130万m³，1996年250万m³，2000年240万m³，到2000年底全国一年共有有120余条生产线。2002年～2005年，武汉理工大学等单位利用武汉东湖、水果湖淤泥研制并进行工业性试生产600级、700级、800级高强陶粒获得成功；目前, 为适应市场需求, 浙江上虞等地正在筹建大规模(年产约20万m3)淤泥陶粒生产线。 国内外生产陶粒的原料很多。从国外情况来看，每个国家和地区都根据其资源条件，就地取材，因地制宜地发展各种陶粒生产。例如：前苏联以粘土陶粒为主，英国以工业废渣陶粒为主，德国和日本则大量利用天然轻骨料。目前，粉煤灰陶粒最为广泛。其中粘土、页岩、珍珠岩等天然原料作陶粒的生产原料都不同程度地受到土地资源的限制，对节约土地不利。为了适应进一步减轻结构自重，改善建筑功能的需要，各国正在利用本国地方特色资源的工业废料探索轻质、高强的轻骨料新品种。寻求新的原料来源及工艺，降低燃料以便进一步降低轻骨料的成本。 当前，对陶粒技术的研究主要集中在几个方面：一是陶粒生产原料的扩展，现有的大多生产工艺都以粘土为原料，对于固体弃物、海河底泥等作为原材料由此引起的原料成份变化、制作工艺变化的情况需要进一步研究。二是加强陶粒生产工艺及设备研究，提高产品质量、降低成本，以利于工程推广应用。三是加强陶粒轻骨料及轻混凝土的基本性能、测试技术与评价标准的研究。四是进一步加大对陶粒技术应用技术与应用范围的研究。
