隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化不斷加深， 待處理的污水量日益增加，產(chǎn)生的污泥越來越多。如何減量化、 資源化成為當(dāng)務(wù)之之急。2015年，我國每年的污泥總產(chǎn)量超過3000萬t(以含水率80%計）， 到 2020 年， 污泥產(chǎn)量將會突破 6000 萬噸。傳統(tǒng)的污泥處理費(fèi)用較高，約占污水廠總運(yùn)行費(fèi)用的50%.環(huán)境問題的緊迫性， 逼迫著技術(shù)的革新， 傳統(tǒng)方法如填埋、 漚肥和簡單焚燒不能全部清理臭味和阻止毒性金屬和難降解有機(jī)物的浸出， 因此， 選擇將污泥燒結(jié)制成陶粒被視為可能的替代方案。將污泥燒結(jié)成為陶粒， 可以將重金屬固化在陶粒中， 消除污泥中重金屬的污染問題。

由污泥和黏土制成的陶粒內(nèi)含有氧化物如 Al2O3、 SiO2、CaO 和 MgO 等， 這些組分通過適當(dāng)摻量可制備出輕質(zhì)高強(qiáng)陶粒， 并可用于管道保溫、 隔聲吸聲等建筑材料。利用污泥制陶粒， 能更好節(jié)省黏土的自然資源， 保護(hù)環(huán)境。但黏土中存在大量無機(jī)成分， 如 SiO2、 Al2O3 會影響燒結(jié)陶粒的性能。當(dāng)原料中SiO2 含量<30％時， 隨著 SiO2 含量增加， 堆積密度從 510 kg/m3增大到 783 kg/ m3。適量的 SiO2 可以促進(jìn) 1000 ℃下液相形成，包裹固體顆粒，填充固體顆粒的孔隙，通過毛細(xì)管作用使顆粒間結(jié)合力得到改善。當(dāng)原料中的SiO2 含量為27.2%時，獲得顆粒密度為 1260 kg/m3。但當(dāng) SiO2 含量大于 30％時， 著 SiO2 含量的增加，堆積密度從 728 kg/m3 減小到 600 kg/m3。燒結(jié)過程中， SiO2 被認(rèn)為是陶粒的骨架材料， 可以與其他組分反應(yīng)形成硅酸鹽礦物質(zhì)， 形成 1000 ℃左右的共晶點(diǎn)， 有效降低了材料的燒結(jié)點(diǎn)， 促進(jìn)了液相的形成， 改善陶粒的特性。

由于原污泥中有機(jī)物成分復(fù)雜，在燒結(jié)過程中高溫會使有機(jī)化合物充分分解， 并在一定溫度時發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體， 導(dǎo)致陶粒疏松多孔。但由顆粒間空隙引起的密度降低會削弱陶粒的總體強(qiáng)度， 增加陶粒的開裂和膨脹幾率。隨著污泥摻量增加， 污泥陶粒成球的孔隙率也在變大。當(dāng)污泥比例超過 80%， 陶粒燒制過程會有較多的表面裂紋和較大的內(nèi)部空隙， 從而導(dǎo)致陶粒強(qiáng)度降低。此外， 燒制過程中除碳酸鹽、 氧化鐵、 硫化物、 碳 4 大類發(fā)氣材料外， 不同燒制溫度下放出氣體量不同， 導(dǎo)致陶?？紫恫煌?。同時， 有機(jī)物燃燒釋放熱量， 可以提高陶粒的燒結(jié)溫度。當(dāng)污泥摻量較少， 燒結(jié)溫度相對較低時， 污泥產(chǎn)生的氣體在熔融液相中膨脹， 此時產(chǎn)生的液相量較少， 液相黏度大而無法形成較大的孔結(jié)構(gòu)。燒結(jié)溫度升高時， 由于液相的增加和液體黏度的降低， 反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在熔融液相中膨脹， 使得陶粒中形成的孔隙增加。另外， 液晶遷移率和傳質(zhì)速率加快， 較低的液體黏度填充了孔隙， 使得陶粒中形成較大的閉孔， 這些原因使得陶粒的表觀密度很低。因此， 污泥比例影響陶粒燒脹程度和內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)， 從而對陶粒性能產(chǎn)生重要影響。

在 900~1100 ℃進(jìn)行燒結(jié)， 利用污泥、 膨潤土和二氧化硅生產(chǎn)具有明顯孔隙率的陶粒。通過增加 SiO2 含量， 探究污泥替代黏土制備陶粒的可行性。利用熱重分析， 推測燒制陶粒過程中各個溫度階段發(fā)生的反應(yīng)， 探尋燒制溫度。研究污泥摻量對污泥陶粒燒失率、 抗壓強(qiáng)度和孔隙率的影響。