固体废弃物研制可控尺寸多孔材料

论文摘要

随着社会的迅速发展,固体废弃物的排放量急剧增加,对周围环境造成一定的影响,严重污染环境,造成经济、社会和环境负担。近年来,随着人们环境保护意识的增强,固体废弃物资源化利用已成为瞩目焦点。因此,加强固体废物处置与利用技术的研究成为当前中国乃至世界各个国家都需要面对的首要任务,如何处理和综合利用固体废弃物已是大势所趋。本文以SiO2-CaO-Al2O3体系的低共熔点温度在1170℃左右为基础,采用添加造孔剂法,以糖厂废弃物-糖滤泥为高温成孔剂,工业废弃物粉煤灰、炉渣为原料,以废玻璃为助熔剂,废陶瓷为骨料,粘土为粘结剂设计配方,半干压成型后通过烧结法制备多孔陶瓷材料（保温材料和透水材料）。实验过程中,研究了不同固体废弃物对多孔陶瓷性能（气孔率、强度、吸水率、保温性能、透水性能）和制备工艺（成型压力、烧成温度、保温时间）的影响。运用XRD,SEM、阿基米德原理、抗压强度测试仪、导热仪、透水测试仪等对多孔陶瓷的孔径分布、显微结构、物相组成、气孔率、强度、导热系数和透水率等进行了表征。本实验通过严格控制糖滤泥、废玻璃等的含量和粒度,经过成型和优化烧结工艺制度达到多孔陶瓷材料孔隙尺寸的可控和气孔率的闭、开,从而实现保温材料和透水材料的制备。利用固体废弃物研制多孔陶瓷材料的基本工艺为：对不同原料进行预处理,糖滤泥粒度控制在100目筛筛余量小于1%。当炉渣25%、糖滤泥28%、废玻璃14%、水曲柳33%下成型压力为20MPa,在最高烧成温度1060℃保温0.5h制得的多孔陶瓷,其孔径分布均匀,孔径分布范围为0.1-1.5mm；闭气孔率可达35%以上；体积密度为1.204g/cm3;抗折强度14MPa；导热系数小于0.40W/（m-K）的陶瓷保温材料。以糖滤泥为成孔剂,糖滤泥22%-28%,废陶瓷17%-23%,粉煤灰25%,粘土30%,废陶瓷粒径在0.9-2mm,成型压力为21MPa,烧成温度为1100℃,保温时间为1h,所制备的陶瓷透水材料的抗压强度为26.9MPa,开气孔率达28.4%。具有高的强度和良好的透水性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 固体废弃物
• 2.1.1 简介
• 2.1.2 固体废弃物的分类
• 2.1.3 固体废弃物的危害性和资源性
• 2.1.4 固体废弃物的处理方法比较
• 2.1.4.1 压实技术
• 2.1.4.2 破碎技术
• 2.1.4.3 分选技术
• 2.1.4.4 固化处理技术
• 2.1.4.5 焚烧和热解技术
• 2.1.4.6 生物处理技术
• 2.1.5 固体废弃物的污染防治及存在的问题
• 2.1.6 固体废物的污染防治原则
• 2.2 糖滤泥简介
• 2.2.1 糖滤泥的形成
• 2.2.2 生产工艺
• 2.2.2.1 碳酸法工艺
• 2.2.2.2 亚硫酸法工艺
• 2.2.2.3 新工艺
• 2.2.3 滤泥的成分
• 2.2.3.1 常规指标分析
• 2.2.3.2 常量和微量元素分析
• 2.2.4 滤泥的主要理化性质
• 2.2.5 滤泥的传统处理工艺
• 2.2.6 目前滤泥利用的主要方向
• 2.2.6.1 滤泥代替石灰石用于水泥生产
• 2.2.6.2 滤泥用作饲料
• 2.2.6.3 滤泥作复合肥
• 2.2.6.4 糖滤泥做成孔剂制多孔陶瓷材料的可行性
• 2.3 粉煤灰
• 2.3.1 简介
• 2.3.2 粉煤灰的形成
• 2.3.3 粉煤灰的化学组成
• 2.3.4 粉煤灰的矿物组成
• 2.3.5 粉煤灰的结构
• 2.3.6 粉煤灰的性质
• 2.3.6.1 物理性质
• 2.3.6.2 化学性质
• 2.3.7 粉煤灰的存在形态
• 2.3.8 粉煤灰的用途
• 2.3.9 粉煤灰作多孔陶瓷材料的可行性
• 2.4 炉渣
• 2.4.1 简介
• 2.4.2 炉渣作多孔陶瓷材料的可行性
• 2.5 废玻璃
• 2.5.1 简介
• 2.5.2 废玻璃作保温陶瓷材料的可行性
• 2.6 废陶瓷
• 2.6.1 废陶瓷的来源及特点
• 2.6.2 废陶瓷作多孔陶瓷材料的可行性
• 2.7 国内外进展
• 2.8 工业固体废弃物在建筑材料中的应用现状
• 2.9 多孔材料
• 2.9.1 简介
• 2.9.2 多孔陶瓷
• 2.9.2.1 简介
• 2.9.2.2 多孔陶瓷的孔隙形成机理
• 2.9.2.3 多孔陶瓷分类
• 2.9.2.4 国内外发展现状
• 2.9.2.5 发展方向
• 2.10 保温材料
• 2.10.1 保温材料种类
• 2.10.1.1 有机类保温材料
• 2.10.1.2 无机保温材料
• 2.10.2 保温材料案例
• 2.10.3 保温材料的发展趋势
• 2.11 透水砖
• 2.11.1 简介
• 2.11.2 透水砖的分类
• 2.11.3 透水砖的性能
• 2.11.4 影响透水砖性能的因素
• 2.11.4.1 原料的影响
• 2.11.4.2 骨料的影响
• 2.11.4.3 粘结剂的影响
• 2.11.5 透水砖的应用
• 2.12 本课题研究的目的与意义
• 第三章 多孔陶瓷材料的研究
• 3.1 简介
• 3.2 主要实验原料
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 原料的化学成分
• 3.3 实验仪器及设备
• 3.4 实验方法
• 3.4.1 配方设计
• 3.4.2 试样制备
• 3.4.3 实验工艺流程
• 3.5 原料处理
• 3.5.1 滤泥预处理
• 3.5.2 滤泥烘干处理实验
• 3.5.3 滤泥成分分析
• 3.5.4 滤泥中碳酸钙含量的测定
• 3.5.4.1 原理
• 3.5.4.2 试剂的配制方法
• 3.5.4.3 测定方法
• 3.5.5 滤泥的煅烧试验
• 3.5.5.1 原理
• 3.5.5.2 滤泥烧失率的测定
• 3.5.5.3 滤泥煅烧时间与烧失率关系的测定
• 3.5.5.4 考察滤泥煅烧温度与氧化物含量关系的实验
• 3.5.6 废陶瓷、废玻璃
• 3.5.7 粉煤灰
• 3.5.8 炉渣
• 3.6 性能测试
• 3.6.1 多孔陶瓷吸水率测试
• 3.6.2 多孔陶瓷密度的测定方法
• 3.6.3 多孔陶瓷孔隙率的测定方法
• 3.6.4 抗折强度的测试
• 3.6.5 XRD的测试
• 3.6.6 显微结构分析
• 3.6.7 导热系数的测定
• 第四章 结果分析与讨论
• 4.1 原料的分析
• 4.1.1 糖滤泥中碳酸钙含量的测定
• 4.1.2 滤泥烧失率的确定
• 4.1.3 滤泥煅烧时间与烧失率之间的关系
• 4.1.4 原料的选择
• 4.1.5 烧成制度的确定
• 4.2 多孔陶瓷材料物相和微观结构分析
• 4.2.1 物相分析
• 4.2.2 微观结构分析
• 4.3 原料对多孔陶瓷性能的影响
• 4.3.1 糖滤泥含量及粒度对对孔陶瓷的影响
• 4.3.1.1 糖滤泥含量对制品气孔率及密度的影响
• 4.3.1.2 糖滤泥粒度对多孔陶瓷气孔率及孔径分布的影响
• 4.3.1.3 糖滤泥加入量对制品强度及显气孔率的影响
• 4.3.2 炉渣加入量和粒度对多孔陶瓷的影响
• 4.3.2.1 炉渣加入量对制品抗压强度及性能的影响
• 4.3.2.2 炉渣粒度对制品抗压强度及性能的影响
• 4.3.3 粉煤灰
• 4.3.4 废玻璃
• 4.3.4.1 废玻璃粒度对制品反应温度及其结构性能的影响
• 4.3.4.2 废玻璃含量对制品反应温度及其结构性能的影响
• 4.3.5 废陶瓷粒度对多孔陶瓷材料强度及透水性能的影响
• 4.3.6 粘土加入量及粒度对多孔陶瓷性能的影响
• 4.3.6.1 粘土含量对形成多孔陶瓷材料的影响
• 4.3.6.2 粘土粒度对形成多孔陶瓷材料的影响
• 4.4 发泡机理及成孔剂的影响
• 4.4.1 闭孔陶瓷发泡
• 4.4.2 开孔陶瓷发泡
• 4.5 可控尺寸的控制
• 4.6 工艺参数及多孔陶瓷材料性能之间的关系
• 4.6.1 烧成温度和保温时间对制品吸水率的影响
• 4.6.1.1 烧成温度对制品吸水率的影响
• 4.6.1.2 保温时间对制品吸水率的影响
• 4.6.2 烧成温度和保温时间对制品抗压强度的影响
• 4.6.2.1 烧成温度对制品抗压强度的影响
• 4.6.2.2 保温时间对制品抗压强度的影响
• 4.6.3 烧成温度和保温时间对制品显气孔率的影响
• 4.6.3.1 烧成温度对制品显气孔率的影响
• 4.6.3.2 保温时间对制品显气孔率的影响
• 4.6.4 成型压力对制品抗压强度及孔隙率的影响
• 4.6.5 成型压力对制品抗压强度及透水性能的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间公开发表的论文