超轻/轻质粉煤灰陶粒的研制

论文摘要

粉煤灰是燃煤电厂排出的一种工业固体废物,其大量排放和堆放会造成严重环境污染,因此将粉煤灰作为一种矿物资源合理处置,提高其综合利用率迫在眉睫。陶粒作为一种人造轻集料,可以取代普通砂石配制轻集料混凝土或者作为水处理填料,在建筑和环保等部门有着广泛应用。由于轻集料的生产会消耗大量粘土,随着土地资源的短缺和政策限制,开发利用固体废物烧制陶粒成为目前主要的研究和生产方向,粉煤灰陶粒是实现粉煤灰综合利用的一条有效途径,可以体现经济和环境的协调发展。本研究工作主要包括研究实验和验证实验两大部分：研究实验部分将通过对粉煤灰和粘土的一系列的性质分析和烧结实验得到制备轻质／超轻粉煤灰陶粒的最佳工艺条件,同时对陶粒的膨胀机理和收缩机理进行简要的分析和探讨,最后得出适合烧制超轻粉煤灰陶粒的原料配比原则。验证实验部分将在研究实验部分的基础上通过更换原材料来验证研究实验部分得到的原料配比原则的正确性。通过本实验系统的结果和分析,可以得到以下结论：①粉煤灰添加量为10-20%,预热温度为500℃,预热时间20min；烧结温度1150℃。烧结时间15min可以烧制出500#的超轻粉煤灰陶粒；粉煤灰添加量为20-50%,预热温度为500℃,预热时间20min；烧结温度1150℃。烧结时间15min可以烧制出轻质粉煤灰陶粒。②超轻粉煤灰陶粒内部孔隙发达,这主要是由于粉煤灰中所含有的大量的Fe203高温分解引起的,粘土中的碱金属和碱土金属起到很好的助熔作用,两者在配比为1：9时能够达到最佳的膨胀效果。③陶粒中的助熔成分比例直接决定了膨胀是否进行,一定量的成气成分和烧结温度、时间是膨胀发生的必要条件；在陶粒收缩过程中,低含量的助熔成分和高含量的成气成分是收缩发生的决定条件,烧结温度和时间是必要条件④根据原料中的化学成分,确定制备轻质粉煤灰陶粒的配比原则为骨架成分质量比例≥78.49%,成气成分质量比例≥3.96%且助熔成分质量比例≤16.43%；制备超轻粉煤灰陶粒的配比原则为骨架成分质量比例≤78.2%,成气成分质量比例≤3.46%且助熔成分质量比例≥17.58%。⑤通过验证实验可以得到,粉煤灰-B和粘土B适合于制备轻质粉煤灰陶粒。根据原料配比原则,添加生石灰和碎玻璃粉并且四种原料的质量比为50：25：18：7时可以制备出超轻粉煤灰陶粒。粉煤灰-B和粘土-B的质量添加量比例为1：1时可以制备出轻质粉煤灰陶粒。在验证实验部分,超轻粉煤灰陶粒和轻质粉煤灰陶粒的堆积密度分别为489.14kg/m3和782.41 kg/m3,吸水率分别为13.2%和8.62%。本研究实验得出的烧制轻质/超轻粉煤灰陶粒的原料配比原则可以对陶粒的制备起到指导性作用,可以应用于实际生产,节省实验时间,具有一定的现实意义和应用潜力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本研究的目的和意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 粉煤灰
• 1.2.2 陶粒
• 1.2.3 粉煤灰陶粒
• 1.3 本论文所要解决的主要问题及主要研究内容
• 第二章 实验材料和方法
• 2.1 实验材料、仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验系统设计
• 2.2.2 实验材料的预处理
• 2.2.3 原料性质分析
• 2.2.4 陶粒制备流程
• 2.2.5 陶粒的性能测试
• 第三章 研究实验部分
• 3.1 原料性质分析
• 3.1.1 原料化学成分分析（EDX）
• 3.1.2 热性质分析（DSC/TGA）
• 3.1.3 重金属析出浓度测试（ICP-AES）
• 3.2 烧结实验
• 3.3 优化实验
• 3.3.1 烧结时间的优化实验
• 3.3.2 烧结温度的优化实验
• 3.4 陶粒性能测试分析
• 3.4.1 物理性质
• 3.4.2 矿物组成（XRD）
• 3.4.3 微观结构分析（SEM）
• 3.4.4 重金属析出浓度测试（ICP-AES）
• 3.5 机理的探讨
• 3.5.1 粉煤灰陶粒膨胀机理
• 3.5.2 化学成分对膨胀的影响
• 3.5.3 粉煤灰陶粒的膨胀过程叙述
• 3.5.4 粉煤灰陶粒的收缩机理
• 3.6 本章小结
• 第四章 验证实验部分
• 4.1 原料性质分析
• 4.2 粉煤灰陶粒的配比原则
• 4.3 理论配比计算
• 4.3.1 超轻粉煤灰陶粒的配比
• 4.3.2 轻质粉煤灰陶粒的配比
• 4.4 烧制验证结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表