制革含铬污泥制备陶粒的技术

　　作为世界皮革重要生产国，环境污染已成制约制革行业发展的重大难题。制革行业主要有固废、废气、废水的污染。数据显示，原皮生产每年会有达100万t制革污泥无处安置，亟待解决。制革含铬污泥危害极大，除因其含细菌、病毒、寄生虫卵等，更主要是其中铬的危害，有资料调查，制革含铬污泥中铬的含量为10~40g/kg。研究制革含铬污泥处置有十分重要意义。

　　填埋、焚烧、农用等传统污泥处置存在浪费土地、二次污染等缺陷。陶粒是一种新型建材，以粘土、污泥为原料，掺辅料高温烧制而成。陶粒具有质轻、强度高、导热系数低、吸水率小等优点。污泥制备陶粒是可持续处置方式，普通污泥制备陶粒文献较多，制革污泥制备陶粒研究较少。制革污泥制备陶粒对原料配比、烧制温度选择不同会导致陶粒性能差异较大。本文以制革含铬污泥、粉煤灰和粘土为原料，开展陶粒制备实验，研究原料配比、烧结温度对陶粒筒压强度、堆积密度、吸水率及铬浸出量等各性能的影响，探究最佳工艺，实现制革含铬污泥资源化利用。

　　1、材料与方法

　　1.1 主要材料与仪器

　　材料：漳浦赤湖皮革园区制革厂含铬污泥，当地火力发电厂粉煤灰，漳浦县赤湖皮革园区周边粘土。

　　仪器：上海谱元Alpha1106可见分光光度计、上海方瑞FA2004电子分析天平、南京科捷4520A石墨炉原子吸收分光光度计。

　　1.2 实验内容

　　1.2.1 原料配比

　　Riley研究陶粒时发现确定原料配比范围的Riley三角形，即SiO2为53%~79%、Al2O3为10%~25%、烧结助剂为13%~26%，原料配比设计如表1所示。

　　1.2.2 烧结温度

　　烧结温度对陶粒性能有决定作用，原料SiO2和Al2O3含量越高，较高温度才能使陶粒达到一定粘度，污泥则需相对较低温度。实验预热温度设置为300℃，烧结温度设置为：1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1180℃。

　　1.2.3 烧结时间

　　在满足陶粒物理性能的同时，较长烧结时间会增加成本，控制时间能降低能耗。经实验研究，30min为陶粒煅烧临界值，此时陶粒烧结反应已基本完成。因此控制烧结时间均为30min。

　　1.2.4 陶粒性能检测

　　根据《轻集料及其试验方法#第2部分：轻集料试验方法》(GB/T17431.2-2010)测定陶粒筒压强度、堆积密度、吸水率。根据《固体废物总铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》(GB/T15555.5-1995)测定总铬含量。

　　2、结果与讨论

　　2.1 操作条件对陶粒筒压强度的影响

　　烧结时间30min，考察原料配比、烧结温度对陶粒筒压强度的影响，结果见图1。温度相同，在临界值前，污泥比例增大，筒压强度升高，超临界值，污泥含量增加，筒压强度减小。污泥比例低，陶粒内部形成孔隙少且小，不能形成较好网状结构，污泥增加，筒压强度增大，污泥过高，陶粒内部形成孔隙大且多，不牢固，不能形成致密网状结构，陶粒抗压强度下降。配比相同，温度升高，筒压强度逐渐增大，温度1100℃之前陶粒筒压强度升高较慢且较低，1100℃之后陶粒筒压强度升高较快。

　　2.2 操作条件对陶粒堆积密度的影响

　　烧结时间30min，考察原料配比、烧结温度对陶粒堆积密度的影响，结果见图2。温度不变，堆积密度与粉煤灰含量同比增大，配比4堆积密度<配比3堆积密度<配比2堆积密度<配比1堆积密度。粉煤灰含量越高，液相产生温度提高，液相不足大多数气体不能被包裹而溢出陶粒，陶粒膨胀效果变差，堆积密度越大。配比相同，温度提高，堆积密度增大，温度越高，液相越多，在高温条件下有一定粘度，在表面张力作用下收缩，堆积密度增加。

　　2.3 操作条件对陶粒吸水率的影响

　　烧结时间30min，考察原料配比、烧结温度对陶粒吸水率的影响，结果见图3。温度相同，污泥中铬含量越高，陶粒吸水率越高，污泥中挥发性组分含量较高，发泡明显，陶粒气孔率较高，有利水分扩散，陶粒吸水率较高。配比相同，陶粒吸水率随温度升高而下降，温度低于1050℃，吸水率较高，温度高于1050℃，吸水率较低。较高温度，陶粒内部不断膨胀，在空间大小保持不变条件下密度增大，陶粒表面气孔数量急剧减少，吸水率随之降低。

　　2.4 操作条件对陶粒铬浸出量的影响

　　烧结时间30min，考察原料配比、烧结温度对陶粒铬浸出量的影响，结果见图4。

　　温度相同，陶粒铬浸出量随污泥中铬含量增大而升高。配比相同，陶粒铬浸出量随温度升高而降低，高温下，铬逐渐被固定在生成液相中或与其他矿物质发生反应，铬浸出量呈下降趋势。

　　3、结论

　　(1)烧结温度相同，增加污泥含量可提高筒压强度，增加粉煤灰含量可提高陶粒堆积密度，增加污泥含量可增加陶粒吸水率，降低污泥含量可降低铬浸出量。配比相同，温度升高可提高陶粒筒压强度、堆积密度，温度升高可降低陶粒吸水率和铬浸出量。

　　(2)综合考虑经济成本及损耗，当制革含铬污泥：粘土：粉煤灰=5：2：3、烧结温度1150℃、烧结时间30min时，陶粒效果最好，具有经济适用性。(来源：漳州市漳浦生态环境局)