隨著經(jīng)濟的發(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)的污泥處理費用較高，約占污水廠總運行費用的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， 這些組分通過適當摻量可制備出輕質(zhì)高強陶粒， 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， 保護環(huán)境。但黏土中存在大量無機成分， 如 SiO2、 Al2O3 會影響燒結(jié)陶粒的性能。當原料中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 1000 ℃下液相形成，包裹固體顆粒，填充固體顆粒的孔隙，通過毛細管作用使顆粒間結(jié)合力得到改善。當原料中的SiO2 含量為27.2%時，獲得顆粒密度為 1260 kg/m3。但當 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， 有效降低了材料的燒結(jié)點， 促進了液相的形成， 改善陶粒的特性。

由于原污泥中有機物成分復雜，在燒結(jié)過程中高溫會使有機化合物充分分解， 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， 從而導致陶粒強度降低。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， 導致陶粒孔隙不同。同時， 有機物燃燒釋放熱量， 可以提高陶粒的燒結(jié)溫度。當污泥摻量較少， 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、 抗壓強度和孔隙率的影響。