城市污泥烧结页岩砖生产工艺研究

黄秉章，刘阳，韦湘康，黄榜彪，4，朱基珍，卢强，盛琪

（1.School of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth pol 2ah，England；2.广西科技大学土木建筑工程学院，广西 柳州 545006；3.广西科技大学鹿山学院，广西 柳州 545616；4.华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074）

城市污泥烧结页岩砖生产工艺研究

黄秉章1，刘阳2，韦湘康3，黄榜彪2，4，朱基珍2，卢强2，盛琪2

（1.School of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth pol 2ah，England；2.广西科技大学土木建筑工程学院，广西 柳州 545006；3.广西科技大学鹿山学院，广西 柳州 545616；4.华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074）

将城市污泥按照不同配比掺入页岩中，烧制成普通页岩砖，运用正交法研究不同的配比、烧结温度和保温时间下城市污泥页岩砖的抗压强度和吸水率。结果表明：污泥掺量20%，烧结温度1050℃，保温时间11 h时，城市污泥烧结页岩砖各项性能均符合GB 5101—2003的要求，实现了城市污泥资源化利用，减少了其对环境的污染。

城市污泥烧结页岩砖；生产工艺；抗压强度；吸水率

0 引言

本研究是在前期研究的基础上[4-12]，将一定量的污泥掺入页岩中，生产污泥烧结页岩砖，这样能大量消耗城市污泥，减少城市污泥对环境带来的危害，同时又不改变页岩砖生产工艺不增加页岩砖生产成本，这是处理城市污泥的一种有效方法且污泥热值比较高，烧制污泥砖可以节省大量能源[13]。城市污泥烧结页岩砖的研发既实现了城市污泥的减量化，无害化和资源化处理，同时改善了页岩砖的性能，使之具有保温隔热作用

1 试验

1.1 原材料和仪器设备

页岩呈黑色，自然状态下页岩为块状，试验所用页岩来自柳州高阳建材厂，将采来页岩加入球磨机中粉碎并过0.2 mm筛备用；试验所用污泥来自柳州白沙污水处理厂，该处理厂处理的污水全部是生活污水，产出污泥经测试平均含水率为83.2%，呈灰褐色，颜色一般没多大变化。污泥和页岩的主要化学成分见表1。

表1 污泥和页岩的主要化学成分%

本试验采用尺寸为240 mm×115 mm×53 mm的木质砖模，砖模如图1所示。采用手工制胚的方法制作污泥砖胚，由于材料收缩，可能产生一定的误差。本试验所用砖炉为武汉电炉实验电炉厂生产的SSX2-16-1型实验室电炉。

图1 木质砖模

1.2 试样制备及性能测试

将粉碎后过0.2 mm筛备用的页岩粉与污泥按照不同配比混合搅拌一定时间，加入适量水并继续搅拌均匀后放入砖模通过人工振捣、泥刀修整表面，制成砖胚后放在湿度为30%的实验室中自然干燥一段时间后将砖坯移入电炉中按照烧结程序控制温度保温一定时间后，让其自然冷却，然后取出测试其抗压强度和吸水率。

1.3 正交试验

影响污泥页岩砖强度和吸水率的因素很多，其中污泥与页岩的配比、烧结温度、保温时间对污泥页岩砖的抗压强度和吸水率影响较大，所以本次试验采用正交试验设计，选取这3个影响因素，每个因素选取3个水平。试验因素和水平见表2。

[64]《缅甸驻华使馆一秘否认美国在缅建立军事基地》，《中华人民共和国外交部档案》，档号：105-00174-02(1)。

表2 正交试验因素水平

2 试验结果与分析

2.1 正交试验结果与分析

正交试验结果见表3，极差分析见表4。

表3 正交试验结果

表4 正交试验极差分析

从表4可以看出，对于污泥砖抗压强度影响由大到小是：污泥掺量＞烧结温度＞保温时间，最优方案为A1B2C2。对于污泥砖吸水率影响由大到小是：烧结温度＞污泥掺量＞保温时间，最优方案为A1B3C3。

污泥掺量是影响抗压强度的主要因素，烧结温度是影响吸水率的主要因素，而保温时间对于抗压强度和吸水率的影响最小，C2和C3区别不大，综合考虑，最优方案为：污泥掺量为10%，烧结温度为1050℃，保温时间为11 h，此时制备的污泥砖抗压强度为13.8 MPa，吸水率为6.9%，符合承重砖MU10有关强度等级和吸水率的要求。

本试验主要目的是最大限度地利用城市污泥以减少其对环境带来的影响，在符合国家标准对于填充墙基本强度要求的基础上尽量多用污泥，下面对污泥掺量、烧结温度、保温时间进行更深一步的优化、讨论。

2.2 污泥掺量对污泥页岩砖性能的影响

设定烧结温度为1050℃，保温时间为11 h，污泥掺量对污泥砖性能的影响如图2所示。

图2 污泥掺量对污泥页岩砖性能的影响

从图2可以看出，当污泥掺量从0到25%不断增加时，砖的抗压强度不断降低，而砖的吸水率不断增大。当污泥掺量达到25%时，污泥页岩砖的强度下降到4.5 MPa，而吸水率增加到了24%。经分析，当在温度达到120℃时，砖中的有机物开始碳化，在高温烧结过程中，砖中的有机物不断燃烧直至消耗殆尽，在砖体内部形成大量的孔隙，污泥含量越高，砖中的有机物含量越高，形成的孔隙越多，砖的密实性越低，砖坯中材料颗粒的粘结力就会越小，砖的抗压强度越低，相反吸水率就会越大。随着污泥掺量的增加，污泥砖中的CaO和MgO的增加，也会影响砖的强度[14]。

2.3 烧结温度对污泥页岩砖性能的影响

保持污泥掺量为20%，保温时间11 h不变，烧结温度对污泥页岩砖性能的影响如图3所示。

图3 烧结温度对污泥页岩砖性能的影响

由图3可以看出，污泥页岩砖的抗压强度随着烧结温度的升高而不断提高，但是污泥砖的吸水率却随着烧结温度的增加而不断减小。这是因为当烧结温度达到一定程度，内部化学物质将不断发生化学反应，形成比较稳定、坚硬的化合物，这些化合物的形成有利于砖体机械强度的提高。高温下原料开始熔解，砖的显微结构中会出现大量的玻璃相，这些熔融玻璃相包裹着胶结细小的晶体颗粒，共同填充坯体空隙，使得颗粒相互之间更加靠近，坯体的密度进一步增大，这样砖体的抗压强度上升，吸水率下降，同时砖体收缩增大也导致相应的体积密度随之增大[15]。当烧结温度为1050℃时，城市污泥页岩砖的性能够符合现行规范的要求。

2.4 保温时间对污泥页岩砖性能的影响

保持污泥掺量20%、烧结温度1050℃，保温时间对城市污泥页岩砖性能的影响如图4所示。

图4 保温时间对污泥页岩砖性能的影响

欠火砖是由于保温时间不够而造成的砖体内部颗粒化学反应没有完成，Fe元素没有与氧气充分反应，砖体颜色发白砖体硬度和抗压强度较低。过火砖是砖胚烧结时间过长，砖体内部颗粒形成熔融状态物质，这些物质填充砖体孔洞提高砖体致密性，并在砖体表面形成保护层。过火砖虽然强度较高但是砖体变形缩小过大，影响砌筑质量。保温时间在9 h时出现欠火砖的几率较大，随着保温时间的增加，欠火砖出现的几率逐渐减小。但是并非保温时间越长越好，保温时间过长会使已形成的晶体熔解，大大影响砖体性能[16]。保温时间过长，也会使出现过火砖的几率增大，当保温时间在11 h时，砖体抗压强度和吸水率等性能良好，均能满足要求。

3 结语

污泥掺量对城市污泥页岩砖的抗压强度影响最大，烧结温度对砖的吸水率影响最大，保温时间对于污泥砖的抗压强度和吸水率影响相对较小。当污泥掺量为20%，烧结温度为1050℃，保温时间为11 h时，污泥砖的抗压强度为13.8 MPa吸水率为6.9%，符合承重砖MU10有关强度等级和吸水率的要求。因此，利用城市污泥与页岩烧制页岩砖，污泥掺量大，实现了城市污泥资源化利用。这种方法处理城市污泥固体废物生产工艺简单，对污泥的利用率高，不产生二次污染，符合国家可持续发展的政策。

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The study on the production technology of municipal sludge sintering shale bricks

HUANG Bingzhang1，LIU Yang2，WEI Xiangkang3，HUANG Bangbiao2，4，ZHU Jizhen2，LU Qiang2，SHENG Qi2（1.School of Civil Engineering and Surveying，University of Portsmouth，Portsmouth pol 2ah，England；
2.School of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China；3.Lushan College of Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545616，China；
4.School of Optical and Electronic Information，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

The compressive strength and water absorption of municipal sludge sintering shale bricks which fired with different municipal sludge content are studied under different ratio，sintering temperature and soaking time by orthogonal method.The results show that，when the sludge content is 20%，sintering temperature is 1050℃，soaking time is 11h，the properties of municipal sludge sintering shale bricks meet the GB 5101—2003 requirements，realizedmunicipal sludge resource utilization and decreased the pollution on environment.

municipal sludge sintering shale bricks，production technology，compressive strength，water absorption

TU522.12

A

1001-702X（2016）09-0047-03

广西千亿元产业重大科技攻关项目（桂科攻11107021-3-5，桂科攻1099058）；广西科技厅项目（桂科攻14126001-4）；广西科技攻关项目（桂科攻12100007）；柳州市科技局项目（科技攻关2013J010404）

2016-01-11；

2016-04-16

黄秉章，男，1990年生，广西桂平人，硕士。