含铬制革污泥制备陶粒的工艺
作为世界上重要的皮革生产国，环境污染已成为制约皮革工业发展的主要问题。制革工业主要受到固体废物、废气和废水的污染。数据显示，每年生皮生产会产生100万吨制革污泥，亟待解决。含铬制革污泥危害极大，不仅因为其中含有细菌、病毒、寄生虫卵等。，也是因为铬的危害。据资料调查，制革污泥中的铬含量为10～40g/kg。研究制革厂含铬污泥的处置具有重要意义。
传统的污泥处置方式，如填埋、焚烧和农用，存在土地浪费和二次污染等缺陷。陶粒是一种新型建筑材料，是以粘土、污泥为原料，配以辅料，经高温烧制而成。陶粒具有质轻、强度高、导热系数低、吸水率低等优点。污泥制备陶粒是一种可持续的处置方法。利用普通污泥制备陶粒的文献很多，但利用制革污泥制备陶粒的研究很少。制革污泥制备陶粒的原料配比和烧制温度不同，陶粒性能会有很大差异。本文以含铬制革污泥、粉煤灰和粘土为原料进行陶粒制备实验，研究原料配比和烧结温度对陶粒的圆柱体抗压强度、堆积密度、吸水率和铬浸出量的影响，以探索更好的工艺，实现含铬制革污泥的资源化利用。
1.材料和方法
1.1主要材料和仪器
材料:漳浦县赤湖皮革园制革厂含铬污泥、当地热电厂粉煤灰、漳浦县赤湖皮革园周边粘土。
仪器:上海光谱元素Alpha1106可见分光光度计，上海方瑞FA2004电子分析天平，南京杰克4520A石墨炉原子吸收分光光度计。
1.2实验内容
原材料的比例
莱利在研究陶粒时，发现了决定原料配比范围的莱利三角，即53%~79%的SiO2，10%~25%的Al2O3，13%~26%的烧结助剂。原材料的比例设计见表1。
烧结温度
烧结温度对陶粒的性能起着决定性的作用。原料中SiO2和Al2O3含量越高，温度越高能使陶粒达到一定的粘度，而污泥则需要相对较低的温度。实验预热温度设定为300℃，烧结温度设定为1000℃、1050℃、1100℃、1150℃和1180℃。
烧结时间
在满足陶粒物理性能的同时，较长的烧结时间会增加成本，控制时间可以降低能耗。实验研究表明，30min是陶粒煅烧的临界值，此时陶粒烧结反应已基本完成。因此，烧结时间控制在30分钟。
陶粒的性能测试
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)，测定陶粒的圆筒抗压强度、体积密度和吸水率。根据《固体废物中总铬的测定》(GB/T15555.5-1995)，测定总铬含量。
2.结果和讨论
2.1操作条件对陶粒筒抗压强度的影响
烧结时间为30min，考察了原料配比和烧结温度对陶粒柱体抗压强度的影响。结果如图1所示。同一温度下，在临界值之前，污泥比例增加，筒压强度增加，超过临界值时，污泥含量增加，筒压强度降低。污泥比例低，陶粒中形成的孔隙少而小，不能形成良好的网络结构；污泥增加，缸压强度增加，污泥过高；陶粒中形成的孔隙大而多，不牢固，不能形成致密的网络结构，陶粒抗压强度下降。相同配比下，随着温度的升高，陶粒的圆柱体抗压强度逐渐增加，在1100℃之前，陶粒的圆柱体抗压强度增加缓慢且较低，在1100℃之后，陶粒的圆柱体抗压强度迅速增加。
2.2操作条件对陶粒堆积密度的影响
烧结时间为30min，考察了原料配比和烧结温度对陶粒体积密度的影响。结果如图2所示。在同一温度下，堆密度和粉煤灰含量逐年增加，且堆密度的比例为4
2.3操作条件对陶粒吸水率的影响
烧结时间为30min，考察了原料配比和烧结温度对陶粒吸水率的影响。结果如图3所示。在相同温度下，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越高，发泡明显，陶粒孔隙率越高，水分扩散越好，陶粒吸水率越高。在相同配比下，陶粒的吸水率随着温度的升高而降低，低于1050℃时吸水率较高，高于1050℃时吸水率较低。在较高的温度下，陶粒内部不断膨胀，在空间尺寸不变的情况下密度增大，陶粒表面的气孔数量急剧减少，吸水率相应降低。
2.4操作条件对陶粒铬浸出量的影响
烧结时间为30min，考察了原料配比和烧结温度对陶粒铬浸出量的影响。结果如图4所示。
在相同温度下，陶粒铬的浸出量随着污泥中铬含量的增加而增加。在相同比例下，随着温度的升高，陶粒中铬的浸出量减少。在高温下，铬逐渐固定在生成的液相中或与其他矿物发生反应，铬的浸出量呈下降趋势。
3.结论
(1)在相同的烧结温度下，增加污泥含量可以提高圆柱体抗压强度，增加粉煤灰含量可以提高陶粒的堆积密度，增加污泥含量可以提高陶粒的吸水率，降低污泥含量可以降低铬的浸出量。在相同配比下，陶粒的圆柱体抗压强度和体积密度可以随着温度的升高而增加，陶粒的吸水率和铬浸出量随着温度的升高而降低。
(2)综合考虑经济成本和损失，当含铬污泥:粘土:粉煤灰= 5: 2: 3，烧结温度为1150℃，烧结时间为30min时，陶粒效果较好，具有经济适用性。(来源:漳州市漳浦生态环境局)
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