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生物陶粒的生产工艺和烧胀机理

发布时间:2020/08/12     浏览:

生物陶粒作为填料的一种,具有比表面积大,材料低廉易得、孔隙率大、化学和物理稳定性好等优点,特别适合我国国情,因此,我国对生物陶粒的研究比较深入。

生物陶粒的生产工艺和烧胀机理

一、陶粒的生产工艺

生物陶粒生产的工艺流程可总结为:原料(含外加剂)→混磨→制粒→烧胀→堆放→运输。

生物陶粒主要外加剂包括:粘结剂、膨胀剂和矿化剂等,其主要作用是在烧成温度下能产生一定数量且具有一定黏度的液相以及一定数量的气体,使料球膨胀,在膨胀温度范围内产生的气体压力稍大于膨胀孔隙孔壁的破坏强度就会产生微孔,增加陶粒比表面积。

生物陶粒的生产设备多采用工业回转窑,圆筒形的主窑体与水平呈30左右的倾角放置在托滚上。物料从高的一端入窑,在窑体回转运动的作用下,从高处(窑尾)滚落至低处(窑头)。同时,在窑头处,高压风机将粉煤喷入窑内,并使其充分燃烧,产生的热量使物料发生物理化学变化,烧至膨胀。

二、生物陶粒的烧胀机理

生物陶粒的膨胀主要是由于原料在加热过程中产生气体而物料又有一定黏度的液相使部分气体未逸出从而形成多孔结构,又有部分气体逸出从而使表面形成许多开孔,增加了生物陶粒的吸附性并使其易挂膜。

决定生物陶粒性能的因素主要是烧成工艺和原料配方。生物陶粒需要同时具备以下2个条件才能膨胀:

(1)生物陶粒要能产生适宜粘度的液相,使陶粒开始软化;

(2)生物陶粒在软化的同时,其内部产生适量的气体。

生物陶粒原料中加热产生气体的因素很多,产生气体的主要反应如下:

(1)在400-800℃,快速升温或缺氧条件下产生气体的反应为:

C+O2=CO2↑;

2C+O2=2CO↑(缺氧条件下);

C+CO2=2CO↑(缺氧条件下)。

(2)碳酸盐分解:

CaCO3=CaO+CO2↑(850-900℃);

MgCO3=MgO+CO2↑(400-500℃)。

(3)硫化物的分解和氧化:

FeS2=FeS+S↑(近900℃);

S+O2=SO2↑;

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2↑(氧化气氛1000+50℃);

2FeS+3O2=2FeO+2SO2↑。

(4)氧化铁的分解与还原(1000~1300℃):

2Fe2O3+C=4FeO+CO2↑;

2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2↑;

Fe2O3+C=2FeO+CO↑;

Fe2O3+3C=2Fe+3CO↑。

由此可知,在生物陶粒的膨胀温度范围内,逸出的气体主要是CO,说明CO是主要膨胀气体。所以,合理控制生物陶粒烧成过程中生成气体的反应对形成大量开孔有重要意义。

成品生物陶粒主要成分为偏铝硅酸盐,表观为近球形不规则颗粒,呈红褐色、表面粗糙微孔发达,这些特点使陶粒特别适合微生物在其表面生长、繁殖。

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