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ISSN: 2321 - 6212
Savazzini dos Reis1*,“Della-Sagrillo V2罗兰多Valenzuela-Diaz F3
1联邦理工学院Saint-Campus Colatina精神大道Arino Leal戈麦斯,1700年,CEP 29700 - 660,圣Margarida Colatina-ES-Brazil。
2联邦理工学院校园圣灵的胜利,获得维多利亚,1729年,Jucutuquara, Vitoria-ES-Brazil CEP 29040 - 780
3冶金工程系和材料工艺学校圣保罗大学的PMT / EPUSP,加拉卡斯梅洛·莫拉教授,2463年,CEP 05508 - 030年,巴西Paulo-SP,巴西
收到日期:15/06/2016;接受日期:01/07/2016;发表日期:08/07/2016
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000150
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的爆炸rayapp0 污泥与粘土质质量研究来减少对环境的影响的不当处置废物和减少食用生粘土质材料。我们评估的行为中使用的粘土质质量结构陶瓷行业高炉污泥的掺入球体手工成型和压酒吧。高炉污泥和粘土样品准备和提交化学、物理、矿物特征和热行为分析。标本与高炉污泥从5%到100%的内容被烧死在一个工业炉型隧道的最高温度24小时850°C的陶器。陶瓷性能评估是吸水,显气孔率、表观密度、抗弯强度和抗压强度。结果表明,5%的高炉污泥的掺入粘土质引起的质量改进酒吧和陶瓷性能分析的领域。我们可以证实方法的使用球体的陶器陶瓷原材料的初步分析。
钢铁行业近年来极大地开发由于高炉的技术进步和钢铁制成的产品日益增长的需求,目前世界上大多数可回收和再生产品。巴西钢铁行业是由29个电厂装机容量4800万吨/年(1]。钢的生产产生废物,可能引起严重的环境问题;污染土壤、空气和水,如果处理不当。产生的废物在这个部门之一的高炉污泥的湿法净化高炉气体和固体的分离微粒。高炉污泥由铁氧化物从铁矿石和焦炭粉碳(2,3]。
在圣埃斯皮里图州,位于巴西东南部地区,有一个行业叫阿塞洛-米塔尔,具有生产能力每年750万吨的钢板和每年400万吨的钢套环;并生成平均每月4500吨的高炉污泥(4]。本文通过阿尔梅达和梅洛(5),高炉污泥分为类我浪费,被认为是危险的,根据巴西标准NBR10004/2004 [6),因为它提出了酚类上面指定的限制。因此,形式的重用开发的高炉污泥应该减少掩埋和存储在开放,从而防止可能的污染。
结构陶瓷行业在巴西也是特别重要的经济情况下,主要服务建设行业。根据阿尼奇——陶瓷行业协会,全国有6900家陶瓷企业,4400家公司生产2600块和公司生产屋顶瓦片,相结合,达到每月53亿件的生产,每月消费1030万吨的粘土。陶瓷行业在巴西提出年度计费R $ 180亿雷亚尔[7),从而导致了国家的经济。
结构陶瓷产品中使用的主要原料是常见的粘土通常异构和构成的塑料和无塑性的材料,与不同的成分,使插入来自不同工业过程的浪费。
这项研究是在陶瓷工业烤箱考虑屋顶瓦片的实际温度和燃烧持续时间与粘土质块生产质量与高炉污泥。之前的研究没有考虑到这个。这方面可能会降低实验室研究与应用研究之间的时间陶瓷行业。
阿尔梅达和梅洛6研究了高炉污泥的掺入从钢铁生产常见的粘土用于制造业在8%,10%和12%(体积)粘土质质量,获得最高的机械强度10%的内容。
普拉卡什,等。3),阿尔梅达MLB和梅洛GCB5),奥利维拉FR, et al。8]证实高炉污泥有助于获得红色色素的结构陶瓷由于其铁氧化物;和可以减少消费的主要燃料炉在燃烧由于其高速率的碳。
至于陶瓷性质,一些研究开发(3,9,10],他们显示的数量5% wt添加高炉污泥的陶瓷质量是改善这些属性的原因。注意,污泥可以呈现不同的化学成分取决于治疗的起源和过程。
尽管研究,钢铁废料的处理仍然是一个开放系统的实践中,这可能会导致巨大的环境破坏(5,11]。
考虑钢和陶瓷行业的重要性,巴西、高炉污泥的产生和使用陶瓷的研究质量,本研究的目的是评估行为的粘土质质量用于制造瓦片和块结构陶瓷行业的高炉污泥的掺入钢铁生产中产生,使用原材料从圣埃斯皮里图州与球面形状的手工样品和酒吧。
粘土和高炉污泥样品收集存储成堆的结构陶瓷行业位于圣埃斯皮里图州。之后,样本风干,破碎的帮助下一个一磅重的东西,均质和住宿。
粘土和高炉污泥的特征x射线荧光光谱仪在飞利浦PW2400光谱仪;x射线衍射(XRD)铜源(Kα辐射)在飞利浦X - Pert MPD设备;激光衍射粒度分析的莫尔文Mastersizer 2000设备;界限含水量(12,13),升温速率的热重量分析10°C / min在空气气氛日本岛津公司DTA-50;扫描电子显微镜(SEM)在飞利浦XL-30电子显微镜。
酒吧和球体发射后模制的表征测试。
酒吧(棱镜标本)测量2厘米x 6厘米0.5厘米的粘土和高炉污泥的混合物被塑造,渗在# 80筛ABNT - Associacao Brasileira de有关Tecnicas干质量的10 g和含水率为10%,由轴向压250 Kgf / cm²。和手动模制球体直径2厘米的粘土和高炉污泥的混合物,渗在# 40筛ABNT干10 g的质量和足够水分的内容由手工成型模制根据实验室提出的方法不是金属材料称为教授de Souza Persio桑托斯的PMT EPUSP / BR (lps)研究员弗朗西斯科罗兰多Valenzuela-Diaz。
球体的塑造是一个快速的过程和成本有效的首次研究潜在的陶瓷原材料用于陶瓷行业(14]。
粘土质质量不同高炉污泥含量从0%到100%的体重;和6个酒吧和6个球被塑造为每一个内容。
标本在烘箱干燥24小时在110°C。然后标本被烧死在一个工业炉型隧道结构陶瓷行业的最高温度24小时850°C。发射之后,以下特性:吸水率、显气孔率、表观密度和抗弯强度根据提出的方法标本Souza桑托斯(15),在球抗压强度。
在烧粘土标本有0%和5%的内容,高炉污泥分析:观察断口表面的扫描电子显微镜(SEM)在电子显微镜飞利浦XL-30;矿物学分析,X射线衍射(XRD)和铜源(Kα辐射)在飞利浦X - Pert MPD设备。
材料的特性:
化学分析结果(表1)所示的重量百分比组成氧化物和点火的损失。通过分析数据,验证了粘土呈现典型的化学成分的粘土质原料,43.6%的二氧化硅,氧化铝28.2%;点火服从和14.3%损失值的范围从43.2%到77.6%的二氧化硅,从6.8%到38%2O3从6%到15.7%的损失在点火,分别按照Souza桑托斯(15陶瓷原材料。12.0%的氧化铁的百分比负责发射后的红色。(Na的浓度2O + K2O < 1.25%)不高;因此,甚至被冲淡氧化物;他们贡献的小玻璃的形成阶段。粘土与这些特征(硅铝、铁含量高和低稀释氧化物含量)中观察到的XRD需求较高的烧结温度,据希尔德布兰德et al。16]。
| Compositionexpressedinoxides (wt %) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SiO2 | 艾尔2O3 | 菲2O3 | TiO2 | K2O | 分别以 | P2O5 | Na2O | 曹 | 保 | 合作意向书 | |
| 粘土 | 43.62 | 28.15 | 12.04 | 1.34 | 1.02 | 0.38 | 0.23 | 0.23 | 0.16 | - - - - - - | 14.3 |
| 净水器 | 5.11 | 1.80 | 61.16 | 0.09 | 0.23 | 0.70 | 0.13 | 0.06 | 3.73 | 0.31 | 25.9 |
注意:定律:损失点火;BFS:高炉污泥。
表1:化学成分光谱仪。
如表所示,高炉污泥呈现高浓度的铁氧化物(61.2%)和高含量的损失点火(25.9%)相比,粘土,确凿的信息维埃拉et al。2)这个值对应于焦炭的燃烧中污泥的罚款。
数据1和2显示的例子酒吧和球体塑造与粘土的混合物和高炉污泥量从0%降至100%干在烤箱110°C。的黯淡干燥标本塑造与高炉污泥可以观察到,这突显出大量的有机质的存在,证实了高价值的损失点火(25.9%)中发现了投资人。
图1:干酒吧在110ºC的例子(破裂)与高炉污泥与粘土含量从0%到100%。
图2:干球的例子(破裂之前)与高炉污泥与粘土含量从0%降至100%。
图3显示了x射线衍射的粘土。XRD分析表明,主要矿物高岭石、石英、伊利石、针铁矿。
图3:XRD的粘土。
高炉污泥的x射线衍射图分析(图4)确定结晶阶段的存在与铁化合物,如磁铁矿(Fe3O4)和赤铁矿(Fe2O3),证实了高价值的铁2O3在光谱仪(61.2%)检测到。方解石(CaCO3)和石英(SiO2)也被检测到。XRD的石英的存在也证实了光谱仪的结果,提出了SiO2内容的5.11%。可口可乐在高炉污泥罚款现在并没有确定在XRD,可能由于其非晶特征,这一事实也观察到维埃拉et al。2]。
图4:XRD高炉污泥。
材料所示的界限含水量表2。粘土可塑性指数(PI)是25.5%,以上15日表明高可塑性,这使得它适合通过挤压成型。然而,这部分粘土π会导致更大的构象所必需的水量,需要较长的干燥。关于塑性极限(PL), 42%的价值,是在指定的范围从9%到56% Souza桑托斯(15非粘土),确认中标识的矿物高岭石XRD的优势。
| 特征 | PlasticityindexPI (%) | PlasticityLimitPL (%) | LiquidLimitLL (%) |
|---|---|---|---|
| 粘土 | 25.5 | 42.0 | 67.5 |
| Blastfurnacesludge | 9.1 | 35.1 | 44.2 |
表2:界限含水量。
π的值9.1%高炉污泥表明它是普通的塑料(π从7%到15%),需要一个更小的水量与高炉污泥的挤压件。在这种情况下,粘土的混合物包含高炉污泥可以减少所需的水混合挤出。
粒度分布的粘土和高炉污泥所示数据5和6,分别。粘土的有效直径是2.9μmμm高炉污泥是2.3。这些值非常接近,这表明两种材料有相似的大小分布的粒子,都有45%的谷物大于20μm和不到10%的谷物μm小于2。
图5:粘土的粒度分布曲线。
图6:高炉污泥的粒径分布曲线。
电子显微镜结果表明,粘土颗粒(图7)和高炉污泥(图8)表现出与倾向于形成片状颗粒形状不规则,一些零散和其他团大小从2μm 60μm。谷物纹理的高炉污泥的粗糙的粘土。
图7:(一)SEM的粘土;(b) SEM高炉污泥。
图8:热重量分析法导数曲线(壳体)的材料。
图8显示了粘土和高炉污泥的热行为。在粘土,发生吸热峰200°C到300°C,这可能对应于有机质的损失。最高的另一个吸热峰强度发生在500°C,损失的特征的羟基粘土矿物高岭石和伊利石。热事件有关玻璃化将开始在900°C没有检测到,耐火粘土的暗示可能的特性。
在高炉污泥,可以观察到一个定义良好的放热峰在825°C。这个反应可以关联到焦炭的燃烧罚款。减少铁化合物的氧化反应中,并未观察到的曲线,可能是因为这些反应是掩盖的反应与焦炭的燃烧罚款。
陶瓷属性
分析的结果提出了按酒吧的表3。挠曲强度的最大值(5.23 MPa)获得5%高炉污泥的内容,导致改善这个属性,一旦粘土不浪费提出了一个较低的值(4.23 MPa)。球(表4)抗压强度的最大值(1.62 MPa)获得了10%的高炉污泥。
| 属性 | 量(%) | 佤邦(%) | 美联社(%) | ASM (g.cm3) | LS (%) | FS (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 参考[15] | 6 a15.7 | ≤25 | ≤35 | 1.5 a2.0 | 2第a17 | ≥6.0 |
| 0%的石 | 12.62 | 24.77 | 41.34 | 1.62 | 2.36 | 4.23 |
| 5%的石 | 13.38 | 24.46 | 37.09 | 1.52 | 2.07 | 5.23 |
| 10%的石 | 13.92 | 25.00 | 38.15 | 1.53 | 2.13 | 3.93 |
| 20%的石 | 15.53 | 25.86 | 38.93 | 1.51 | 2.18 | 2.72 |
| 30%的石 | 16.70 | 27.04 | 40.74 | 1.51 | 2.07 | 2.13 |
| 40%的石 | 17.99 | 27.89 | 41.67 | 1.49 | 2.14 | 1.79 |
| 50%的石 | 19.41 | 29.33 | 43.70 | 1.49 | 2.00 | 1.23 |
| 60%的石 | 20.74 | 30.73 | 46.34 | 1.49 | 1.97 | 0.98 |
| 70%的石 | 22.21 | 31.09 | 46.67 | 1.51 | 1.96 | 0.48 |
| 80%的石 | 23.60 | 33.10 | 48.78 | 1.50 | 2.09 | 0.32 |
| 90%的石 | 24.87 | 34.94 | 51.04 | 1.47 | 2.21 | 0.25 |
| 100%的石 | 26.37 | 39.04 | 56.65 | 1.46 | 2.24 | 0.20 |
注意:BFS:高炉污泥;定律:损失点火;佤邦:吸水;美联社:显气孔率;ASM:表观密度;LS:线性收缩;FS:抗弯强度
表3:平均值的陶瓷属性在酒吧。
| 属性 | 量(%) | 佤邦(%) | 美联社(%) | ASM (g.cm3) | LS (%) | CS (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0%的石 | 12.84 | 26.94 | 39.40 | 1.49 | 4.22 | 1.89 |
| 5%的石 | 13.28 | 27.40 | 38.79 | 1.44 | 4.65 | 1.59 |
| 10%的石 | 14.05 | 27.84 | 39.41 | 1.44 | 4.59 | 1.62 |
| 20%的石 | 15.42 | 28.14 | 40.02 | 1.42 | 4.73 | 1.36 |
| 30%的石 | 18.75 | 30.21 | 42.86 | 1.40 | 4.93 | 1.35 |
| 40%的石 | 18.91 | 30.29 | 42.54 | 1.40 | 5.83 | 1.33 |
| 50%的石 | 20.60 | 32.57 | 42.41 | 1.38 | 5.90 | 0.69 |
| 60%的石 | 22.31 | 33.60 | 46.04 | 1.37 | 5.92 | 0.46 |
| 70%的石 | 24.45 | 35.99 | 49.66 | 1.37 | 6.00 | 0.45 |
| 80%的石 | 25.53 | 37.25 | 50.34 | 1.35 | 6.42 | 0.15 |
| 90%的石 | 27.31 | 39.28 | 51.95 | 1.32 | 6.71 | 0.08 |
| 100%的石 | 留言。 | 留言。 | 留言。 | 留言。 | 留言。 | 留言。 |
注意:BFS:高炉污泥;定律:损失点火;佤邦:吸水;美联社:显气孔率;ASM:表观密度;LS:线性收缩;CS:抗压强度;n。d:不确定。
表4:平均值的陶瓷球的属性。
挠曲强度的改善在酒吧的5%高炉污泥结果获得低吸水率的值(24.46%),显气孔率(37.09%)和损失点火(13.38%)与高炉污泥的内容分析。
球体与5%高炉污泥也获得了吸水值最低(27.40%),显气孔率(38.79%)和损失点火(13.28%),虽然获得了最高的抗压强度值为10%。这个值低于发现球粘土制成的。
也有逐渐增加的水吸收,显气孔率,损失点火与增加垃圾内容在酒吧和领域。
高炉污泥中的有机物存在和在燃烧时释放的增加发生在点火的损失,产生增加孔隙率和吸水率,因此,减少抗弯、抗压强度和表观密度的标本。
线性收缩值的变化不显著标本研究,平均2%的酒吧,在球体有小幅增长的线性收缩值随着污泥的内容。这个值可能表明高炉污泥不明显导致玻璃化的形成阶段,因为更高的收缩意味着更高的液相的形成(17),这会导致裂缝。
因此,有5%的粘土质量结合高炉污泥提供了潜在的使用结构陶瓷,在不影响标本的特征评估。
考虑Souza桑托斯(规定的值15)按酒吧、25%的最大吸水率和表观密度1.5克/厘米³³2.0克/厘米,酒吧用原材料用于评价结构陶瓷,标本的高炉污泥掺入满足两个值的5%。然而,明显孔隙度和挠曲强度获得在酒吧不符合规定的限制同一作者,最多35%,最低6 MPa,分别在任何高炉污泥的内容,包括标本粘土制成的。这个问题可以解决通过改变燃烧温度,由于孔隙度值和挠曲强度的5%高炉污泥紧张,尽管我没有见过处方,接近规定的值。
燃烧分析标本(酒吧)5%的高炉污泥:
参考样本的断裂表面成型只有粘土(图9和9 b),标本成型混合物5%高炉污泥的提升改善陶瓷属性(图9 c和9 dSEM)进行了分析。混合材料的观察非常均匀;不可能把毛孔和组成元素单独的材料。层数目的粘土矿物中可以看到部分似乎没有被玻璃相由石英和浸泡冲淡氧化物。
图9:(一)SEM烧粘土酒吧- 1000 x;(b) SEM烧粘土酒吧- 10000 x;(c) SEM烧酒吧由粘土的混合物和5%高炉污泥- 1000 x;(d) SEM烧酒吧由粘土的混合物和5%高炉污泥- 10000 x。
烧粘土酒吧的XRD分析(图10)显示,山峰的高岭石、石英、伊利石、针铁矿,DRX对应干燥粘土,除了可能的形成莫来石,高岭石的特征峰的出现。
图10:XRD的粘土烧酒吧。
偏高岭土是无定形的,不是图中呈现。在酒吧里包含5%的高炉污泥(图11),峰值发生相应的赤铁矿和磁铁矿,主要矿物中发现的XRD表征高炉污泥。烧酒吧的XRD的行为显示一些变化相比,干酒吧的成分,可能是因为在酒吧使用的850°C最高温度不允许重要的矿物相的变化。
图11:XRD烧酒吧由粘土和5%高炉污泥的混合物。
高炉污泥组成主要是浪费的铁氧化物、石英、方解石和可口可乐,而粘土由硅铝的优势非矿物质。
掺入5%的污泥,改善酒吧发生的机械强度。从5%,高炉污泥的内容的增加导致大大增加吸水和显气孔率,降低燃烧的抗弯和抗压强度酒吧和球体。这种行为可以部分归因于高炉污泥的化学成分,因为它的氧化物期间保持惰性解雇、和碳块的孔隙度增加。然而,碳高炉污泥中包含了必须完成燃烧使用的标本在850°C的最高温度。高炉污泥中所含的铁也导致了红色的标本,典型的瓦片和块,产品的结构陶瓷。
根据研究结果,建议将高炉污泥的最大内容(按重量计算)的5%粘土质质量,并确定最佳烧成温度根据块生产的类型。因此,高炉污泥利用在结构陶瓷材料,给一个合适的目的地浪费。
它可以铸造的技术可行性验证球形标本进行初步分析剂量的粘土质质量。,我们有一个简单的技术,可用于任何陶器。
作者感谢个人资讯,斗篷,FINEP和PMT / EPUSP。
