本文介绍了一项关于利用石灰泥（lime mud）和粉煤灰（coal fly ash）制备陶粒（ceramsite）的研究，该研究由Juan Qin、Chong Cui、Xiaoyu Cui、Ahmad Hussain和Chuanmeng Yang等人完成，他们来自南京理工大学材料科学与工程学院。该研究发表于2015年的《Construction and Building Materials》期刊上，题为“Preparation and characterization of ceramsite from lime mud and coal fly ash”。

研究背景

石灰泥是造纸工业中碱回收过程中的副产品，主要成分为碳酸钙（CaCO3）。由于其高碱性和含有重金属离子，石灰泥被归类为有毒工业废物。目前，石灰泥主要通过填埋处理，这不仅占用土地资源，还会对环境造成污染。随着造纸工业的发展，石灰泥的产量逐年增加，如何有效处理和再利用石灰泥成为一个亟待解决的问题。与此同时，粉煤灰是燃煤电厂的副产品，含有大量的二氧化硅（SiO2）和氧化铝（Al2O3），具有作为建筑材料的潜力。因此，本研究旨在探索将石灰泥和粉煤灰结合，通过烧结制备具有高吸水性和抗压强度的陶粒，以实现工业废物的资源化利用。

研究方法

研究的主要流程包括原料准备、陶粒制备、烧结和性能测试。首先，研究人员从徐州造纸公司和南京华能电厂分别收集了石灰泥和粉煤灰，并购买了页岩（shale）、珍珠岩（perlite）、硅藻土（diatomite）和锯末（sawdust）作为添加剂。通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对原料的晶体结构和微观形貌进行了分析。随后，研究人员将石灰泥、粉煤灰和不同添加剂按一定比例混合，经过造粒、干燥和烧结等步骤制备陶粒。烧结温度设定在1000°C至1100°C之间，烧结后的陶粒通过XRD、SEM、吸水率测试和抗压强度测试等手段进行性能表征。

研究结果

研究结果表明，添加5 wt%硅藻土并在1050°C下烧结的陶粒表现出最佳性能，其24小时吸水率为39.03%，表观孔隙率为49.49%，抗压强度为4.79 MPa。XRD分析显示，陶粒的主要晶相为钙长石（anorthite），而在高石灰泥含量（50 wt%和60 wt%）的陶粒中还发现了钙铝黄长石（gehlenite）和硅灰石（wollastonite）。SEM观察表明，硅藻土的添加有助于形成多孔结构，而锯末的添加虽然提高了吸水率，但显著降低了抗压强度。此外，研究还发现，烧结温度和石灰泥含量对陶粒的性能有显著影响。1050°C被确定为最佳烧结温度，而40 wt%的石灰泥含量则是最佳配比。

研究意义

本研究通过将石灰泥和粉煤灰结合制备陶粒，不仅为工业废物的资源化利用提供了一种有效途径，还为建筑材料的开发提供了新的思路。陶粒具有高吸水性和抗压强度，可广泛应用于建筑材料、过滤介质等领域。此外，该研究还为其他工业废物的再利用提供了参考，具有重要的科学和应用价值。

研究亮点

1. 废物资源化利用：成功将石灰泥和粉煤灰这两种工业废物转化为高附加值的陶粒，减少了环境污染和资源浪费。
2. 优化工艺参数：通过系统研究添加剂、烧结温度和石灰泥含量对陶粒性能的影响，确定了最佳工艺条件。
3. 高性能陶粒：制备的陶粒具有高吸水性和抗压强度，适用于多种应用场景。
4. 晶体结构分析：通过XRD和SEM揭示了陶粒的晶体结构和微观形貌，为理解其性能提供了科学依据。

结论

本研究证明了利用石灰泥和粉煤灰制备陶粒的可行性，并通过优化工艺参数获得了高性能的陶粒产品。这不仅为工业废物的处理提供了一种环保的解决方案，还为建筑材料的开发提供了新的选择。未来的研究可以进一步探索其他工业废物的再利用潜力，推动可持续发展的实现。