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摘要：为减少对天然矿物的使用量，研究长江淤泥代替黏土原料制砖的处理方法具有很重要的意义。本文通过对长江淤泥矿物学分析，研究淤泥中矿物组成、粒径分布等物理化学性质，再利用旋流分离技术，高效分离出淤泥中的非粘土矿物杂质，有效提升烧结砖成型和烧结性能。
关键词：旋流分离技术；淤泥；制砖；原料处理
针对如何利用淤泥，节约资源，近些年国内外对淤泥制砖技术进行了大量研究[1~4]。由于淤泥矿物组成与黏土相似，利用淤泥代替黏土生产烧结砖的研究已日趋成熟，淤泥已成为南通地区烧结砖企业最主要原料。但淤泥中含有大量贝壳类、非黏土类矿物颗粒，不仅给淤泥制砖工艺带来了很大的困难,且影响烧结成品性能。为解决上述问题，本文通过对长江南通段淤泥的矿物学分析和旋流分离提纯研究，探讨出一种淤泥物理提纯的工艺，为利用淤泥生产高性能烧结砖制品提供可能。
1实验原料和研究方法
1.1原料
淤泥原料来自长江淤泥南通段某砖瓦厂淤泥堆场。该淤泥通过耐磨泵从长江抽取，泵入淤泥池，通过自然晾干储入淤泥堆场后备用。
1.2分析方法
1）原材料化学成分分析采用XRF荧光分析仪进行。
2）材料矿物组分分析采用Dmax-γβ型线衍射仪进行。
3）SEM形貌分析采用扫描电子显微镜进行。
4）塑性指数测定采用GYS—2型液塑限联合测定仪，锥质量为100g，锥角为30°。
5）淤泥颗粒粒径分析采用45~400目标准筛水洗筛分，将淤泥样品充分打浆后过筛。
1.3旋流分离实验装置
本次研究使用的旋流器直径为100mm，入料淤泥浆浓度为15%。
图1 淤泥旋流分离流程图
2.实验结果与分析
2.1淤泥化学成分、矿物组分分析
表1淤泥化学成分
从表1可以看出，干燥后的淤泥烧失量为11.22%，氧化钙含量为9.62%,还有2.62%Fe2O3。
为确定淤泥矿物组成和含量，通过xrd物相分析和矿物组分半定量分析得出表2。
表2. 淤泥主要矿物成分和含量
从表2可以看出，淤泥矿物组成与黏土极为相似，但是淤泥中含有较多的方解石、赤铁矿和绿泥石类矿物。
2.2淤泥矿物形貌和元素分布分析
为了研究淤泥矿物中颗粒形貌和重要元素分布，对淤泥矿物颗粒进行了扫描电镜形貌分析和能谱分析（见图2）。
图2中，a为淤泥扫描电镜1000倍形貌图，淤泥颗粒多为片状堆积成块，形成大颗粒。c为Si元素分布图，Si元素平均分布，d中Ca元素分布图，分布相对比较集中，集中点为b中所示的颗粒。结合物相分析，淤泥中方解石类矿物相对含量偏高，所以此颗粒为贝壳类或方解石颗粒，颗粒相对较大，分布集中。
A
b
c
d
图2 淤泥扫描电镜形貌和元素能谱分析
.3淤泥矿物粒径分布分析
图3为淤泥的标准筛水洗筛分后的粒径分布度图，淤泥大部分分布在＜150目，粒径＞150目部分质量百分比小于10%。＞150目筛网上的颗粒主要为白色碎贝壳状颗粒，夹杂一些不规则深红色、青色颗粒（泛绿）和一部分砂状颗粒，＞45目部分肉眼观察明显。通过查阅文献，我们一般认为白色贝壳状颗粒为江中的贝壳类生物时候经过江水冲刷形成。
夹杂的深红色颗粒为赤铁矿类矿物。为进一步明确这部分矿物组成，文章对＞150目颗粒进行XRD物相和半定量分析，得到表3所示的物相组成。
图3 淤泥粒径分布
表3 淤泥颗粒大于150目部分矿物组成
可以看出，淤泥颗粒粒径＞150目部分中，绿泥石、方解石（贝壳）、赤铁矿含量较高，筛上的青色泛绿颗粒为绿泥石颗粒，砂状颗粒为石英砂。这类矿物对淤泥烧结砖成型和烧结性能影响很大。淤泥颗粒越大，其淤泥塑性指数越低，影响成型质量。此外方解石类矿物烧结后形成生石灰，易造成烧结砖遇水发生爆裂。
2.5淤泥旋流分离提纯
150目粒径在105um左右，根据旋流分离相关文献资料[5~12]，选用直径100mm的旋流管，分离粒出粒径大于105um的颗粒的效率在95%以上。在进料压力0.12MPa，进料浓度15%,14mm底流口条件下，采用图1所示流程进行旋流分离，得到底流粗渣和溢流提纯淤泥浆。通过观察，底流中粗渣颗粒粒径较粗，有白色贝壳状颗粒、青绿色不规则颗粒、黄色石英砂，还有部门红色赤铁矿颗粒。
通过对溢流淤泥浆干燥处理，对溢流淤泥矿物学组分进行分析，和原料淤泥进行对比得出下表。
表4 淤泥分离提纯前后矿物组分对比
可以看出，通过旋流分离提纯后，淤泥中方解石（贝壳）、赤铁矿、绿泥石、石英含量明显减少，提纯后淤泥颗粒较细。
表5给出了淤泥提纯前后塑性指数的变化。可以看出通过提纯，淤泥塑性指数有所提高，这是因为高岭石、伊利石、蒙脱石总含量大大提高，且去除了淤泥中大颗粒产物，提高了淤泥整体塑性指数。
表5 淤泥提纯前后塑性指数对比
3结论
1）淤泥具有与黏土相似的矿物组成，但是淤泥中含有较多含量的方解石、绿泥石、石英砂、赤铁矿类矿物，对利用淤泥成型烧结生产烧结砖具有不利的影响。
2）淤泥中超过90%的颗粒分布在＜150目部分，而＞150目部分黏土类矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）含量相对较少，多为方解石（贝壳）、绿泥石、赤铁矿类矿物，可以通过分离去除＞150目部分的淤泥矿物来达到提纯的目的。
3）通过旋流分离技术可以有效的分离出淤泥中大颗粒组分，有效降低淤泥中方解石（贝壳）、绿泥石、赤铁矿类矿物含量，提高淤泥塑性指数，改善淤泥制砖成型性能。同时降低淤泥砖在烧结过程中因方解石（贝壳）分解产生的生石灰，大大降低因生石灰遇水发生淤泥砖爆裂的现象。
参考文献
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论文作者:杨石彬,周卓
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/17
标签：淤泥论文; 矿物论文; 颗粒论文; 粒径论文; 方解石论文; 赤铁矿论文; 南通论文; 《基层建设》2018年第17期论文;