一、立项背景

利用苏州河底泥替代粘土制造粘土砖或陶粒，不仅能减缓建材制造业与农争土的矛盾，而且可以有效地为底泥找到合理的出路，解决底泥二次污染的问题，达到废弃物资源化的目的，走出一条可持续发展的新路。此外，若能利用苏州河底泥制成摆设工艺装饰品，也具有宣传意义。

本课题的研究将对上海市河道整治的底泥处置具有积极的推广意义，为建筑材料领域开发利用废弃资源开拓新的途径，具有重大的实用价值，将产生明显的社会效益，在配套政策的扶持下，还会产生一定的经济效益。

二、底泥的取样和成分分析

苏州河北新泾以东的河段中，底泥被污染的严重程度在纵向上有很大的差异，其中重金属污染最严重的三个河段为北新泾桥-中山路桥、江宁路桥-昌化路桥、西藏路桥-浙江路桥。因此，确定底泥取样的地点为上述三个河段，取样频率在北新泾附近最高。

对取回的底泥样品，经过预处理，作化学成分和颗粒组成以及底泥发热量的测定；对将用于中试的浙江路桥泥样测了X射线衍射分析和差热分析图谱，为烧成工艺的最终确定提供技术依据。

三、粘土陶粒的研制

以陶粒取代普通集料，可有效地降低混凝土的自重，提高混凝土的隔热保温、抗震、耐火性能，能满足当今建筑节能的要求。用陶粒可制成陶粒小砌块取代粘土砖，其整体性能可得到较大的改善。

（一）试验室的工作

苏州河底泥的化学成分及氧化物组成比基本上符合制陶粒原料的要求，但铁和铝的比例稍低，因此，在配料时应适当增加铁质原料和铝质成分；对塑性差的原料，应适当配加粘结剂以利成型。据此，确定粉煤灰和铁粉为辅助原料。

在实验室试验中，采用的考核指标为陶粒的表观密度。

烧制设备采用GMT-6/150硅钼棒高温电炉。共烧制60批试件，并测试了表观密度和吸水率两项指标。样品的表观密度在1040~1490 kg/m3，吸水率在5-7%。

对中试的浙江路桥泥样，进行了6次重复试验，制得的成品按照GB2842-81的要求进行了常规性能的测试。

（二）生产性中试

中试在回转窑上进行，直接试烧两次，共得0.8m3陶粒产品。

在实验室最佳方案的基础上，结合工厂的实际情况作了微调。

中试产品测试按照GB2842-81《轻集料试验方法》进行，试验结果符合GB2839-81《粘土陶粒和陶砂》的规定指标。

四、烧结多孔砖的研制

开发苏州河底泥用于制造烧结砖，不仅可扩大砖厂原料来源，更可为苏州河底泥找到合理的出路，达到废弃物资源化的目的。本课题以烧结多孔砖为研制目标。

（一）实验室工作

浙江路桥样品的颗粒组成总体上偏粗，化学成分组成基本上处于范围之内，由于铁、铝等助熔成分偏低，硅质含量相对较高，致使其耐火度较高，烧成温度也将升高。本次试验用粉煤灰作为改善成分的主要辅助原料，内掺煤渣5%。

对其他取样品，由于塑性相对较好，烧失量均较大。试样的线性收缩要比浙江路桥样品稍大，它们是较好的制砖原料，故对其不作成分的调整。采用100%底泥做试验，仅摸索一下适合的烧成温度。

采用手工成型方法，做成2×2×2cm3立方体小试块，在SX2-5-12箱式电阻炉上进行烧制。对烧制后的试块测试了抗压强度。

采用手工压制的方式成型18块100×50×40mm3的小试多孔砖，对产品按GB/T2542-92测试了抗压强度、抗折强度，结果完全满足要求。

（二）中试工作

中试产品目标为强度等级10Mpa。在中试厂试成型中，由于底泥的塑性较差，成型的砖坯报废率较高，故最终中试方案修改为浙江路桥底泥80%，高塑性粘土20%。

中试产品为标准的烧结多孔砖，尺寸为240×115×90mm3，共烧了四次，制得中试砖约1800块，按照GB/T2542-92《砌墙砖试验方法》对产品性能进行了测试，测试结果符合GB13544-92《烧结多孔砖》的要求。

五、陶瓷摆设工艺品的研制

在征集专家的意见后，确定了四个造型：“梳理”（两种）、“鱼”和“白玉兰花”。其中“梳理”取苏州河治理的谐音。“鱼”意味着苏州河中不久将有鱼游回来。“白玉兰花”为上海市市花。

根据苏州河底泥组成Al2O3较低，试验中Al2O3主要以高岭土引入，同时控制苏州河底泥的用量，调节碱金属和碱土金属含量来调整坯体配方，从而达到烧成范围较宽的目的，工艺性能达到常规生产的要求。

浆料经注浆法成型后施釉入窑，在氧化气氛中烧成获得较为满意的产品。

六、苏州河底泥及制品组成与结构的分析

从不同取样点取得的苏州河底泥送同济大学测试中心进行X射线衍射分析（XRD）和差热分析（DTA），得到如下结果：

（一）苏州河底泥的XRD分析

经对XRD图谱分析，试样中矿物组成较复杂，以石英（β-SiO2）和伊利水云母(K, H3O)(Al, Mg, Fe)2 (Al, Si)4 O10 [(OH)2 H2O]为主，另还有叶绿泥石（Mg, Fe2+)5 Al [AlSiO3O10](OH)6、石灰石(CaCO3)、石膏(CaSO4.2H2O)等。

（二）煅烧后的苏州河底泥制品

烧成后的制品，矿物组成趋于简单，主要为α-石英（α-SiO2）和蓝晶石Al2O[SiO4]。

从DTA分析可知，在200～450℃间有一个较宽的吸热峰，这是矿物脱去吸附水的过程，550～900℃有严格吸热峰，这是各矿物脱去结构水、β-石英到α-石英的晶型转变以及石灰石分解过程；在1100℃左右，有一个放热峰，蓝晶石等新晶相形成。

由此可见，苏州河底泥煅烧后，产生了一个物理化学变化，脱水、分解、晶型转变及生成新晶相。底泥中的有机物经煅烧后得以分解并挥发。在整个烧成过程中，先是水分蒸发，随之是矿物的分解，产生大量的气体，气体受热膨胀、逸出，使成品颗粒膨胀，到达一定温度时，部分物质开始熔融，在颗粒表面产生液相。接着立即出炉急速冷却，这部分液相来不及析晶，就在表面形成致密的玻璃相，内部则为多孔结构。这样的结构使烧出的陶粒具有轻质的特性，又具有一定的强度。对于多孔砖主要以石英作为骨架结构，部分熔融体作为粘结相，把石英颗粒粘结起来，使多孔砖具有良好的外型和一定的强度。

七、有害成份的测定

（一）重金属的含量

对原始底泥样品经烘干后，用混酸（HCl和HNO3）加热消解后，对煅烧后的样品用王水在水浴上恒温浸取1h，除砷采用二乙氨基二硫代甲酸银分光光度法外，均采用原子吸收光谱法测定，测定结果见表1。

表1 重金属含量的测定结果 （单位：μg /g样品）

（二）废气中有害气体的测定

在实验室中，底泥在管式炉中加温，空气通过，引导至水溶液中吸收；在中试过程中，是直接取自回转窑的烟室，用气袋收集，带回实验室中，用水溶液吸收。测定结果见表2。

表2 有害气体的测定结果

（三）放射性强度的测定

委托中科院上海原子核研究所协助测试。取6个不同取样地点煅烧后的样品，总α放射性强度以天然铀作为标准源，总β放射性强度以氯化钾作为标准源。6个试样中，总α强度在0.6~1.2Bq/g样品之间，总β强度在0.62~0.74Bq/g样品之间。上海地区泥土总α强度在2.0Bq/g以下，总β强度在1.0Bq/g以下。因此，样品数据均在本底涨落范围内，属于安全范围，对人体不会构成危害。

八、结论与建议

1．苏州河底泥在不同的部位、不同的深度，其理化指标有较大的差异，建议在将其作为制造建筑材料或工艺品的原料时，应区别对待，控制不同的工艺参数，以获得最佳的产品。

2．以浙江路桥下的表层淤泥作原料烧制陶粒，中试产品性能符合GB2839-81中700级的要求。建议采用苏州河表层淤泥生产陶粒时，应掺加一些铁粉和粉煤灰，原料混合是否均匀将对产品质量产生重要的影响；以浙江路桥下的底泥为原料烧制烧结多孔砖，中试的烧结多孔砖性能符合GB13544-92中强度等级为10MPa的要求；对底泥经过适当的处理可获得满足工艺成型要求的泥料，经注模和常规工艺焙烧，可制得符合要求的陶瓷工艺品，产品符合轻工部《陈设艺术陶瓷》QBxxxx-83的各项指标。

3．苏州河的污染底泥经过高温煅烧，其重金属含量会大为下降，煅烧后的样品（经王水浸析）与原始泥样（经混酸浸析）相比，重金属含量降低了90％左右（视元素不同而异）。将煅烧后的样品用蒸馏水浸析一周，水样中重金属含量检测结果为零。经上海原子能研究所检测，原始底泥和煅烧后的泥样中放射性元素的含量完全处在安全范围内，对人体无任何危害。底泥中的有机有害成份经高温分解，混入窑炉废气中。对废气中的有害成份P2O5、SO3、NO2等，可在废气排放处加装吸收装置，亦可提高烟囱的高度，具体高度视生产厂家排气口有害成份浓度而定，必须符合环保规定要求。

4．苏州河底泥作为原料制造陶粒、烧结多孔砖及摆设工艺品，做到了变废为宝，为建筑材料领域开发利用废弃资源开拓了新的途径，对上海市其他河道疏浚底泥的处置有着积极的推广意义。在对利用苏州河底泥或其他疏浚河泥用于建材行业原料的问题上，建议政府有关部门在政策上予以重点的扶持，因为这一可解决建材业缺少粘土资源的困境，二可使环境得到治理，三为疏浚公司解决了底泥处置问题，将取得经济效益和社会效益的统一。

九、鉴定意见

本课题于1998年9月25日通过了市科委组织的专家鉴定，鉴定意见如下：

1．项目所提供的技术文件、资料齐全，研究内容丰富，数据可信，较好完成原合同规定的各项技术指标，符合鉴定的要求。

2．项目通过对苏州河底泥的化学成份、颗粒组成和工艺性能的分析研究，提出了利用苏州河底泥生产陶粒、烧结多孔砖及陶瓷工艺品的工艺技术参数，为苏州河底泥处置和利用提供了一条行之有效的途径。

3．利用现有生产设备中试制得的陶粒、烧结多孔砖及陶瓷工艺品等产品均符合国家有关标准和环保要求，具有明显的环境与社会效益。

4．项目总体技术达到国内领先，专家一致同意通过鉴定。

5．建议进一步开展产业化及相关政策的研究，使成果尽快转化为生产力。

（同济大学 江苏省陶瓷研究所）