淡化海砂製備高性能建築用砂的方法與流程
2023-09-20 12:14:40 1
本發明涉及一種淡化海砂製備高性能建築用砂的方法,屬於海砂處理製備建築材料技術領域。
背景技術:
隨著我國大規模的經濟社會建設,建築領域所使用的河砂面臨著日益嚴峻的匱乏局面,在沿海地區尋求一種經濟效益顯著的海砂淡化方法和裝置顯得迫在眉睫。世界上一些國家很早就有將海砂用於建築領域的實例,特別是一些濱海的島國,其絕大部分建築用砂都來自於海砂,但由於海砂中所含氯離子含量過高,容易腐蝕建築中的鋼筋等材料,並且過粗或過細的海砂均不適用於房屋建築,因此應對海砂進行淡化處理,並除去其中的氯離子等有害介質以符合建築用砂的標準。目前,關於海砂淡化的技術種類可分為散水自然清洗法、自然放置法和機械法。如果單一使用一種方法,經濟效益並不明顯,因此,可以考慮利用一種綜合的方法來為海砂淡化。目前,我國關於海砂處理的公開專利並不多見,現有的海砂處理方法實際成本偏高,普遍存在耗能大,消耗淡水較多等缺陷。因此,現有技術還有待於改進和發展。
技術實現要素:
本發明的目的在於解決現有技術的不足,提供一種淡化海砂製備高性能建築用砂的方法,通過該方法旨在解決海砂中含氯量過高及海砂顆粒不符合標準的問題。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
淡化海砂製備高性能建築用砂的方法,所述方法包括如下步驟:
第一步,製備海砂淡化用水;
(1)預處理:將近海水引致蓄水池,加入所蓄海水總體積1-2.5%質量的水不溶性葡聚糖,充分攪拌均勻,於常溫自然絮凝沉降6-8h;
大分子量的水不溶性葡聚糖,具有吸附和絮凝的功效(在近海海水汙染物之間產生架橋功能,加速汙染物沉降),同時,可以吸附重金屬雜質和小分子難以絮凝的成分,絮凝預處理效果好,操作方便;
(2)淨化:步驟(1)預處理後的近海海水泵入過濾塔,所述過濾塔內裝填有改性珊瑚砂填料,預處理過的近海海水經過濾塔內的填料吸附淨化,充分去除氯離子和雜質,獲得海砂淡化用水;
珊瑚砂中的孔隙包括顆粒間的外孔隙與顆粒本身的內孔隙,孔隙率接近50%。相對其他材料而言,珊瑚砂質輕、多孔,在海島上就地取材,將珊瑚砂進行改性製備濾料,用於海水的的淨化,淨化效果好,濾料成本低,本申請的發明人試驗過程中發現,採用天然的珊瑚砂可以實現海水一定程度的淨化,但由於珊瑚砂孔隙率極高且孔徑較大,吸附雜質後儲存雜質的功能弱,過濾過程中雜質極易再次進入海水,影響淨化效果,因此,本申請的發明人對天然的珊瑚砂進行改性,以進一步提高吸附能力,同時大大改善儲存雜質的能力,經由改性珊瑚砂處理後的海水氯離子和雜質含量顯著降低,接近淡水標準;
第二步,海砂淡化處理;
(1)海砂預篩:將海砂進行篩分,獲取粒徑小於5mm的海砂;
(2)海砂淡水淨化:將第二步步驟(1)的海砂與第一步的海砂淡化用水按質量與體積比3:5-8的比例混合,加入適量硅藻土、活性炭和有機膨潤土,於常溫攪拌處理3-5h;
活性炭具有巨大的比表面積和豐富的三維孔隙結構,高比表面積有利於氯離子的吸附儲存;硅藻土也具有孔隙度大、吸收性強、化學性質穩定的優點,有機膨潤土具有良好的觸變性、化學穩定性、分散性,加入適量有機膨潤土攪拌均勻後,即可形成穩定的分散料;將上述三種原料混合均勻形成均勻的分散體系,用於吸附海砂浸出的氯離子,吸附效果極佳,且後續熱處理過程中,還可以吸附熱處理逸出的氯氣,避免空氣汙染;
(3)分離:將第二步步驟(2)淨化處理後的海砂瀝乾;
(4)熱處理:將第二步步驟(3)瀝乾的海砂於120-150℃加熱處理1-1.5h,然後再次篩分,去除硅藻土、活性炭和有機膨潤土後獲得淡化海砂成品。
優選的,第一步,製備海砂淡化用水中,所述改性珊瑚砂填料的加工方法如下:
(a)將珊瑚砂破碎,選取粒徑範圍0.6-0.8mm的珊瑚砂,用海水衝洗去可見雜質,曬乾備用;
(b)配置改性劑,將磁性有序介孔介質、硅藻土和有機膨潤土混合均勻,加適量淨化水攪拌均勻,用氫氧化鈉調pH值至7.5-7.8,獲得改性劑;
(c)將步驟(a)的珊瑚砂投入步驟(b)的改性劑中改性處理,於常溫攪拌浸潤4-6小時,浸潤過程中補加氫氧化鈉維持體系pH值7.5-7.8;
(d)步驟(c)改性處理後的珊瑚砂經瀝乾,於220-280℃高溫焙燒0.5-1h後,冷卻至常溫,即作為填料裝填過濾塔。
磁性有序介孔炭具有巨大的比表面積和豐富的三維孔隙結構,高比表面積有利於雜質的吸附儲存,規整有序的開放性孔道、尺寸可調的孔徑為反衝洗處理時雜質的脫出提供了路徑;硅藻土具有孔隙度大、吸收性強、化學性質穩定的優點,有機膨潤土具有良好的觸變性、化學穩定性、分散性,加入適量有機膨潤土攪拌均勻後,即可形成穩定的分散料;
將上述三種原料混合均勻形成均勻的分散體系,用於珊瑚砂的改性,浸潤過程中,進入珊瑚砂的孔隙內,形成大孔(珊瑚砂)內套小孔(磁性有序介孔炭或磁性有序介孔鐵酸鎳)的立體孔隙結構,相對於天然珊瑚砂孔隙的無序性,改性後的珊瑚砂孔隙結構有序,大小孔錯落有致,用於海水淨化處理,吸附儲存效果好,後續反衝洗時也便於雜質脫出。
優選的,改性劑中磁性有序介孔介質的質量分數為0.5-1.2%,硅藻土的質量分數為2-2.5%,有機膨潤土的質量分數為0.8-1.6%。
優選的,改性劑中磁性有序介孔介質的質量分數為0.0%,硅藻土的質量分數為2.2%,有機膨潤土的質量分數為1.0%。
優選的,所述磁性有序介孔介質為磁性有序介孔炭和/或磁性有序介孔鐵酸鎳。
優選的,所述磁性有序介孔介質為磁性有序介孔炭和磁性有序介孔鐵酸鎳按質量比3:1-2的混合物。
優選的,第二步步驟(2)中還添加有過硫酸鈉,過硫酸鈉的加入量為海砂質量的0.8-1.2%。過硫酸鈉作為脫氯劑,可以進一步提高海砂淡化效果。
優選的,第二步步驟(2)中硅藻土和活性炭的加入量分別為海砂質量的1.5-2.0%,有機膨潤土的加入量為海砂質量的0.5-0.8%。
本發明的有益效果是:本申請的發明人對天然的珊瑚砂進行改性,以進一步提高吸附能力,同時大大改善儲存雜質的能力,經由改性珊瑚砂處理後的海水氯離子和雜質含量顯著降低,接近淡水標準;然後該海水用於海砂的淡化處理,處理效率高,效果好,處理後的海砂氯離子含量低,可以作為高性能的建築材料使用。
具體實施方式
下面通過具體實施例,對本發明的技術方案作進一步的具體說明。
實施例1
淡化海砂製備高性能建築用砂的方法,所述方法包括如下步驟:
第一步,製備海砂淡化用水;
(1)預處理:將近海水引致蓄水池,加入所蓄海水總體積1%質量的水不溶性葡聚糖,充分攪拌均勻,於常溫自然絮凝沉降8h;
(2)淨化:步驟(1)預處理後的近海海水泵入過濾塔,所述過濾塔內裝填有改性珊瑚砂填料,預處理過的近海海水經過濾塔內的填料吸附淨化,充分去除氯離子和雜質,獲得海砂淡化用水;
所述改性珊瑚砂填料的加工方法如下:
(a)將珊瑚砂破碎,選取粒徑範圍0.6-0.8mm的珊瑚砂,用海水衝洗去可見雜質,曬乾備用;
(b)配置改性劑,將磁性有序介孔介質、硅藻土和有機膨潤土混合均勻,加適量淨化水攪拌均勻,用氫氧化鈉調pH值至7.5-7.8,獲得改性劑;改性劑中磁性有序介孔介質的質量分數為0.5%,硅藻土的質量分數為2.5%,有機膨潤土的質量分數為1.6%,所述磁性有序介孔介質為磁性有序介孔炭;
(c)將步驟(a)的珊瑚砂投入步驟(b)的改性劑中改性處理,於常溫攪拌浸潤4小時,浸潤過程中補加氫氧化鈉維持體系pH值7.5-7.8;
(d)步驟(c)改性處理後的珊瑚砂經瀝乾,於220℃高溫焙燒1h後,冷卻至常溫,即作為填料裝填過濾塔;
第二步,海砂淡化處理;
(1)海砂預篩:將海砂進行篩分,獲取粒徑小於5mm的海砂;
(2)海砂淡水淨化:將第二步步驟(1)的海砂與第一步的海砂淡化用水按質量與體積比3:8的比例混合,加入適量硅藻土、活性炭和有機膨潤土,於常溫攪拌處理5h;硅藻土和活性炭的加入量分別為海砂質量的1.5%,有機膨潤土的加入量為海砂質量的0.5%;
(3)分離:將第二步步驟(2)淨化處理後的海砂瀝乾;
(4)熱處理:將第二步步驟(3)瀝乾的海砂於120℃加熱處理1h,然後再次篩分,去除硅藻土、活性炭和有機膨潤土後獲得淡化海砂成品。
實施例2:
淡化海砂製備高性能建築用砂的方法,所述方法包括如下步驟:
第一步,製備海砂淡化用水;
(1)預處理:將近海水引致蓄水池,加入所蓄海水總體積:2.5%質量的水不溶性葡聚糖,充分攪拌均勻,於常溫自然絮凝沉降6h;
(2)淨化:步驟(1)預處理後的近海海水泵入過濾塔,所述過濾塔內裝填有改性珊瑚砂填料,預處理過的近海海水經過濾塔內的填料吸附淨化,充分去除氯離子和雜質,獲得海砂淡化用水;
所述改性珊瑚砂填料的加工方法如下:
(a)將珊瑚砂破碎,選取粒徑範圍0.6-0.8mm的珊瑚砂,用海水衝洗去可見雜質,曬乾備用;
(b)配置改性劑,將磁性有序介孔介質、硅藻土和有機膨潤土混合均勻,加適量淨化水攪拌均勻,用氫氧化鈉調pH值至7.5-7.8,獲得改性劑;改性劑中磁性有序介孔介質的質量分數為1.2%,硅藻土的質量分數為2.5%,有機膨潤土的質量分數為1.6%,所述磁性有序介孔介質為磁性有序介孔鐵酸鎳;
(c)將步驟(a)的珊瑚砂投入步驟(b)的改性劑中改性處理,於常溫攪拌浸潤6小時,浸潤過程中補加氫氧化鈉維持體系pH值7.5-7.8;
(d)步驟(c)改性處理後的珊瑚砂經瀝乾,於280℃高溫焙燒0.5h後,冷卻至常溫,即作為填料裝填過濾塔;
第二步,海砂淡化處理;
(1)海砂預篩:將海砂進行篩分,獲取粒徑小於5mm的海砂;
(2)海砂淡水淨化:將第二步步驟(1)的海砂與第一步的海砂淡化用水按質量與體積比3:5的比例混合,再加入適量硅藻土、活性炭和有機膨潤土,於常溫攪拌處理5h;硅藻土和活性炭的加入量分別為海砂質量的2.0%,有機膨潤土的加入量為海砂質量的0.8%;
(3)分離:將第二步步驟(2)淨化處理後的海砂瀝乾;
(4)熱處理:將第二步步驟(3)瀝乾的海砂於150℃加熱處理1.5h,然後再次篩分,去除硅藻土、活性炭和有機膨潤土後獲得淡化海砂成品。
實施例3
淡化海砂製備高性能建築用砂的方法,所述方法包括如下步驟:
第一步,製備海砂淡化用水;
(1)預處理:將近海水引致蓄水池,加入所蓄海水總體積1.5%質量的水不溶性葡聚糖,充分攪拌均勻,於常溫自然絮凝沉降7h;
(2)淨化:步驟(1)預處理後的近海海水泵入過濾塔,所述過濾塔內裝填有改性珊瑚砂填料,預處理過的近海海水經過濾塔內的填料吸附淨化,充分去除氯離子和雜質,獲得海砂淡化用水;
所述改性珊瑚砂填料的加工方法如下:
(a)將珊瑚砂破碎,選取粒徑範圍0.6-0.8mm的珊瑚砂,用海水衝洗去可見雜質,曬乾備用;
(b)配置改性劑,將磁性有序介孔介質、硅藻土和有機膨潤土混合均勻,加適量淨化水攪拌均勻,用氫氧化鈉調pH值至7.5-7.8,獲得改性劑;改性劑中磁性有序介孔介質的質量分數為0.8%,硅藻土的質量分數為2%,有機膨潤土的質量分數為1.2%,所述磁性有序介孔介質為磁性有序介孔炭和磁性有序介孔鐵酸鎳按質量比3:1的混合物;
(c)將步驟(a)的珊瑚砂投入步驟(b)的改性劑中改性處理,於常溫攪拌浸潤5小時,浸潤過程中補加氫氧化鈉維持體系pH值7.5-7.8;
(d)步驟(c)改性處理後的珊瑚砂經瀝乾,於250℃高溫焙燒0.75h後,冷卻至常溫,即作為填料裝填過濾塔;
第二步,海砂淡化處理;
(1)海砂預篩:將海砂進行篩分,獲取粒徑小於5mm的海砂;
(2)海砂淡水淨化:將第二步步驟(1)的海砂與第一步的海砂淡化用水按質量與體積比3:6的比例混合,加入過硫酸鈉,過硫酸鈉的加入量為海砂質量的1.0%,再加入適量硅藻土、活性炭和有機膨潤土,於常溫攪拌處理4h;硅藻土和活性炭的加入量分別為海砂質量的1.8%,有機膨潤土的加入量為海砂質量的0.6%;
(3)分離:將第二步步驟(2)淨化處理後的海砂瀝乾;
(4)熱處理:將第二步步驟(3)瀝乾的海砂於130℃加熱處理1h,然後再次篩分,去除硅藻土、活性炭和有機膨潤土後獲得淡化海砂成品。
以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案,並非對本發明作任何形式上的限制,在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。