一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料及其製備方法
2023-07-04 19:56:46
專利名稱：一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於水處理劑製備技術領域，特別是一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料及其製備方法。
背景技術：
尾礦是指金屬或非金屬礦山開採出的礦石，經選礦廠選出有價值的精礦後排放的廢渣。這些尾礦由於數量大，含有暫時不能處理的有用或有害成分，隨意排放，將會造成資源流失，大面積覆沒農田或淤塞河道，汙染環境。如目前我國尾礦的主要處理方式為尾礦庫堆存，這不僅提高了選礦的附加費用，同時也是重大危險源和環境汙染源，既對尾礦庫下遊人民生命和財產安全構成威脅，又易造成環境汙染事故。尾礦的再生利用已成為當前急迫解決的問題，但現有尾礦資源的開發利用方向還僅限於尾礦重選、有價組分提取、充填區、建築材料、土壤改良劑、微晶體製備等方面，其尾礦的綜合利用率很低，不到20%。現有用於水處理的陶粒濾料主要採用膨脹頁巖、粘土、鋁礬土、垃圾燒渣、煤矸石、生物汙泥、河底泥或/和粉煤灰等為主要原料，經過高溫燒制而成。雖然陶粒濾料具有孔隙率高、化學性能穩定、機械強度高、過濾水質好、滲透能力強、濾速高等優點，其主要技術指標優於石英砂和無煙煤濾料，可廣泛用於自來水過濾、城鎮汙水處理以及用於石油，化工行業的過濾介質等，但還存在以下主要問題:一是處理效果與經濟性能不能完美結合，如吸附性能好的陶粒濾料比表面積 大，但其強度低、使用壽命短以及再生處理費用高；經濟性能好的陶粒濾料強度大、比表面積小、再生處理費用低，但吸附性能較差。二是普通陶粒濾料存在的主要缺陷為:表面粗糙度不夠、親水性差、微生物不易附著，且製備和燒制工藝複雜、陶粒成品均勻性差、不便應用，同時比重不合理的尚不能在生物濾池中形成流化狀態，微生物與汙染物接觸機率小，處理效率低。三是製備陶粒濾料的主要原材料局限於上述幾種材料，比較單一，不能滿足不同水質汙水的處理要求。中國專利申請200610010355.4提出了一種「生物陶粒濾料及其製備方法」，該生物陶粒濾料由頁巖、粉煤灰、汙泥、成孔劑和粘結劑製成，雖然可以克服現有陶粒濾料孔隙率低，尤其是微孔含量低、表面粗糙度不足、親水性差而引起的比表面積小、吸附能力差、微生物固定量小、固定化速率低的問題，但由於該配方中採用了汙泥等原料，使得焙燒的溫度受限於1000°C內，而一般陶粒燒制的最低溫度要求為1080°c，溫度不足會導致燒制的成品出現強度低、易碎易裂，以及可利用率低等缺點。如何克服現有技術的不足，已成為當今水處理劑製備技術領域亟待解決的關鍵難題之一。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足而提供一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料及其製備方法，本發明提供的生物陶粒濾料具有利用礦山廢渣變廢為寶和大幅度降低原料成本的優點，本發明提供的製備方法實施簡便、無二次汙染產生以及實用可靠。根據本發明提出的一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料，其特徵是由80 90wt.%硫化鉛鋅礦浮選尾礦、8 18.5wt.%粘土、1.5 2.5wt.%造孔劑和外加粘結劑製成，其中:造孔劑為木屑、竹屑或秸杆；粘結劑為質量百分數8 12%的木質素黃原酸鈣、碳酸鈉或矽酸鈉溶液，生物陶粒濾料所用原料的固液比為8 12:1。本發明進一步的優選方案:一是硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料由85.8wt.%硫化鉛鋅礦浮選尾礦、12.2wt.%粘土、2wt.%造孔劑和外加粘結劑製成，其中:造孔劑為鋸末；粘結劑為質量分數10%的木質素黃原酸鈣溶液，生物陶粒濾料所用原料的固液比為10:1。二是所述的硫化鉛鋅礦浮選尾礦的化學成分質量百分含量為=SiO2:33.92%、Al2O3:
3.71%、Mg0:2.10%,CaO: 21.43%、Mn0:6.72%,SO3:8.99%、Fe2O3:4.3%、有機成分:17.3%。三是所述的粘土的化學成分質量分數含量為=SiO2:64.42%、Al2O3:16.91%、MgO:1.57%、CaO:
0.85%、MnO:0.10%、SO3:8.99、Fe2O3:4.78%、有機成分:7.20%。根據本發明提出的一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料及其製備方法，其特徵是起始主、輔原料按照本發明的硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料的配比稱量後，經乾燥一混料一成型一烘乾一預熱一焙燒一冷卻步驟，而製得硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料成品，具體包括:
步驟一，乾燥:將經稱量配比後的硫化鉛鋅礦浮選尾礦主料及粘土和造孔劑輔料於100 110°C下乾燥備用；
步驟二，混料:將步驟一乾燥備用的硫化鉛鋅礦浮選尾礦、粘土和造孔劑主輔料混合均勻，然後撒在圓盤造粒機內備用；
步驟三，成型:將步驟二所述的圓盤造粒機啟動並旋轉，同時將粘結劑噴灑在均勻混合的主輔料上，製得粒徑範圍為5 IOmm的半成品生料球；
步驟四，烘乾:將步驟三得到的半成品生料球放入電熱恆溫鼓風烘乾箱中烘乾，烘乾溫度100 110°C、烘乾時間1.5 2.5h ;
步驟五，預熱:將步驟四烘乾的半成品生料球在300°C溫度下預熱9 Ilmin ；
步驟六，焙燒:將步驟五預熱後的生料球放入坩堝內，移入箱式電阻爐中，將爐溫逐步提升至1240°C，並在1240°C條件下保溫30min，然後內自然冷卻，得到半成品熟料球；
步驟七，冷卻:將步驟六得到半成品熟料球從箱式電阻爐中取出，冷卻至室溫，得到硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料成品。本發明製備的原理是:本發明生物陶粒濾料是採用含有矽酸鹽、鋁矽酸鹽、碳酸鹽和微量金屬礦物的化合物，在粘結劑的作用下可以粘結在一起，並在>1100°c的高溫焙燒下形成強度較高的陶瓷結構。為提高本發明生物陶粒濾料的孔隙率，焙燒前通過向矽酸鹽、鋁矽酸鹽、碳酸鹽礦物和微量金屬礦物等化合物中添加木屑、竹屑或秸杆等造孔劑，使得其在焙燒中可隨爐溫的持續升高使造孔劑逐漸炭化分解並產生氣泡，在本成品生球內部形成疏鬆多孔，同時各原料化合物之間發生反應，逐漸生成硬度較大的結構體，使得焙燒後可形成強度高、比表面積大、內部空隙發達的陶粒濾料，以符合用於水處理的生物陶粒濾料的性能要求。 本發明與現有技術相比，其顯著優點是:一是本發明的生物陶粒濾料採用了硫化鉛鋅礦浮選尾礦為主原料，即可利用礦山廢渣變廢為寶，解決了我國硫化鉛鋅礦浮選尾礦「以廢治廢」和再生利用的重大難題。二是本發明的生物陶粒濾料的性能質量好，其外形為近似球狀的不規則陶粒，表面粗糙，具有豐富的空隙，各項性能指標均達到或超過現有同類產品。三是本發明生物陶粒濾料的主要原材料來源廣泛、尾礦豐富和價格低廉，使得本發明的生物陶粒濾料的主料成本大幅度降低，成品物美價廉，約為同類同質成品價的1/3。四是本發明提供的製備方法實施簡便、可工業化程度高和實用性強。本發明與現有技術的效能、性能對比詳見表I。本發明的生物陶粒濾料可廣泛用於建材、園藝、食品飲料、耐火保溫材料、化工、石油和市政等領域的水處理，本發明對不同汙染物的吸附作用效果詳見表2。表1:本發明與現有技術的效能、性能對比一覽表
權利要求
1.一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料，其特徵是由80 90wt.%硫化鉛鋅礦浮選尾礦、8 18.5wt.%粘土、1.5 2.5wt.%造孔劑和外加粘結劑製成，其中:造孔劑為木屑、竹屑或秸杆；粘結劑為質量百分數8 12%的木質素黃原酸鈣、碳酸鈉或矽酸鈉溶液，陶粒濾料所用原料的固液比為8 12:1。
2.根據權利要求1所述的一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料，其特徵是由85.8wt.%硫化鉛鋅礦浮選尾礦、12.2wt.%粘土、2wt.%造孔劑和外加粘結劑製成，其中:造孔劑為鋸末；粘結劑為質量分數10%的木質素黃原酸鈣溶液，生物陶粒濾料所用原料的固液比為10:1。
3.根據權利要求1所述的一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料，其特徵是由80wt.%硫化鉛鋅礦浮選尾礦、18.5wt.%粘土、1.5wt.%造孔劑和外加粘結劑製成，其中:造孔劑為鋸末；粘結劑為質量分數8%的木質素黃原酸鈣溶液，生物陶粒濾料所用原料的固液比為8:1。
4.根據權利要求1所述的一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料，其特徵是由90wt.%硫化鉛鋅礦浮選尾礦、8wt.%粘土、2wt.%造孔劑和外加粘結劑製成，其中:造孔劑為鋸末；粘結劑為質量分數12%的碳酸鈉溶液，生物陶粒濾料所用原料的固液比為12:1。
5.根據權利要求1所述的一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料，其特徵是由87.5wt.%硫化鉛鋅礦浮選尾礦、IOwt.%粘土、2.5wt.%造孔劑和外加粘結劑製成，其中:造孔劑為鋸末；粘結劑為質量分數11%的矽酸鈉溶液，生物陶粒濾料所用原料的固液比為11:1。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料，其特徵是硫化鉛鋅礦浮選尾礦的化學成分質量百分含量為=SiO2:33.92%、Al2O3:3.71%、MgO:2.10%、CaO: 21.43%、MnO:6.72%、SO3:8.99%、Fe2O3:4.3%、有機成分:17.3%。
7.根據權利要求1、2、3、4或5所述的一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料，其特徵是粘土的化學成分質量分數含量為:Si02:64.42%、Al2O3:16.91%,MgO:1.57%、CaO: 0.85%、MnO:0.10%、SO3:8.99、Fe2O3:4.78%、有機成分:7.20%。
8.一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料的製備方法，其特徵是起始主、輔原料按照本發明所述的硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料的配比稱量後，經乾燥一混料一成型一烘乾一預熱一焙燒一冷卻步驟，而製得硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料成品，具體包括: 步驟一，乾燥:將經稱量配比後的硫化鉛鋅礦浮選尾礦主料及粘土和造孔劑輔料於100 110°C下乾燥備用； 步驟二，混料:將步驟一乾燥備用的硫化鉛鋅礦浮選尾礦、粘土和造孔劑主輔料混合均勻，然後撒在圓盤造粒機內備用； 步驟三，成型:將步驟二所述的圓盤造粒機啟動並旋轉，同時將粘結劑噴灑在均勻混合的主輔料上，製得粒徑範圍為5 IOmm的半成品生料球； 步驟四，烘乾:將步驟三得到的半成品生料球放入電熱恆溫鼓風烘乾箱中烘乾，烘乾溫度100 110°C、烘乾時間1.5 2.5h ; 步驟五，預熱:將步驟四烘乾的半成品生料球在300°C溫度下預熱9 Ilmin ； 步驟六，焙燒:將步驟五預熱後的生料球放入坩堝內，移入箱式電阻爐中，將爐溫逐步提升至1240°C，並在1240°C條件下保溫30min，然後內自然冷卻，得到半成品熟料球；步驟七，冷卻:將步驟六得到的半成品熟料球從箱式電阻爐中取出，冷卻至室溫，得到硫化鉛鋅礦浮選 尾礦生物陶粒濾料成品。
全文摘要
本發明涉及一種硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料，其特徵是由80～90wt.%硫化鉛鋅礦浮選尾礦、8～18.5wt.%粘土、1.5～2.5wt.%造孔劑和外加粘結劑製成，其中造孔劑為木屑、竹屑或秸稈；粘結劑為質量百分數8～12%的木質素黃原酸鈣、碳酸鈉或矽酸鈉溶液，生物陶粒濾料所用原料的固液比為8～12:1。其製備方法是將按照本發明所述的主、輔原料配比稱量後，經乾燥→混料→成型→烘乾→預熱→焙燒→冷卻步驟，而製得硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料成品，實施簡便、無二次汙染產生以及實用可靠。本發明的硫化鉛鋅礦浮選尾礦生物陶粒濾料具有利用礦廢渣變廢為寶和大幅降低原料成本的優點，是一種優質水處理劑。
文檔編號B09B3/00GK103086741SQ20131001866
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者汪順才, 餘學勇, 袁榮灼, 毛超傑 申請人:河海大學