一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒及其製備方法
2023-12-08 13:27:56 2
專利名稱：一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒及其製備方法
技術領域：
本發明屬於廢水處理技術領域，具體涉及一種以珍珠巖、膨潤土和天然沸石為主要原料經高溫燒結的多孔陶粒及其製備方法。
背景技術：
目前對工業廢水和城市生活汙水治理的方法很多，一般可分為物理化學法、化學法和生物法。如採用混凝與生物曝氣相結合治理城市生活汙水；採用混凝與化學氧化相結合治理工業印染廢水；採用混凝、生物曝氣與吸附相結合深度治理焦化廢水以及採用硝化與反硝化生物技術治理高氨氮有機廢水等，上述汙水治理技術在各個行業已有廣泛的應用。然而，目前現有汙水治理技術均有不同的缺陷。如生物曝氣技術處理效率低、佔地面積大；廢水吸附材料成本高，企業難以承受高成本治汙；膜過濾或反滲技術運行成本高、條件苛刻。這些方法在以規模較大、集約化程度高的企業中被普遍採用，但在生產規模小、城鄉生活汙水治理以及河道、湖泊等已汙染的天然水體中難以得到廣泛應用。近年來，國內外大力開展固定床生物濾池深度治理汙水技術，並展現良好的應用前景。固定床生物濾池的核心是生物載體材料的製備以及針對某種汙染物專用孔道的控制，以及專用菌種的選育。目前在生物載體材料方面往往因實用樹脂、活性炭、分子篩等而導致成本過高，難以實現技術推廣普及。中國專利200810006102.9,02112755.7， 200810162790. 8,03153641. 7介紹了幾種以粘土和粉煤灰、紫砂陶和石英為主要原料生產多孔陶粒的方法，因其原料中具有碳粉或活性炭成分，故在汙水處理中主要是由於粉末狀活性炭的吸附作用。由於再生困難，在汙水處理的同時產生新的固體廢棄物。四川建築科學研究院以粉煤灰為原料通過添加膠粘劑和水，經成型和燒結生產輕質、多孔陶粒混凝土技術，該產品孔隙分布並不適用於水處理，專門用於製造輕質混凝土的填料。中國專利 03136145. 5和02U9972. 2中所述的功能陶粒和過濾陶粒都是基於將陶粒作為微生物擔載材料，但是為了獲得理想的孔道結構和孔隙率，均使用了成孔劑和擴孔劑。所述方法雖然提高了汙水處理效率，延長了陶粒使用壽命，但仍未從根本上解決生物載體成本高的問題。而且為了改善陶粒材料的相容性，又使用了活性炭、碳粉或者化學交聯劑等，並採用了較複雜的製備工藝和活化方法。總之，上述的物質和其功能結構均運行成本高，或者由於難以重複利用而易帶來二次環境汙染問題。中國專禾Ij03116257. 6,200710025589. 0,200810162554. 8,200410018109. 4 報導
了利用膨潤土或改性膨潤土直接或者在微波、超聲波協同處理有機廢水或重金屬離子的方法，汙染物去除效率高、操作簡單。但所述專利中均為利用膨潤土在懸浮狀態下進行有機汙水或重金屬離子吸附，由於膨潤土顆粒較細且有超強的吸水性，本方法最大缺陷是後續處理繁瑣或高能耗，容易造成二次汙染。中國專禾Ij200410065686. 9,200510046470. 2 公告專利 200810233426.6、 201010000268. 7介紹了利用天然沸石或改性沸石處理工業廢水中的有機物或重金屬離子。天然沸石具有特點孔道結構，處理成本低、處理量大且操作簡單。但是上述方法所用均為單一天然沸石吸附材料，由於孔道結構範圍窄，導致吸附容量不大，處理廢水有局限性，因此，提供一種高容量、可再生，且製備方法簡單的多孔陶粒，已經是一個亟需解決的問題。
發明內容
本發明的目的在於為了克服上述現有技術中存在的治理汙染中高能耗、低容量和再生困難等問題，提供了一種利用天然非金屬礦物珍珠巖、膨潤土和沸石為主要原料的陶粒及其製備方法，該方法具有操作簡單，孔隙率高和成本低等優點。本發明的技術解決方案是這樣實現的
一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒，其特徵在於由下列原料按照質量百分比製備而成膨潤土 15 60%，珍珠巖20 60%，沸石10 30%，粘土 2 20%，輔料廣10%。所述的輔料為明膠、聚乙二醇、聚丙烯醯胺、木炭粉中的任意一種或一種以上組合物。其製備方法如下
第一步將天然膨潤土鈉化處理成為鈉基膨潤土，將天然沸石用4M鹽酸處理為酸化沸
石；
第二步將第一步中製得的鈉基膨潤土、酸化沸石和膨脹珍珠巖粉碎至粒度達到 40 200目；
第三步將第二步中粉碎好的物料與輔料充分混合，混合均勻後送入造粒機中造粒或造球，粒徑控制在l(Tl50mm;
第四步將第三步中得到的球料或者粒料置於高溫窯進行乾燥焙燒； 第五步將第四步中焙燒後的物料冷卻，送入粉粒機中粉碎成顆粒型或柱型。第三步中原料充分混合時間為4(Γ60分鐘，造粒機中停留時間纊20分鐘。第四步中在高溫窯中乾燥溫度為150°C、0(TC，乾燥時間為2(Γ60分鐘；焙燒溫度為30(Tl00(TC，焙燒時間為90 240分鐘。第五步中焙燒後的物料空氣氣氛自然冷卻至25°C ；在粉碎機中粉碎成粒度為 5 120mm的顆粒型或柱型。積極有益效果1、以具有吸附性能的天然非金屬礦物和粘土為原料生產具有較高經濟價值、較長壽命的環保產品，實現了以天然礦物治廢的目的。2、以具有層間結構和天然孔道結構的富產天然礦物膨潤土和沸石為原料，在此燒制條件下形成結構良好的微孔陶粒，燒制過程中形成的微孔與天然孔道與層間結構相通，保證了所制陶粒良好的孔道和大的吸附容量。3、當使用一段時間後，吸附容量達到飽和狀態，吸附能力下降，可將陶粒乾燥後重新高溫再生，從而實現治汙材料的循環使用，並且不產生二次汙染物。
圖1為本發明的製備方法工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合各實施例，對本發明做進一步詳細的說明
在給出實施例之前，先對本發明中的天然非金屬礦物原料珍珠巖、膨潤土和沸石進行說明。膨脹珍珠巖是由酸性火山玻璃質熔巖經瞬間高溫膨化製成的一種輕質多孔材料，具有蜂窩狀內部結構。天然沸石是一族含水的鈉(鉀)、鈣或鎂、鋇等的架狀鋁矽酸鹽礦物。 其主要化學組分為Si02、A1203、H2O及鹼或鹼土金屬，沸石晶體內部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴通過開口的通道彼此相連，研究者通常採用酸化處理，使其具有更大的孔道結構和空穴，從而具有良好的吸附性能。天然膨潤土是一種具有獨特結構的2:1型矽酸鹽礦物，每一層由兩個Si-O四面體層和一個Al-O八面體層構成，因其特殊的晶體結構而具有良好的吸附能力。為了增大其層間距，通常把天然鈣基膨潤土有機化或鈉化以增強其吸附能力。一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒，其特徵在於由下列原料按照質量百分比製備而成膨潤土 15 60%，珍珠巖20 60%，沸石10 30%，粘土 2 20%，輔料 1 10%。所述的輔料為明膠、聚乙二醇、聚丙烯醯胺、木炭粉中的任意一種或一種以上組合物。其製備方法如下
第一步將天然膨潤土鈉化處理成為鈉基膨潤土，將天然沸石用4M鹽酸處理為酸化沸
石；
第二步將第一步中製得的鈉基膨潤土、酸化沸石和膨脹珍珠巖粉碎至粒度達到 40 200目；
第三步將第二步中粉碎好的物料與輔料充分混合，混合均勻後送入造粒機中造粒或造球，粒徑控制在l(Tl50mm;
第四步將第三步中得到的球料或者粒料置於高溫窯進行乾燥焙燒； 第五步將第四步中焙燒後的物料冷卻，送入粉粒機中粉碎成顆粒型或柱型。第三步中原料充分混合時間為4(Γ60分鐘，造粒機中停留時間纊20分鐘。第四步中在高溫窯中乾燥溫度為150°C、0(TC，乾燥時間為2(Γ60分鐘；焙燒溫度為30(Tl00(TC，焙燒時間為90 240分鐘。第五步中焙燒後的物料空氣氣氛自然冷卻至25°C ；在粉碎機中粉碎成粒度為 5 120mm的顆粒型或柱型。實施例1
以膨脹珍珠巖、鈉基膨潤土和天然沸石為主要原料，以粘土和聚乙二醇為輔料。分別稱取膨脹珍珠巖(60 80目)500g，鈉基膨潤土 200g，酸化沸石150g，粘土 50g，聚乙二醇50g。將膨潤土、沸石和粘土分別粉碎至200目。將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。將混合好的物料放入轉盤造粒機中造粒，粒徑控制在l(Tl50mm。將球料放在高溫爐空氣氣氛中燒結。先升溫至200°C，在此條件下脫水乾燥60分鐘；繼續升高溫度至60(T80(rc，保溫120分鐘。燒結好的物料自然冷卻至25°C，在粉碎機中粉碎成粒度5 120mm的球狀或柱粒。實施例2以膨脹珍珠巖、鈉基膨潤土和天然沸石為主要原料，以粘土和明膠為輔料。分別稱取 膨脹珍珠巖(6(Γ80目)300g，鈉基膨潤土 200g，酸化沸石250g，粘土 50g，明膠50g。將膨潤土、沸石和粘土分別粉碎至200目。將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合50分鐘。將混合好的物料放入轉盤造粒機中造粒，粒徑控制在l(Tl50mm。將球料放在高溫爐空氣氣氛中燒結。先升溫至250°C，在此條件下脫水乾燥50分鐘；繼續升高溫度至65(T90(TC，保溫120分鐘。燒結好的物料自然冷卻至25°C，在粉碎機中粉碎成粒度5 120mm的球狀或柱粒。實施例3
以鈉基膨潤土、膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料，以粘土和聚丙烯醯胺為輔料。分別稱取鈉基膨潤土 250g，膨脹珍珠巖(4(Γ60目)350g，酸化沸石200g，粘土 60g，聚丙烯醯胺 50g。將膨潤土、沸石和粘土分別粉碎至200目。將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。將混合好的物料放入轉盤造粒機中造粒，粒徑控制在l(Tl50mm。將球料放在高溫爐空氣氣氛中燒結。先升溫至300°C，在此條件下脫水乾燥40分鐘；繼續升高溫度至60(T70(rc，保溫120分鐘。燒結好的物料自然冷卻至25°C，在粉碎機中粉碎成粒度5 120mm的球狀或柱粒。實施例4
以鈉基膨潤土、膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料，以粘土和木炭粉為輔料。分別稱取鈉基膨潤土 150g，膨脹珍珠巖(6(Γ80目)400g，酸化沸石200g，粘土 100g，木炭粉30g。將膨潤土、沸石和粘土分別粉碎至200目。將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。將混合好的物料放入轉盤造粒機中造粒，粒徑控制在l(Tl50mm。將球料放在高溫爐空氣氣氛中燒結。先升溫至320°C，在此條件下脫水乾燥20分鐘；繼續升高溫度至60(T80(rc，保溫120分鐘。燒結好的物料自然冷卻至25°C，在粉碎機中粉碎成粒度5 120mm的球狀或柱粒。實施例5
以鈉基膨潤土、膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料，以粘土和聚乙二醇為輔料。分別稱取鈉基膨潤土 430g，膨脹珍珠巖(60 80目)210g，酸化沸石130g，粘土 50g，聚乙二醇、聚丙烯醯胺、木炭粉和明膠各20g。將膨潤土、沸石和粘土分別粉碎至200目。將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。將混合好的物料放入轉盤造粒機中造粒，粒徑控制在l(Tl50mm。將球料放在高溫爐空氣氣氛中燒結。先升溫至180°C，在此條件下脫水乾燥50分鐘；繼續升高溫度至50(T75(rC，保溫200分鐘。燒結好的物料自然冷卻至25°C，在粉碎機中粉碎成粒度5 120mm的球狀或柱粒。陶粒的應用
將實施例中的陶粒，分別進行印染廢水中有機染料吸附試驗，以2g陶粒(容重1. 13g/ml)作用於20ml含鹼性紫5BN的印染廢水_ 1321. 65)，低速攪拌30分鐘後，即可使該廢水的COD降至50 63· 2。陶粒回收再生利用
回收吸附飽和的陶粒，乾燥至含水率< 15%。將粒料放在高溫爐中焙燒。再生過程如下先升溫至300°C，在此條件下脫水乾燥35分鐘；繼續升溫至 60(T800°C，焙燒60分鐘，即完成再生過程。本陶粒可重複使用15次以上，處理廢水的效果基本不下降。將多次重複使用的陶粒回收、乾燥後，粉碎至140目，可用做製備建築無機發泡保溫材料的原料，因此在其生產及使用過程中不產生二次汙染。綜上可以看出，本發明的突出特點和顯著的進步是有效利用富產的天然非金屬礦物固有的吸附性能，且有效克服了單一礦物材料的難以分離和孔道單一的缺點。所制陶粒可以循環使用，不會產生新的固體二次汙染。以上實施例僅用於說明本發明的優選實施方式，但本發明並不限於上述實施方式，在所述領域普通技術人員所具備的知識範圍內，本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替代和改進等，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍之內。
權利要求
1.一種以膨潤土、膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料的複合陶粒，其特徵在於由下列原料按照質量百分比製備而成膨潤土 15 60%，珍珠巖20 60%，沸石10 30%，粘土 2 20%，輔料廣10%。
2.按照權利要求1所述的一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒，其特徵在於所述的輔料為明膠、聚乙二醇、聚丙烯醯胺、木炭粉中的任意一種或一種以上組合物。
3.按照權利要求1所述的一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒，其製備方法如下第一步將天然膨潤土鈉化處理成為鈉基膨潤土，將天然沸石用鹽酸處理為酸化沸石；第二步將第一步中製得的鈉基膨潤土、酸化沸石和膨脹珍珠巖粉碎至粒度達到 40 200目；第三步將第二步中粉碎好的物料與輔料充分混合，混合均勻後送入造粒機中造粒或造球，粒徑控制在l(Tl50mm;第四步將第三步中得到的球料或者粒料置於高溫窯進行乾燥焙燒；第五步將第四步中焙燒後的物料冷卻，送入粉粒機中粉碎成顆粒型或柱型。
4.根據權利要求3所述的一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒的製備方法，其特徵在於第三步中原料充分混合時間為40飛0分鐘，造粒機中停留時間8為 20 分鐘。
5.根據權利要求3所述的一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒的製備方法，其特徵在於第四步中在高溫窯中乾燥溫度為150°C、0(TC，乾燥時間為2(Γ80分鐘； 焙燒溫度為30(Γ1000 ，焙燒時間為90 240分鐘。
6.根據權利要求3所述的一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒的製備方法，其特徵在於第五步中焙燒後的物料空氣氣氛自然冷卻至25°C;在粉碎機中粉碎成粒度為5 120mm的顆粒型或柱型。
全文摘要
本發明公開了一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原料的複合陶粒，原料經成型後高溫焙燒，然後經過打散處理成球型或柱型的多孔陶粒。本發明的顯著特點是1、以具有吸附性能的天然非金屬礦物和粘土為原料生產具有較高經濟價值、較長壽命的環保產品，實現了以天然礦物治廢的目的。2、以具有層間結構和天然孔道結構的富產天然礦物膨潤土和沸石為原料，在此燒制條件下形成結構良好的微孔陶粒，燒制過程中形成的微孔與天然孔道與層間結構相通，保證了所制陶粒良好的孔道和大的吸附容量。3、當使用一段時間後，吸附容量達到飽和狀態，吸附能力下降，可將陶粒乾燥後重新高溫再生，從而實現治汙材料的循環使用，並且不產生二次汙染物。
文檔編號C04B38/00GK102247800SQ20111008895
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月11日 優先權日2011年4月11日
發明者井強山, 方林霞 申請人:信陽師範學院