專利名稱：以煤矸石為原料制備球型多孔輕質(zhì)濾料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以煤矸石為主要原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)生產(chǎn)球型多孔輕質(zhì)污水處理濾料的制備方法。
背景技術(shù)：
煤矸石是煤炭開采過程中排放出的廢棄巖石，它是一種大宗工業(yè)固體廢棄物。我國煤矸石產(chǎn)量約為原煤總產(chǎn)量的15％-20％，積存已達70億t，而且仍以年排放量1.5億t的速度增長。而煤矸石的年綜合利用率尚不到20％，余下煤矸石多采用圓錐式或溝谷傾倒式自然松散地堆放在礦井四周，既占用耕地，又對環(huán)境造成污染。對煤矸石的綜合利用除熱值＞2000Kcal/kg的矸石用于發(fā)電外，其它通常作為修路、建筑充填物及制磚等。能夠用于發(fā)電的矸石僅占總量的5％，煤矸石制磚雖然技術(shù)成熟，但因磚的價格較低，生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)品附加值較低，商業(yè)價值不大，因而造成大量煤矸石堆積。開發(fā)利用煤矸石，使其形成高附加值產(chǎn)品，意義重大。
污水處理生物濾池是一種附著生長的好氧生物膜處理工藝，其關(guān)鍵是生物膜附著生長的載體——濾料。濾料作為微生物的載體，直接影響著微生物的生長、繁殖和脫落整個過程，影響水處理效果。對濾料性能要求是比表面積大、微生物掛膜快、固著微生物膜量多、生物親和性好、老化生物膜易脫落，抗酸堿、耐氧化、不易生物降解、不易老化、充氧效率高，質(zhì)輕、機械強度大、使用壽命長、價格便宜等。國外濾料一般采用火山巖制造，價格昂貴。例如，我國在20世紀(jì)90年代中期引進德國技術(shù)建造的大連市馬欄河污水處理廠，生物濾料7933m3，其所用濾料為國外進口，到岸價為4500元/m3，從而增加了工程投資。我國目前市場上的燒結(jié)濾料主要以頁巖及粘土等原料生產(chǎn)，成塊燒結(jié)后，破碎篩分獲得。雖然掛膜性能良好，但其形狀不均，強度差，易破碎，孔隙率小，容易堵塞，不耐水沖刷，運行一段時間后料面凹凸不平，導(dǎo)致布水、布?xì)獠痪鶆?，曝氣充氧效率低、處理效果下降?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種以煤矸石為主要原料，添加少量膨化劑，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備輕質(zhì)多孔污水處理濾制造方法。由此方法制造的球型濾料專門用于水處理。
本發(fā)明所提供的方法具體制備步驟如下1、將粉碎的煤矸石與烘干的粉煤灰、煉鋼赤泥、膨化劑按配方量加入到混合釜中混合攪拌20-30分鐘。
2、將混合好的原料加入到轉(zhuǎn)盤造粒機中，再按配方量加入水和成型劑進行造粒，粒度控制在粒徑4-8mm，物料在轉(zhuǎn)盤造粒機中停留時間為20-40分鐘。
3、將粒料加入到高溫?zé)筛G中進行干燥與燒結(jié)，干燥溫度300-450℃，燒結(jié)溫度1000-1180℃，時間60-120分鐘，熟料在常溫下自然冷卻。
本發(fā)明優(yōu)選的工藝條件為原料混合時間20-30分鐘，造粒機中停留時間20-40分鐘，在燒成窯中干燥時間60-80分鐘，干燥溫度350-400℃，燒成時間20-60分鐘，燒結(jié)溫度1100-1180℃，熟料在常溫下自然冷卻。
原料配比以質(zhì)量為基準(zhǔn)煤矸石65-95％，粉煤灰0-25％，煉鋼赤泥0-10％，膨化劑5％，另外加入原料量20-30％的水和原料量2-3％的液體成型劑。水和成型劑主要用于粉體造粒，不是成品濾料的成份。配方中的膨化劑可以選擇廢塑料粉、焦炭粉、木炭粉、炭黑、重鈣粉、云母粉中的任意一種，但本發(fā)明推薦采用木炭粉、廢塑料粉與云母粉。配方中的成型劑為濃度為0.2％聚丙烯酰胺溶液。
由此制造出的輕質(zhì)多孔球粒能夠達到作為水處理濾料的質(zhì)量要求，其主要理化參數(shù)為比表面積6-8.6/m2/g，孔隙率40-50/％，堆密度900-1000kg/m3，磨損率＜2％，平均孔徑125-210/μm。
本發(fā)明的球型輕質(zhì)多孔生物濾料，以煤矸石、粉煤灰、煉鋼赤泥為主要原料，具有表面粗糙、比表面積大、孔隙率高、外表堅硬，抗腐蝕、耐磨損等特點。比較好地克服了傳統(tǒng)濾料的缺點，其掛膜性能、布水布?xì)饩鶆蚨?、堆積比重、強度、孔隙率、比表面積等主要性能指標(biāo)均優(yōu)于其他產(chǎn)品。與國外產(chǎn)品相比，具有很高的性能價格比。
本發(fā)明的顯著特點表現(xiàn)為兩個方面，一是以工業(yè)廢渣為原料生產(chǎn)具有較高經(jīng)濟價值的環(huán)保產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品。為煤炭、電力、鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大宗量廢棄物——煤矸石、粉煤灰及煉鋼赤泥提供了新的出路，使其成為高附加值的生物污水處理濾料生產(chǎn)原料，特別是煤矸石、粉煤灰的利用，實現(xiàn)了“以廢治廢”的目的。另一方面，可以通過控制木炭粉、廢塑料粉或云母粉的粒度與用量，方便地生產(chǎn)出指定產(chǎn)品孔徑與表觀密度的濾料。
具體實施例方式實施例1以煤矸石、粉煤灰、煉鋼赤泥、木炭粉為原料。配比為煤矸石65g、粉煤灰25g、煉鋼赤泥5g、云母粉5g。生產(chǎn)過程如下①將原料煤矸石65g、粉煤灰25g、煉鋼赤泥5g、云母粉5g，分別加入到混合釜中進行混合20分鐘，然后加入28mL的水和2mL濃度為0.2％聚丙烯酰胺溶液進行混合，人工造粒。
②將粒料放入溫度為400℃的燒結(jié)爐中，保溫烘干60分鐘，然后升溫?zé)Y(jié)膨化。升溫到1180℃時，保溫8分鐘。
③燒結(jié)好的陶粒出爐后自然冷卻到室溫。
實施例2、3與實施例1的不同之處為粉煤灰的用量減少，其余原料用量不變，操作條件不變。實施例4與實施例1的不同之處為煉鋼赤泥用量增加，無粉煤灰。實施例5與實施例1的不同之處為原料為煤矸石，沒有粉煤灰和煉鋼赤泥，其余不變。實施例3膨化劑由云母粉改為木炭粉，實施例4膨化劑由云母粉改為廢塑料粉，原料用量與操作條件均不變，與實施例1相同。實施例1-5的原料配比見表1，相應(yīng)產(chǎn)品的理化性能指標(biāo)見表2。
表1 實例中不同原料的用量(原料量100g)

表2 不同原料配比實例生產(chǎn)的產(chǎn)品理化性能指標(biāo)

權(quán)利要求
1.一種以煤矸石為原料制備球型多孔輕質(zhì)濾料的方法，其特征在于它以煤矸石、粉煤灰及煉鋼赤泥為主要原料，添加少量成型劑、膨化劑，經(jīng)混合、造粒、干燥與高溫?zé)Y(jié)而成；所述的原料及各組分的質(zhì)量配比為煤矸石65-95％，粉煤灰0-25％，煉鋼赤泥0-10％、膨化劑5％，另外加入原料量20-30％的水和原料量2-3％的液體成型劑；具體制備步驟如下①將粉碎的煤矸石與烘干的粉煤灰、煉鋼赤泥、膨化劑按配方量加入到混合釜中混合攪拌20-30分鐘；②將混合好的原料加入到轉(zhuǎn)盤造粒機中，再按配方量加入水和成型劑進行造粒，粒度控制在粒徑4-8mm，物料在轉(zhuǎn)盤造粒機中停留時間為20-40分鐘；③將粒料加入到高溫?zé)筛G中進行干燥與燒結(jié)，時間60-120分鐘，干燥溫度300-450℃，燒結(jié)溫度1000-1180℃，熟料在常溫下自然冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述的膨化劑為木炭粉、廢塑料粉與云母粉中任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征所述的成型劑為濃度為0.2％聚丙烯酰胺溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于其工藝條件為原料混合時間20-30分鐘，造粒機中停留時間20-40分鐘，在燒成窯中干燥時間60-80分鐘，干燥溫度350-400℃，燒成時間20-60分鐘，燒結(jié)溫度1100-1180℃，熟料在常溫下自然冷卻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以煤矸石為原料制備球型多孔輕質(zhì)濾料的方法，屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。其制備方法的主要是原料配比，煤矸石65－95％，粉煤灰0－25％，煉鋼赤泥0－10％、膨化劑5％，制備工藝過程為將原料按配方量加入到混合釜中混合攪拌20－30分鐘，然后將混合好的原料加入到轉(zhuǎn)盤造粒機中，再按配方量加入水和成型劑進行造粒，后將粒料加入到高溫?zé)筛G中進行干燥與燒結(jié)，熟料在常溫下自然冷卻。成品濾料主要性能參數(shù)為比表面積6.0－8.6/m
文檔編號B01D39/02GK1724110SQ20051004029
公開日2006年1月25日 申請日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月30日
發(fā)明者張文藝, 翟建平, 李琴, 黎飛虎 申請人:南京大學(xué), 安徽工業(yè)大學(xué)