专利名称：以煤矸石为原料制备球型多孔轻质滤料的方法
技术领域：
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种以煤矸石为主要原料经高温烧结生产球型多孔轻质污水处理滤料的制备方法。
背景技术：
煤矸石是煤炭开采过程中排放出的废弃岩石，它是一种大宗工业固体废弃物。我国煤矸石产量约为原煤总产量的15％-20％，积存已达70亿t，而且仍以年排放量1.5亿t的速度增长。而煤矸石的年综合利用率尚不到20％，余下煤矸石多采用圆锥式或沟谷倾倒式自然松散地堆放在矿井四周，既占用耕地，又对环境造成污染。对煤矸石的综合利用除热值＞2000Kcal/kg的矸石用于发电外，其它通常作为修路、建筑充填物及制砖等。能够用于发电的矸石仅占总量的5％，煤矸石制砖虽然技术成熟，但因砖的价格较低，生产成本较高，产品附加值较低，商业价值不大，因而造成大量煤矸石堆积。开发利用煤矸石，使其形成高附加值产品，意义重大。
污水处理生物滤池是一种附着生长的好氧生物膜处理工艺，其关键是生物膜附着生长的载体——滤料。滤料作为微生物的载体，直接影响着微生物的生长、繁殖和脱落整个过程，影响水处理效果。对滤料性能要求是比表面积大、微生物挂膜快、固着微生物膜量多、生物亲和性好、老化生物膜易脱落，抗酸碱、耐氧化、不易生物降解、不易老化、充氧效率高，质轻、机械强度大、使用寿命长、价格便宜等。国外滤料一般采用火山岩制造，价格昂贵。例如，我国在20世纪90年代中期引进德国技术建造的大连市马栏河污水处理厂，生物滤料7933m3，其所用滤料为国外进口，到岸价为4500元/m3，从而增加了工程投资。我国目前市场上的烧结滤料主要以页岩及粘土等原料生产，成块烧结后，破碎筛分获得。虽然挂膜性能良好，但其形状不均，强度差，易破碎，孔隙率小，容易堵塞，不耐水冲刷，运行一段时间后料面凹凸不平，导致布水、布气不均匀，曝气充氧效率低、处理效果下降。
发明内容
本发明提供一种以煤矸石为主要原料，添加少量膨化剂，经高温烧结制备轻质多孔污水处理滤制造方法。由此方法制造的球型滤料专门用于水处理。
本发明所提供的方法具体制备步骤如下1、将粉碎的煤矸石与烘干的粉煤灰、炼钢赤泥、膨化剂按配方量加入到混合釜中混合搅拌20-30分钟。
2、将混合好的原料加入到转盘造粒机中，再按配方量加入水和成型剂进行造粒，粒度控制在粒径4-8mm，物料在转盘造粒机中停留时间为20-40分钟。
3、将粒料加入到高温烧成窑中进行干燥与烧结，干燥温度300-450℃，烧结温度1000-1180℃，时间60-120分钟，熟料在常温下自然冷却。
本发明优选的工艺条件为原料混合时间20-30分钟，造粒机中停留时间20-40分钟，在烧成窑中干燥时间60-80分钟，干燥温度350-400℃，烧成时间20-60分钟，烧结温度1100-1180℃，熟料在常温下自然冷却。
原料配比以质量为基准煤矸石65-95％，粉煤灰0-25％，炼钢赤泥0-10％，膨化剂5％，另外加入原料量20-30％的水和原料量2-3％的液体成型剂。水和成型剂主要用于粉体造粒，不是成品滤料的成份。配方中的膨化剂可以选择废塑料粉、焦炭粉、木炭粉、炭黑、重钙粉、云母粉中的任意一种，但本发明推荐采用木炭粉、废塑料粉与云母粉。配方中的成型剂为浓度为0.2％聚丙烯酰胺溶液。
由此制造出的轻质多孔球粒能够达到作为水处理滤料的质量要求，其主要理化参数为比表面积6-8.6/m2/g，孔隙率40-50/％，堆密度900-1000kg/m3，磨损率＜2％，平均孔径125-210/μm。
本发明的球型轻质多孔生物滤料，以煤矸石、粉煤灰、炼钢赤泥为主要原料，具有表面粗糙、比表面积大、孔隙率高、外表坚硬，抗腐蚀、耐磨损等特点。比较好地克服了传统滤料的缺点，其挂膜性能、布水布气均匀度、堆积比重、强度、孔隙率、比表面积等主要性能指标均优于其他产品。与国外产品相比，具有很高的性能价格比。
本发明的显著特点表现为两个方面，一是以工业废渣为原料生产具有较高经济价值的环保产业的产品。为煤炭、电力、钢铁工业生产过程中产生的大宗量废弃物——煤矸石、粉煤灰及炼钢赤泥提供了新的出路，使其成为高附加值的生物污水处理滤料生产原料，特别是煤矸石、粉煤灰的利用，实现了“以废治废”的目的。另一方面，可以通过控制木炭粉、废塑料粉或云母粉的粒度与用量，方便地生产出指定产品孔径与表观密度的滤料。
具体实施例方式实施例1以煤矸石、粉煤灰、炼钢赤泥、木炭粉为原料。配比为煤矸石65g、粉煤灰25g、炼钢赤泥5g、云母粉5g。生产过程如下①将原料煤矸石65g、粉煤灰25g、炼钢赤泥5g、云母粉5g，分别加入到混合釜中进行混合20分钟，然后加入28mL的水和2mL浓度为0.2％聚丙烯酰胺溶液进行混合，人工造粒。
②将粒料放入温度为400℃的烧结炉中，保温烘干60分钟，然后升温烧结膨化。升温到1180℃时，保温8分钟。
③烧结好的陶粒出炉后自然冷却到室温。
实施例2、3与实施例1的不同之处为粉煤灰的用量减少，其余原料用量不变，操作条件不变。实施例4与实施例1的不同之处为炼钢赤泥用量增加，无粉煤灰。实施例5与实施例1的不同之处为原料为煤矸石，没有粉煤灰和炼钢赤泥，其余不变。实施例3膨化剂由云母粉改为木炭粉，实施例4膨化剂由云母粉改为废塑料粉，原料用量与操作条件均不变，与实施例1相同。实施例1-5的原料配比见表1，相应产品的理化性能指标见表2。
表1 实例中不同原料的用量(原料量100g)
表2 不同原料配比实例生产的产品理化性能指标
权利要求
1.一种以煤矸石为原料制备球型多孔轻质滤料的方法，其特征在于它以煤矸石、粉煤灰及炼钢赤泥为主要原料，添加少量成型剂、膨化剂，经混合、造粒、干燥与高温烧结而成；所述的原料及各组分的质量配比为煤矸石65-95％，粉煤灰0-25％，炼钢赤泥0-10％、膨化剂5％，另外加入原料量20-30％的水和原料量2-3％的液体成型剂；具体制备步骤如下①将粉碎的煤矸石与烘干的粉煤灰、炼钢赤泥、膨化剂按配方量加入到混合釜中混合搅拌20-30分钟；②将混合好的原料加入到转盘造粒机中，再按配方量加入水和成型剂进行造粒，粒度控制在粒径4-8mm，物料在转盘造粒机中停留时间为20-40分钟；③将粒料加入到高温烧成窑中进行干燥与烧结，时间60-120分钟，干燥温度300-450℃，烧结温度1000-1180℃，熟料在常温下自然冷却。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述的膨化剂为木炭粉、废塑料粉与云母粉中任意一种。
3.根据权利要求1所述方法，其特征所述的成型剂为浓度为0.2％聚丙烯酰胺溶液。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于其工艺条件为原料混合时间20-30分钟，造粒机中停留时间20-40分钟，在烧成窑中干燥时间60-80分钟，干燥温度350-400℃，烧成时间20-60分钟，烧结温度1100-1180℃，熟料在常温下自然冷却。
全文摘要
本发明提供一种以煤矸石为原料制备球型多孔轻质滤料的方法，属于废水处理技术领域。其制备方法的主要是原料配比，煤矸石65－95％，粉煤灰0－25％，炼钢赤泥0－10％、膨化剂5％，制备工艺过程为将原料按配方量加入到混合釜中混合搅拌20－30分钟，然后将混合好的原料加入到转盘造粒机中，再按配方量加入水和成型剂进行造粒，后将粒料加入到高温烧成窑中进行干燥与烧结，熟料在常温下自然冷却。成品滤料主要性能参数为比表面积6.0－8.6/m
文档编号B01D39/02GK1724110SQ20051004029
公开日2006年1月25日 申请日期2005年5月30日 优先权日2005年5月30日
发明者张文艺, 翟建平, 李琴, 黎飞虎 申请人:南京大学, 安徽工业大学