一种制备陶粒滤料的方法

本发明属于固废资源综合利用领域，具体涉及一种利用选冶固废制备陶粒滤料的方法。

背景技术：

1、近年来，随着经济的迅速发展，工业固体废弃物的排放量急剧上升，既导致了宝贵的自然资源的极度消耗，也给环境及人类健康带来了极其恶劣的影响。目前的冶炼技术，一般每吨生铁产渣量为300-900kg。其中，sio2、cao、al2o3三者的总占比超过90%，并且在渣中也会出现其他组分如mno、feo、k2o、na2o和硫化物等。尾矿是在选矿的过程中所得到的产物中有用的组分含量较少并且无法用于生产的部分。尾矿主要应用于回收有价元素，将其作为建筑材料的原料、土壤的改良剂等，尾矿因含有可作其他用途的组分而可以被综合利用。

2、高炉渣是生铁在高炉生产过程中产生的一种固体废弃物。也即高炉渣是钢铁生产的副产品，在钢铁冶炼过程中从高炉排出，主要由sio2、cao、al2o3、mgo以及其他化合物如fe2o3、tio2和mno2组成。高炉渣中含有大量有价值的元素，但综合利用率不高。

3、煤矸石也是一种常见的固体废弃物，其堆积不但占用大量的土地资源，而且煤矸石中所含的硫化物散发后会污染大气和水源，造成严重的后果。

4、综上，探索新的技术手段，以及开发更加有效的清洁方法，综合利用选冶固废生产具有高附加值的材料，对于节能减排和保护环境具有极其重要的作用。

5、陶粒（ceramsite）作为一种可以通过回转窑发泡而制成的颗粒状的材料，是这些年来我国相对发展较快的生态环境材料之一。陶粒具有体积小、多孔、吸附能力强等特点，因此被广泛地应用到隔热、耐火、建筑材料等领域。陶粒的制备技术主要有两大类，即高温烧结法和免烧法。目前，关于水处理陶粒的制备方法，大多采用高温烧结法，极少采用免烧法。这是因为陶粒的制备所采用的原料主要为工业废料（如粉煤灰、各类尾矿等），添加一些辅助添加剂，原料经破碎混料后造球，然后再通过烧结法等工艺过程制成的一种人造轻质材料。陶粒是经原料在一定的温度下发生物相转变，产生一定量的液相量以及释放出气体，具有一定强度的硅酸盐球体，粒径通常为7～12mm。对于用于废水处理滤料的陶粒来说，表面呈现出多孔的结构，外部孔隙与内部孔隙相连，且内部孔隙是相互贯通的，因而用于废水处理滤料的陶粒具有较大的比表面积和孔隙率，以使其具有较好的吸附性能，从而通过吸附作用来处理废水中的污染物。

6、因此，选冶固废作为“放错地方”的资源，完全可以通过制备环境友好的高性能陶粒材料加以综合利用，提高其附加值，同时也是一条减少环境污染问题的有效途径，有利于冶金行业的可持续发展。

7、中国授权专利cn103159483b公开了一种工业废渣陶粒及其制备方法，采用工业废渣(铁尾矿、高炉渣和粉煤灰)，经机械破碎，过300目筛，取筛下细粉；按质量百分比分别取铁尾矿：15％～30％、高炉渣：10％～25％、粉煤灰：45％～75％；将上述原料进行混合后，经成球机，喷入总质量3％～8％的水，制成粒度5～13mm的球形颗粒，常温自然阴干1～3d，再经回转窑尾气烘干0.5～1.5小时；最后送入回转窑焙烧，回转窑烧成带温度为1150～1250℃，烧成带焙烧15～20min，经冷却机冷却至常温即得陶粒。该发明方法所制备的陶粒的孔隙率和比表面积还有进一步提高的空间。

技术实现思路

1、本发明拟采用一种新的烧结方法，其思路是首先快速升温，使其进行预热防止生球裂开，将陶粒中的煤矸石燃烧产生气体从而使陶粒中有气孔产生，然后持续升温至焙烧温度进行焙烧成型，从而获得具有一定强度、孔隙率的水处理陶粒。

2、本发明提供了一种白云鄂博尾矿、高炉渣协同制备陶粒滤料的方法，在传统烧结法制备陶粒方法的指导下，利用现有的设备，通过以黄长石为主要物相得到制备陶粒最佳性能配比以及焙烧制度，进而表征陶粒的各项性能。

3、本发明提供的制备陶粒滤料的方法，包括如下步骤：

4、（1）根据sio2成分含量范围为30%~51.67%，al2o3成分含量范围为1.68%~14.05%，cao成分含量范围为28.04%~43.29%计算白云鄂博尾矿、高炉渣和煤矸石的配比；

5、（2）将白云鄂博尾矿、高炉渣和煤矸石破碎、过筛，以计算好的配比混料；

6、（3）向混料中添加水进行造球，水的添加量为混料重量的5-15%，制备平均直径为7~12mm的陶粒生球，之后陈化12-48h；

7、（4）将陈化后的陶粒生球在100-120℃下干燥1-4h；

8、（5）将干燥后的陶粒生球进行预热；

9、（6）以5-10℃/min的速率升温至焙烧温度1000-1200℃并保温；

10、（7）将陶粒生球随炉降温至室温，获得陶粒滤料。

11、如本领域常规使用的，混料可以在混料机中进行。陈化处理可以在托盘中进行。干燥处理可以在电热鼓风干燥箱中进行。预热可以在马弗炉中进行。

12、需要说明的是，本发明的成分含量范围具有特别的技术意义，具体是指以黄长石作为预期主晶相，如图1，在黄长石的区域范围内进行打点，通过计算来确定各成分含量的最值，从而得到各成分含量的取值范围。

13、进一步的，步骤（2）中使用200目筛，取下筛物备用。

14、进一步的，步骤（5）中预热温度为400-500℃。

15、进一步的，步骤（5）中预热时间为15-23min。

16、进一步的，步骤（6）中升温速率为8-10℃/min。

17、进一步的，步骤（6）中焙烧时间为10-15min。

18、进一步的，步骤（1）中选用煤矸石，其作为造孔剂制备陶粒具有四点优势：（1）煤矸石的固定碳含量为14.07%，在混合焙烧时燃烧放热，提供热量，可降低能源消耗；（2）煤矸石的固定碳燃烧产生气体，可以起到造孔的作用；（3）煤矸石的灰分里有ca、si、al、mg物相，能够有效融入陶粒的物相体系；（4）煤矸石作为工业固废，选用其作为造孔剂也拓展了它资源化利用途径。

19、进一步的，步骤（1）中al2o3、sio2、cao的计算是以黄长石为主要物相，黄长石具有高硬度、高耐磨性的特性。

20、进一步的，步骤（1）中根据mgo为10%的al2o3-sio2-cao三元相图中黄长石成分范围，确定原料配比为白云鄂博尾矿：高炉渣：煤矸石=25：65：10进行配料。

21、进一步的，利用本发明的方法获得陶粒滤料，将该陶粒用于处理氨氮废水。

22、本发明的优点在于采用烧结法以白云鄂博尾矿和高炉渣为主要原料，煤矸石为辅助原料，制备水处理陶粒，材料呈灰色，具有高的孔隙率、良好的化学稳定性、可代替天然矿物制成的陶粒，有效地将冶金渣固废转变为高附加值的水处理新材料。

技术特征：

1.一种制备陶粒滤料的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中采用200目筛。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（5）中预热温度为400-500℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（5）中预热时间为15-23min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（6）中升温速率为8-10℃/min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（6）中焙烧时间为10-15min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中原料重量配比为白云鄂博尾矿：高炉渣：煤矸石=25：65：10。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法制备得到的陶粒滤料。

9.根据权利要求8所述的陶粒滤料在处理氨氮废水中的应用。

技术总结
本发明提供了一种制备陶粒滤料的方法，通过以黄长石作为预期主晶相，对配料的最佳配比进行优化，焙烧制备得到陶粒滤料。本发明采用烧结法以白云鄂博尾矿和高炉渣为主要原料，煤矸石为辅助原料，制备水处理陶粒，材料呈灰色，具有高的孔隙率、良好的化学稳定性、可代替天然矿物制成的陶粒，有效地将冶金渣固废转变为高附加值的水处理新材料。

技术研发人员：柴轶凡,胡文贤,安胜利,罗果萍,张云昊,王艺慈,彭军
受保护的技术使用者：内蒙古科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15