CN101612498A - 一种多孔陶瓷滤料的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种多孔陶瓷滤料的生产方法，采用磷矿粉或其它含磷物质，加入硅质原料、碳质原料和滤料性能调节剂，控制摩尔比：SiO₂/CaO≥0.8；C/P₂O₅≥8。混合配料成球，干燥后在1150－1500℃隔绝氧气的条件下烧制，反应后进入氧化区域，燃尽余碳和成孔物质，冷却后经筛选分级成多孔陶瓷滤料；在烧制多孔陶瓷滤料过程中引入尾气回收的流程，使尾气中的磷资源和一氧化碳得到充分利用。本发明工艺过程简单、节能、环保，无三废污染，且生产的多孔陶瓷滤料耐温达1200℃，压碎强度达2.90KN/颗，气孔率、孔径和粒径皆可调，是一种用途广泛的新型环保滤料。

Description

一种多孔陶瓷滤料的生产方法

技术领域

本发明涉及一种应用于工业污水过滤、生物滤池填料和人工湿地等领域的多孔陶瓷滤料的制造方法，本发明能够同时回收原料中的磷资源。

背景技术

多孔陶瓷是一种新型的功能材料，作为滤材它具有较大的比表面积、较小的压头损失以及一定尺寸和数量的孔隙结构，且孔隙度较大，而孔径可以通过生产工艺参数进行设定。同时还具备陶瓷耐高温、化学性质稳定等性能。多孔陶瓷的发展始于19世纪70年代，最初仅作为细菌过滤材料使用。目前，国内多孔陶瓷已广泛用于城市污水处理、重金属工业废水、生物滤池填料及布气材料，以及人工湿地等的原材料使用。

目前国内多孔陶瓷制备用的原料多种多样，按原料不同可分为矿物原料、化工原料、工业废渣。从环保的角度出发，大多数企业都是采用工业废渣来开发这种污水处理用多孔陶瓷材料。如：煤矸石、粉煤灰、污水处理厂的淤泥、河道淤泥、各种矿渣、废玻璃和废陶瓷等，但不管使用哪一种材料，都要加入大量的成孔剂、粘结剂等，增加了产品的成本；为了保证多孔陶瓷的强度，都要经过1000～1400℃高温进行烧结，能耗大，还会产生污染性气体破坏我们的生态环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度、高气孔率、低能耗、低成本的一种多孔陶瓷滤料的制造方法。

本发明的目的是这样实现的：一种多孔陶瓷滤料的生产方法，采用磷矿粉或其他含磷物质，加入硅质原料、碳质原料和滤料性能调节剂，按照摩尔比：SiO₂/CaO≥0.8；C/P₂O₅≥8进行配料成球，其中C以固定碳计，干燥后在1150～1500℃隔绝氧气的条件下烧制，反应后进入氧化区域，燃尽余碳和成孔物质，经筛选分级为多孔陶瓷滤料。

将料球煅烧过程中溢出的磷蒸气进行回收为磷化工产品，同时对其中的可燃气体作为烧制过程中的能源进行循环利用。

磷矿粉或其它含磷物质是指所有P₂O₅≥2％的磷矿石、磷矿粉或含磷的污泥。

所加入的滤料性能调节剂是强度调节剂和孔隙率调节剂，强度调节剂添加比例为总物料重量的0～3％；孔隙率调节剂的添加比例为总物料重量的0～1.5％。

强度调节剂是高岭土、粘土、霞石、磷酸或磷酸二氢铝中的一种或几种的混合物。

孔隙率调节剂是锯末、萘粉、煤粉、石墨、白云石或石灰石中的一种或几种的混合物。

本发明所提供的多孔陶瓷滤料的生产方法，首次在烧制多孔陶瓷滤料过程中引入尾气回收的流程，并在配料中采用了含磷物质作为造孔剂，降低了成本，减少了环境污染，同时回收了磷资源。在这个过程中，实现了废物的多层次利用：第一，回收利用了磷尾矿、含磷污泥中的磷；第二，当多孔陶瓷滤料作为生物填料吸附污水中的磷达到P₂O₅≥2％时，又可以重新烧制，实现了滤料的循环使用，较少了废物排放；第三，磷资源作为一种不可再生的资源，同时也是人类不可缺少的一种元素，通过这种工艺，可以充分地回收污水中的磷资源，避免水质的富营养化；第四，在生产多孔陶瓷滤料时溢出的磷蒸气和一氧化碳气体，可以循环利用，提供多孔陶瓷滤料烧制或干燥时的能耗。整个工艺过程简单、节能、环保，无三废污染。且生产的多孔陶瓷滤球的压碎强度可达2.9KN/颗，显气孔率达35-55％，粒径在1-20mm可调，耐温可达1200℃，且耐化学腐蚀性能优良。可广泛用作工业污水过滤滤料、生物滤池填料和人工湿地原料等。

具体实施方式

实施例一：

(1)按以下原料配比配方进行配料

磷尾矿，含P₂O₅：18％，CaO：38％，SiO₂：20％计30kg；硅石粉，含SiO₂：95％计20kg；固定碳58％的煤粉，计10kg；锯末0.5kg；高岭土：2kg；磷酸，浓度75％1kg；

(2)粉碎：将上述原料中的固体料以球磨机粉碎、混合配料，然后过筛200目待用；

(3)成球：加入水和磷酸，混合、陈腐均化，经圆盘造粒机制成3-9mm的球粒。

(4)干燥：进入干燥窑，在200-300℃干燥2-3小时。

(5)烧制：在1300℃温度下烧成2小时。反应完后通入氧气，让料球中的余碳燃尽。冷却后，经筛选分级为3-6mm、6-9mm等不同规格的多孔陶瓷滤料产品。

(6)尾气回收：烧结过程中磷蒸气和一氧化碳气体氧化放出热量，为烧制过程提供能源，可大量节省天然气的耗量。同时对五氧化二磷气体用水吸收成75％的磷酸产品，其产品质量可达到工业二级磷酸标准。

本实施案例做出的多孔陶瓷滤球压碎强度可达2.5-2.9KN/颗，显气孔率可达到35％-42％左右。具有良好的化学稳定性和生物亲和性，适合生物挂膜。

锯末作为孔隙率调节剂，也可采用萘粉、煤粉、石墨、白云石或石灰石中的一种或几种的混合物。

高岭土作为强度调节剂，也可采用粘土、霞石、磷酸或磷酸二氢铝中的一种或几种的混合物。

实施例二：

(1)按以下原料配比配方进行配料

磷尾矿，含P₂O₅：24％，CaO：42％，SiO₂：4％计300kg；硅石粉，含SiO₂：95％计300kg；固定碳79％的焦炭100kg；磷酸，浓度75％10kg；

(2)粉碎：将上述原料中的固体料以球磨机粉碎、混合配料，然后过筛200目待用；

(3)成球：加入水和磷酸，混合、陈腐均化，经圆盘造粒机制成3-9mm的球粒。

(4)干燥：进入干燥窑，在200-300℃干燥2-3小时。连续生产时烘干料球的热源可采用回收的可燃氧化过程中释放的余热。

(5)烧制：在1150-1500℃温度下烧成。烧制过程是选在立窑中进行，从立窑上端入口，烧结脱磷后从下端出料。在料球冷却过程中补入热空气，使其中的余碳燃尽。对冷却后的料球进行筛选分级为3-6mm、6-9mm等不同规格的多孔陶瓷滤料产品。

(6)尾气回收：将烧结过程中溢出的尾气，磷蒸气和一氧化碳在立窑的氧化通道内进行燃烧，五氧化二磷气体进入水化塔内用水吸收成75％的磷酸产品，其产品质量可达到工业二级磷酸标准。

(7)余热利用：磷蒸气和一氧化碳在氧化过程中要释放大量的热能，通过热交换的方式将热能导入陶瓷滤料的烧结通道中作为能源补充，以节省天然气的耗量。

本实施案例中采用的烧结窑炉为湖北三新磷酸有限公司的专利产品立式隔焰窑(专利号：ZL200720086986.4)，干燥后的原料球从立窑的上部进料，经还原煅烧系统脱磷蒸气后，多孔陶瓷滤料进入氧化冷却阶段，补入空气将料球中残余的碳充分氧化。因为多孔陶瓷滤料经过了1150~1500℃的高温煅烧，同时经历了还原煅烧系统和氧化冷却系统，料球内部的有害物质少，强度高，显气孔率高。经测试，其料球的压碎强度可达3.0-3.5KN/颗，孔隙率约32％-38％，可满足作为多孔陶瓷滤料的需要。

Claims (6)

1、一种多孔陶瓷滤料的生产方法，其特征在于：采用磷矿或其他含磷物质，加入硅质原料、碳质原料和滤料性能调节剂，按照摩尔比：SiO₂/CaO≥0.8；C/P₂O₅≥8进行配料成球，其中C以固定碳计，干燥后在1150～1500℃隔绝氧气的条件下烧制，反应后进入氧化区域，燃尽余碳和成孔物质，经筛选分级为多孔陶瓷滤料。

2、根据权利要求1所述的多孔陶瓷滤料的生产方法，其特征在于：将料球煅烧过程中溢出的磷蒸气进行回收为磷化工产品，同时对其中的可燃气体作为烧制过程中的能源进行循环利用。

3、根据权利要求1所述的多孔陶瓷滤料的生产方法，其特征在于：磷矿或其它含磷物质是指所有P₂O₅≥2％的磷矿石、磷矿粉或含磷的污泥。

4、根据权利要求1所述的多孔陶瓷滤料的生产方法，其特征在于：所加入的滤料性能调节剂是强度调节剂和孔隙率调节剂，强度调节剂添加比例为总物料重量的0～3％；孔隙率调节剂的添加比例为总物料重量的0～1.5％。

5、根据权利要求4所述的多孔陶瓷滤料的生产方法，其特征在于：强度调节剂是高岭土、粘土、霞石、磷酸或磷酸二氢铝中的一种或几种的混合物。

6、根据权利要求4所述的多孔陶瓷滤料的生产方法，其特征在于：孔隙率调节剂是锯末、萘粉、煤粉、石墨、白云石或石灰石中的一种或几种的混合物。