CN103086741A - 一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，其特征是由80～90wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、8～18.5wt.%粘土、1.5～2.5wt.%造孔剂和外加粘结剂制成，其中：造孔剂为木屑、竹屑或秸秆；粘结剂为质量百分数8～12%的木质素黄原酸钙、碳酸钠或硅酸钠溶液，生物陶粒滤料所用原料的固液比为8～12:1。其制备方法是将按照本发明所述的主、辅原料配比称量后，经干燥→混料→成型→烘干→预热→焙烧→冷却步骤，而制得硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品，实施简便、无二次污染产生以及实用可靠。本发明的硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料具有利用矿废渣变废为宝和大幅降低原料成本的优点，是一种优质水处理剂。

Description

一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料及其制备方法

所属技术领域

 本发明属于水处理剂制备技术领域，特别是一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料及其制备方法。

 

背景技术

尾矿是指金属或非金属矿山开采出的矿石，经选矿厂选出有价值的精矿后排放的废渣。这些尾矿由于数量大，含有暂时不能处理的有用或有害成分，随意排放，将会造成资源流失，大面积覆没农田或淤塞河道，污染环境。如目前我国尾矿的主要处理方式为尾矿库堆存，这不仅提高了选矿的附加费用，同时也是重大危险源和环境污染源，既对尾矿库下游人民生命和财产安全构成威胁，又易造成环境污染事故。尾矿的再生利用已成为当前急迫解决的问题，但现有尾矿资源的开发利用方向还仅限于尾矿重选、有价组分提取、充填区、建筑材料、土壤改良剂、微晶体制备等方面，其尾矿的综合利用率很低，不到20%。

现有用于水处理的陶粒滤料主要采用膨胀页岩、粘土、铝矾土、垃圾烧渣、煤矸石、生物污泥、河底泥或/和粉煤灰等为主要原料，经过高温烧制而成。虽然陶粒滤料具有孔隙率高、化学性能稳定、机械强度高、过滤水质好、渗透能力强、滤速高等优点，其主要技术指标优于石英砂和无烟煤滤料，可广泛用于自来水过滤、城镇污水处理以及用于石油，化工行业的过滤介质等，但还存在以下主要问题：一是处理效果与经济性能不能完美结合，如吸附性能好的陶粒滤料比表面积大，但其强度低、使用寿命短以及再生处理费用高；经济性能好的陶粒滤料强度大、比表面积小、再生处理费用低，但吸附性能较差。二是普通陶粒滤料存在的主要缺陷为：表面粗糙度不够、亲水性差、微生物不易附着，且制备和烧制工艺复杂、陶粒成品均匀性差、不便应用，同时比重不合理的尚不能在生物滤池中形成流化状态，微生物与污染物接触几率小，处理效率低。三是制备陶粒滤料的主要原材料局限于上述几种材料，比较单一，不能满足不同水质污水的处理要求。

中国专利申请200610010355.4提出了一种“生物陶粒滤料及其制备方法” ，该生物陶粒滤料由页岩、粉煤灰、污泥、成孔剂和粘结剂制成，虽然可以克服现有陶粒滤料孔隙率低，尤其是微孔含量低、表面粗糙度不足、亲水性差而引起的比表面积小、吸附能力差、微生物固定量小、固定化速率低的问题，但由于该配方中采用了污泥等原料，使得焙烧的温度受限于1000℃内，而一般陶粒烧制的最低温度要求为1080℃，温度不足会导致烧制的成品出现强度低、易碎易裂，以及可利用率低等缺点。

如何克服现有技术的不足，已成为当今水处理剂制备技术领域亟待解决的关键难题之一。

 

发明内容

 本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料及其制备方法，本发明提供的生物陶粒滤料具有利用矿山废渣变废为宝和大幅度降低原料成本的优点，本发明提供的制备方法实施简便、无二次污染产生以及实用可靠。

 根据本发明提出的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，其特征是由80～90wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、8～18.5wt.%粘土、1.5～2.5wt.% 造孔剂和外加粘结剂制成，其中：造孔剂为木屑、竹屑或秸秆；粘结剂为质量百分数8～12%的木质素黄原酸钙、碳酸钠或硅酸钠溶液，生物陶粒滤料所用原料的固液比为8～12:1。

 本发明进一步的优选方案：一是硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料由85.8wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、12.2wt.%粘土、2wt.% 造孔剂和外加粘结剂制成，其中：造孔剂为锯末；粘结剂为质量分数10%的木质素黄原酸钙溶液，生物陶粒滤料所用原料的固液比为10:1。二是所述的硫化铅锌矿浮选尾矿的化学成分质量百分含量为：SiO₂：33.92%、Al₂O₃：3.71%、MgO：2.10%、CaO： 21.43%、MnO：6.72%、SO₃：8.99%、 Fe₂O₃：4.3%、有机成分：17.3%。三是所述的粘土的化学成分质量分数含量为：SiO₂：64.42%、Al₂O₃：16.91%、MgO：1.57%、CaO： 0.85%、MnO：0.10%、SO₃：8.99、 Fe₂O₃：4.78%、有机成分：7.20%。

 根据本发明提出的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料及其制备方法，其特征是起始主、辅原料按照本发明的硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料的配比称量后，经干燥→混料→成型→烘干→预热→焙烧→冷却步骤，而制得硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品，具体包括：

步骤一，干燥：将经称量配比后的硫化铅锌矿浮选尾矿主料及粘土和造孔剂辅料于100～110℃下干燥备用；

步骤二，混料：将步骤一干燥备用的硫化铅锌矿浮选尾矿、粘土和造孔剂主辅料混合均匀，然后撒在圆盘造粒机内备用；

步骤三，成型：将步骤二所述的圆盘造粒机启动并旋转，同时将粘结剂喷洒在均匀混合的主辅料上，制得粒径范围为5～10mm的半成品生料球；

步骤四，烘干：将步骤三得到的半成品生料球放入电热恒温鼓风烘干箱中烘干，烘干温度100～110℃、烘干时间1.5～2.5h；

步骤五，预热：将步骤四烘干的半成品生料球在300℃温度下预热9～11min；

步骤六，焙烧：将步骤五预热后的生料球放入坩埚内，移入箱式电阻炉中，将炉温逐步提升至1240℃，并在1240℃条件下保温30min，然后内自然冷却，得到半成品熟料球；

步骤七，冷却：将步骤六得到半成品熟料球从箱式电阻炉中取出，冷却至室温，得到硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品。

本发明制备的原理是：本发明生物陶粒滤料是采用含有硅酸盐、铝硅酸盐、碳酸盐和微量金属矿物的化合物，在粘结剂的作用下可以粘结在一起，并在>1100℃的高温焙烧下形成强度较高的陶瓷结构。为提高本发明生物陶粒滤料的孔隙率，焙烧前通过向硅酸盐、铝硅酸盐、碳酸盐矿物和微量金属矿物等化合物中添加木屑、竹屑或秸秆等造孔剂，使得其在焙烧中可随炉温的持续升高使造孔剂逐渐炭化分解并产生气泡，在本成品生球内部形成疏松多孔，同时各原料化合物之间发生反应，逐渐生成硬度较大的结构体，使得焙烧后可形成强度高、比表面积大、内部空隙发达的陶粒滤料，以符合用于水处理的生物陶粒滤料的性能要求。

 本发明与现有技术相比，其显著优点是：一是本发明的生物陶粒滤料采用了硫化铅锌矿浮选尾矿为主原料，即可利用矿山废渣变废为宝，解决了我国硫化铅锌矿浮选尾矿“以废治废”和再生利用的重大难题。二是本发明的生物陶粒滤料的性能质量好，其外形为近似球状的不规则陶粒，表面粗糙，具有丰富的空隙，各项性能指标均达到或超过现有同类产品。三是本发明生物陶粒滤料的主要原材料来源广泛、尾矿丰富和价格低廉，使得本发明的生物陶粒滤料的主料成本大幅度降低，成品物美价廉，约为同类同质成品价的1/3。四是本发明提供的制备方法实施简便、可工业化程度高和实用性强。本发明与现有技术的效能、性能对比详见表1。本发明的生物陶粒滤料可广泛用于建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油和市政等领域的水处理，本发明对不同污染物的吸附作用效果详见表2。

表1：本发明与现有技术的效能、性能对比一览表

表2：本发明对不同污染物的吸附作用效果一览表

污染物	溶液浓度（mg/L）	pH	去除率（%）	吸附容量（mg/g）
					丁基黄原酸钠	500	2	70.67	18.25
磷酸二氢钾	10	12	40.1	0.3
					Zn2+	10	12	99.01	0.67
Pb2+	10	12	98.92	0.66
					Cd2+	10	12	98.15	0.65

附图说明

 图1是本发明提出的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料的制备工艺流程图。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

 根据本发明提出的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，是由80～90wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、8～18.5wt.%粘土、1.5～2.5wt.% 造孔剂和外加粘结剂制成，其中：造孔剂为木屑、竹屑或秸秆；粘结剂为质量百分数为8～12%的木质素黄原酸钙、碳酸钠或硅酸钠溶液，生物陶粒滤料所用原料的固液比为8～12:1。优选方案的硫化铅锌矿浮选尾矿的化学成分质量百分含量为：SiO₂：33.92%、Al₂O₃：3.71%、MgO：2.10%、CaO： 21.43%、MnO：6.72%、SO₃：8.99、 Fe₂O₃：4.3%有机成分：17.3%；粘土的化学成分质量分数含量为：SiO₂：64.42%、Al₂O₃：16.91%、MgO：1.57%、CaO： 0.85%、MnO：0.10%、SO₃：8.99、 Fe₂O₃：4.78%、有机成分：7.20%。

结合图1，本发明提出的一种利用硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料的制备方法，是由起始主、辅原料按照本发明的硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料的配比称量后，经过干燥→混料→成型→烘干→预热→焙烧→冷却步骤，而制得硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品，具体包括：

步骤一，干燥：将经称量配比后的硫化铅锌矿浮选尾矿主料及粘土、造孔剂辅料于100～110℃条件下干燥备用；

步骤二，混料：将步骤一干燥备用的硫化铅锌矿浮选尾矿、粘土和造孔剂主辅料混合均匀，然后撒在的圆盘造粒机内备用；

步骤三，成型：将步骤二所述的圆盘造粒机的转动，同时将粘结剂喷洒在均匀混合的主辅料上，制得粒径范围为5～10mm的半成品生料球；

步骤四，烘干：将步骤三得到的半成品生料球放入电热恒温鼓风烘干箱中烘干，烘干温度100～110℃、烘干时间1.5～2.5h；

步骤五，预热：将步骤四烘干的半成品生料球在300℃温度下预热9～11min；

步骤六，焙烧：将步骤五预热后的生料球放入坩埚内，移入箱式电阻炉中，将炉温逐步提升至1240℃，并1240℃下保温30min，然后内自然冷却，得到半成品熟料球；

步骤七，冷却：将步骤六得到的半成品熟料球从箱式电阻炉中取出，冷却至室温，得到硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品。

本发明采用的硫化铅锌矿浮选尾矿来源于我国硫化铅锌矿选矿厂；采用的其它原料均为市售化工原料，符合中华人民共和国化工产品标准；采用的圆盘造粒机、烘干箱等均为市售通用化工设备。

 实施例1：本发明的生物陶粒滤料由85.8wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、12.2wt.%粘土、2wt.% 木屑造孔剂和外加质量分数10%的木质素黄原酸钙溶液粘结剂制成，其中，生物陶粒滤料所用原料的固液比为10:1。本发明的生物陶粒滤料成品的制备方法，具体包括：

步骤一，干燥：将经称量配比后的硫化铅锌矿浮选尾矿主料及粘土、造孔剂辅料于105℃下干燥备用；

步骤二，混料：将步骤一干燥备用的硫化铅锌矿浮选尾矿、粘土和造孔剂主辅料混合均匀，然后撒在Φ80mm的圆盘造粒机内备用；

步骤三，成型：将步骤二所述的圆盘造粒机的转动，同时将粘结剂喷洒在均匀混合的主辅料上，制得粒径范围为5～10mm的半成品生料球；

步骤四，烘干：将步骤三得到的半成品生料球放入电热恒温鼓风烘干箱中烘干，烘干温度105℃、烘干时间2h；

步骤五，预热：将步骤四烘干的半成品生料球在300℃温度下预热10min；

步骤六，焙烧：将步骤五预热后的生料球放入坩埚内，移入箱式电阻炉中，将炉温逐步提升至1240℃，并1240℃下保温30min，然后内自然冷却，得到半成品熟料球；

步骤七，冷却：将步骤六得到的半成品熟料球从箱式电阻炉中取出，冷却至室温，得到硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品。

 实施例2：本发明的生物陶粒滤料由80wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、18.5wt.%粘土、1.5wt.% 木屑造孔剂和外加质量分数10%的硅酸钠溶液粘结剂制成，其中，生物陶粒滤料所用原料的固液比为8:1。本发明的生物陶粒滤料成品的制备方法，具体包括：

步骤一，干燥：将经称量配比后的硫化铅锌矿浮选尾矿主料及粘土、造孔剂辅料于100℃下干燥备用；

步骤二，混料：将步骤一干燥备用的硫化铅锌矿浮选尾矿、粘土和造孔剂主辅料混合均匀，然后撒在Φ80mm的圆盘造粒机内备用；

步骤三，成型：将步骤二所述的圆盘造粒机的转动，同时将粘结剂喷洒在均匀混合的主辅料上，制得粒径范围为5～10mm的半成品生料球；

步骤四，烘干：将步骤三得到的半成品生料球放入电热恒温鼓风烘干箱中烘干，烘干温度100℃、烘干时间1.5h；

步骤五，预热：将步骤四烘干的半成品生料球在300℃温度下预热9min；

步骤六，焙烧：将步骤五预热后的生料球放入坩埚内，移入箱式电阻炉中，将炉温逐步提升至1240℃，并1240℃下保温30min，然后内自然冷却，得到半成品熟料球；

步骤七，冷却：将步骤六得到的半成品熟料球从箱式电阻炉中取出，冷却至室温，得到硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品。

 实施例3：本发明的生物陶粒滤料由90wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、8wt.%粘土、2wt.% 竹屑造孔剂和外加质量分数10%的碳酸钠溶液粘结剂制成，其中生物陶粒滤料所用原料的固液比为12:1。本发明的生物陶粒滤料成品的制备方法，具体包括：

步骤一，干燥：将经称量配比后的硫化铅锌矿浮选尾矿主料及粘土、造孔剂辅料于110℃下干燥备用；

步骤二，混料：将步骤一干燥备用的硫化铅锌矿浮选尾矿、粘土和造孔剂主辅料混合均匀，然后撒在Φ80mm的圆盘造粒机内备用；

步骤三，成型：将步骤二所述的圆盘造粒机的转动，同时将粘结剂喷洒在均匀混合的主辅料上，制得粒径范围为5～10mm的半成品生料球；

步骤四，烘干：将步骤三得到的半成品生料球放入电热恒温鼓风烘干箱中烘干，烘干温度110℃、烘干时间2.5h；

步骤五，预热：将步骤四烘干的半成品生料球在300℃温度下预热11min；

步骤六，焙烧：将步骤五预热后的生料球放入坩埚内，移入箱式电阻炉中，将炉温逐步提升至1240℃，并1240℃下保温30min，然后内自然冷却，得到半成品熟料球；

步骤七，冷却：将步骤六得到的半成品熟料球从箱式电阻炉中取出，冷却至室温，得到硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品。

实施例4：本发明的生物陶粒滤料由87.5wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、10wt.%粘土、2.5wt.% 木屑造孔剂和外加质量分数8%的木质素黄原酸钙溶液粘结剂制成，其中生物陶粒滤料所用原料的固液比为11:1。本发明的生物陶粒滤料成品的制备方法，具体包括：

步骤一，干燥：将经称量配比后的硫化铅锌矿浮选尾矿主料及粘土、造孔剂辅料于108℃下干燥备用；

步骤二，混料：将步骤一干燥备用的硫化铅锌矿浮选尾矿、粘土和造孔剂主辅料混合均匀，然后撒在Φ80mm的圆盘造粒机内备用；

步骤三，成型：将步骤二所述的圆盘造粒机的转动，同时将粘结剂喷洒在均匀混合的主辅料上，制得粒径范围为5～10mm的半成品生料球；

步骤四，烘干：将步骤三得到的半成品生料球放入电热恒温鼓风烘干箱中烘干，烘干温度108℃、烘干时间2.3h；

步骤五，预热：将步骤四烘干的半成品生料球在300℃温度下预热10.5min；

步骤六，焙烧：将步骤五预热后的生料球放入坩埚内，移入箱式电阻炉中，将炉温逐步提升至1240℃，并1240℃下保温30min，然后内自然冷却，得到半成品熟料球；

步骤七，冷却：将步骤六得到的半成品熟料球从箱式电阻炉中取出，冷却至室温，得到硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品。

本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。 

Claims (8)

1.一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，其特征是由80～90wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、8～18.5wt.%粘土、1.5～2.5wt.% 造孔剂和外加粘结剂制成，其中：造孔剂为木屑、竹屑或秸秆；粘结剂为质量百分数8～12%的木质素黄原酸钙、碳酸钠或硅酸钠溶液，陶粒滤料所用原料的固液比为8～12:1。

2.根据权利要求1所述的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，其特征是由85.8wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、12.2wt.%粘土、2wt.% 造孔剂和外加粘结剂制成，其中：造孔剂为锯末；粘结剂为质量分数10%的木质素黄原酸钙溶液，生物陶粒滤料所用原料的固液比为10:1。

3.根据权利要求1所述的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，其特征是由80wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、18.5wt.%粘土、1.5wt.% 造孔剂和外加粘结剂制成，其中：造孔剂为锯末；粘结剂为质量分数8%的木质素黄原酸钙溶液，生物陶粒滤料所用原料的固液比为8:1。

4.根据权利要求1所述的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，其特征是由90wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、8wt.%粘土、2wt.% 造孔剂和外加粘结剂制成，其中：造孔剂为锯末；粘结剂为质量分数12%的碳酸钠溶液，生物陶粒滤料所用原料的固液比为12:1。

5.根据权利要求1所述的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，其特征是由87.5wt.%硫化铅锌矿浮选尾矿、10wt.%粘土、2.5wt.% 造孔剂和外加粘结剂制成，其中：造孔剂为锯末；粘结剂为质量分数11%的硅酸钠溶液，生物陶粒滤料所用原料的固液比为11:1。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，其特征是硫化铅锌矿浮选尾矿的化学成分质量百分含量为：SiO₂：33.92%、Al₂O₃：3.71%、MgO：2.10%、CaO： 21.43%、MnO：6.72%、SO₃：8.99%、 Fe₂O₃：4.3%、有机成分：17.3%。

7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料，其特征是粘土的化学成分质量分数含量为：SiO₂：64.42%、Al₂O₃：16.91%、MgO：1.57%、CaO： 0.85%、MnO：0.10%、SO₃：8.99、 Fe₂O₃：4.78%、有机成分：7.20%。

8.一种硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料的制备方法，其特征是起始主、辅原料按照本发明所述的硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料的配比称量后，经干燥→混料→成型→烘干→预热→焙烧→冷却步骤，而制得硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品，具体包括：

步骤一，干燥：将经称量配比后的硫化铅锌矿浮选尾矿主料及粘土和造孔剂辅料于100～110℃下干燥备用；

步骤二，混料：将步骤一干燥备用的硫化铅锌矿浮选尾矿、粘土和造孔剂主辅料混合均匀，然后撒在圆盘造粒机内备用；

步骤三，成型：将步骤二所述的圆盘造粒机启动并旋转，同时将粘结剂喷洒在均匀混合的主辅料上，制得粒径范围为5～10mm的半成品生料球；

步骤四，烘干：将步骤三得到的半成品生料球放入电热恒温鼓风烘干箱中烘干，烘干温度100～110℃、烘干时间1.5～2.5h；

步骤五，预热：将步骤四烘干的半成品生料球在300℃温度下预热9～11min；

步骤六，焙烧：将步骤五预热后的生料球放入坩埚内，移入箱式电阻炉中，将炉温逐步提升至1240℃，并在1240℃条件下保温30min，然后内自然冷却，得到半成品熟料球；

步骤七，冷却：将步骤六得到的半成品熟料球从箱式电阻炉中取出，冷却至室温，得到硫化铅锌矿浮选尾矿生物陶粒滤料成品。