CN103570373A

CN103570373A - 一种用于制造滤料陶粒的组合物及滤料陶粒制造方法

Info

Publication number: CN103570373A
Application number: CN201210275578.9A
Authority: CN
Inventors: 钟正全
Original assignee: HENAN MEISAIKE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HENAN MEISAIKE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明是关于一种用于制造滤料陶粒的组合物及滤料陶粒制造方法,其是以75%～90%页岩、5%～15%铝矾土和5%～15%铁矿石为原料，该页岩含有粘土矿物成分总量大于40%，以伊利石、蒙脱石为主，高岭石、沸石为辅；经混合原材料的获取及处理，生料球的制备、筛选及圆化和陶粒烧制过程而成。该方法生产的陶粒其吸附性能强，强度大，可以用作吸附材料,用于污水处理和净化水资源等方面。

Description

一种用于制造滤料陶粒的组合物及滤料陶粒制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造滤料陶粒的组合物及滤料陶粒制造方法,特别是涉及一种以页岩、铝矾土和铁矿石为原料烧制陶粒的方法。

背景技术

目前，有关滤料陶粒制备方法的专利有很多，主要原料是粘土、污泥、炉渣、粉煤灰、煤矿剥离物等，并加入粘结剂、外加剂制备而成。但粘土、黄土的利用，不仅造成耕地破坏、水土流失等，而且所制得的陶粒大都密度偏大、强度偏低、吸附性能较差、力学性能与热工性能较差，功能较少。

页岩是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，页岩是粘土岩的一种，成分复杂，除粘土矿物外，还含有许多碎屑矿物和自生矿物，具页状或薄片状层理，是由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成。页岩矿石的成分是由总量大于40%的伊利石和蒙托石为主、高岭石和沸石为辅组成的泥状页岩;目前国内外，利用页岩粉，中间混入一些金属矿石材料，所生产的陶粒具有体轻、强度大、吸附性能好等特点，有效解决了水资源污染问题。

铝矾土又称矾土或铝土矿，其组成成分异常复杂，是多种地质来源极不相同的含水氧化铝矿石的总称。铝土矿一般是经化学风化或外生作用形成的，很少有纯矿物，总是含有一些杂质矿物，或多或少含有粘土矿物、铁矿物、钛矿物及碎屑重矿物等。是一种土状矿物，白色或灰白色，因含铁而呈褐黄或浅红色。具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、热容小和耐机械震动等优点。极难熔化，不溶于水，能溶于硫酸和氢氧化钠溶液。铝土矿可用来提取铝以及制造耐火材料、矾土水泥、人造刚玉和各种铝化合物等。目前，已知赋存铝土矿的国家有49个。我国有丰富的铝矾土资源，约37亿吨，居世界前列，我国铝土矿资源比较丰富，在全国18个省、自治区、直辖市已查明铝土矿产地205处，其中大型产地72处。铝矾土的产量在河南境内较丰富。在一定程度上金属铝离子的存在提高了滤料陶粒的吸附性能，另外，在烧制陶粒时加入铝矾土还可以增加陶粒的硬度。

铁矿石是含有铁元素或铁化合物能够经济利用的矿物集合体。铁矿石的种类很多，用于炼铁的主要有磁铁矿（Fe₃O₄）、赤铁（Fe₂O₃）和菱铁矿（FeCO₃）等。颜色为铁黑色，条痕为黑色，半金属光泽，不透明，硬度5.5～6.5，比重4.9～5.2，具强磁性。铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料。中国铁矿资源有两个特点：一是贫矿多，贫矿资源储量占总量的80%；二是多元素共生的复合矿石较多。中国进口铁矿石库存量较大，中国拥有稳定的国产矿自给率。中国的铁矿石产量近年来不断增长，2008年中国铁矿石原矿产量达到78481.64万吨，同比增长12.43%。由于三价铁离子可以吸附水中的PO₃ ^3-和CO₃ ^2-等离子生成沉淀，故在制备滤料陶粒时加入铁矿石可以有效地增加陶粒的吸附性能。

由此可见，上述现有的滤料陶粒在制造方法上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般制造方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的滤料陶粒的制造方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的滤料陶粒制造方法存在的缺陷，而提供一种密度较小、硬度更大、吸附性能更好的滤料陶粒的制造方法。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的用于制造滤料陶粒的组合物，其特征在于其组分及其重量百分含量为：75%～90%页岩、5%～15%铝矾土和5%～15%铁矿石，该页岩为含有粘土矿物成分总重量大于40%的以伊利石、蒙托石为主，高岭石和沸石为辅组成的泥状页岩。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的组合物，其中：该铝矾土中包含以下重量百分含量的组分：60%～85%Al₂O₃，1%～3%Fe₂O₃和0.6%CaO；及该铁矿石中包含以下重量百分含量的组分：60%～75%Fe₂O₃。

前述的组合物，其中该页岩中包含以下重量百分含量的组分：58.1%SiO₂，15.7%Al₂O₃，7.8%Fe₂O₃，3.1%MgO，3.4%CaO,0.9%Na₂O和1.5%K₂O。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的以前述的组合物为原料的滤料陶粒的制造方法，其包括以下步骤：

（1）混合原材料的获取及处理：开采含有粘土矿物成分总重量大于40%的以伊利石、蒙托石为主，高岭石和沸石为辅组成的泥状页岩；以及开采铝矾土和铁矿石；

将上述三种原料经自然风干或干燥、破碎机破碎后，将75%～90%（重量）该页岩、5%～15%（重量）该铝矾土和5%～15%（重量）该铁矿石放入搅拌机充分搅拌均化，并在搅拌时喷洒雾状的水，得混合原料，并控制其所含水分的重量百分含量为20%～30%；

（2）生料球的制备、筛选及圆化：将该混合原料经压机压制成生料球，压机工作压力为58.0MPa～62.0MPa，然后，对该生料球的形状进行筛选，筛选出粒径在2mm～25mm的生料球，最后再通过圆化成球盘进行圆化；

（3）滤料陶粒的烧制：

将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成滤料陶粒的烧制。

前述的滤料陶粒的制造方法，其中所述的混合原材料的获取及处理步骤中，所述的破碎机破碎是经双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，至粒径小于3mm。

前述的滤料陶粒的制造方法，其中该回转窑利用煤气发生炉制得的煤化气燃烧为滤料陶粒的烧制提供热源，其温度可达到1180℃。

前述的滤料陶粒的制造方法，其中制得滤料陶粒的表观密度为1442～2112kg/m³，比表面积为1.543～1.956m²/g，耐压强度为55.14～68.21MPa。

借由上述技术方案，本发明用于制造滤料陶粒的组合物及滤料陶粒制造方法其至少具有下列优点及有益效果：

(1)用页岩粉、铝矾土和铁矿石为原料烧制的陶粒，它比一般用粘土等为原料烧制的滤料陶粒的强度更大，吸附性能更好，用于污水处理中可以有效缓解水资源污染问题。

(2)利用页岩粉、铝矾土和铁矿石为原料烧制的陶粒，不仅节省了粘土的用量，节约用地，更重要是，开辟了一条页岩矿石、铝矾土和铁矿石资源利用的的新途径。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是本发明以页岩、铝矾土和铁矿石为原料烧制滤料陶粒的方法流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的以页岩、铝矾土和铁矿石为原料烧制滤料陶粒的方法其具体实施方式、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，以页岩粉、铝矾土和铁矿石为原料烧制滤料陶粒的方法步骤如下:获取页岩、铝矾土和铁矿石→预处理→配比混合→挤压成型→筛选、圆化→预热烘干→高温焙烧→冷却→入库。具体操作步骤如下所述。

（l）混合原材料的获取及处理

在一实施例中，页岩取自河南省洛阳市汝阳县周边的页岩矿。本发明所选用页岩是由粘土矿物成分总重量大于40%的伊利石和蒙托石为主、高岭石和沸石为辅组成的泥状页岩，该页岩的成分包括SiO₂,A1₂O₃,Fe₂O₃,MgO,CaO,Na₂O+K₂O，它们的重量百分含量分别为55~60%，15~20%，7~10%，2~5%，2~4%和1~3%,优选包含58.1%SiO₂，15.7%Al₂O₃，7.8%Fe₂O₃，3.1%MgO，3.4%CaO,0.9%Na₂O和1.5%K₂O的页岩。

在一实施例中，铝矾土取自河南省洛阳市汝阳县周边的铝矾土矿，铝矾土的产量在河南境内较丰富。它的主要成分是氧化铝，其重量百分含量为60%～85%，另外还含有约1.0%～3.0%Fe₂O₃。在一定程度上金属铝离子的存在提高了滤料陶粒的吸附性能，另外，在烧制陶粒时加入铝矾土还可以增加陶粒的硬度。

在一实施例中，铁矿石取自河南安阳境内的铁矿区，其主要含有60%～75%Fe₂O₃。由于三价铁离子可以吸附水中的PO₃ ^3-和CO₃ ^2-等离子生成沉淀，故在制备滤料陶粒时加入铁矿石可以有效地增加陶粒的吸附性能。当然，页岩、铝矾土和铁矿石也可取自其它地域。

对比页岩、铝矾土和铁矿石中的主要成分可以发现，各成分的含量有很大的差异，但是仍可以通过合适的配比混合后，使各成分组成在可用于烧制滤料陶粒的化学组成范围内，如表1所示，以制得质量比较好的滤料陶粒。

表1可用于烧制滤料陶粒的化学组成

化学组成

SiO₂

Al₂O₃

Fe₂O₃

K₂O＋Na₂O

CaO

MgO

烧失量

含量（%）

69~88

10~15

1~0

3.2

3.5

2

研究发现，上述三种原料的重量百分含量可为75%～90%该页岩、5%～15%该铝矾土和5%～15%该铁矿石。

将上述三种原料经自然风干或干燥、破碎机破碎后，按上述配比混合后放入搅拌机充分搅拌均化，并在搅拌时喷洒雾状的水，得混合原料，并控制其所含水分的重量百分含量最好为20%～30%，其有利于挤压成型，含水量太小，成球后容易散开；含水量太大，粘性太大，生料球表面不够光滑。

（2）生料球的制备、筛选及圆化：将该混合原料经压机压制成生料球，压机工作压力为58.0MPa～62.0MPa，然后，对该生料球的形状进行筛选，筛选出粒径在2mm～25mm的生料球，虽然经过仔细筛选，但是大部分的生料球形状还达不到要求，为了使滤料陶粒的外形更加美观，故采用圆化成球盘进行圆化。

（3）滤料陶粒的烧制：

将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成滤料陶粒的烧制。其中，该回转窑可利用煤气发生炉制得的煤化气燃烧为滤料陶粒的烧制提供热源，其温度可达到1180℃。

实施例l:

以75%的页岩、15%的铝矾土和10%的铁矿石，经自然风干、双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，至粒径小于3mm，再经两级双轴搅拌机搅拌均化，控制成球水份20%，经成球机成球，筛选后，再通过圆化成球盘圆化后，将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成滤料陶粒的烧制。所测该陶粒相关参数见表2，其表观密度为1678kg/m³，耐压强度为60.53MPa，吸水率为7.256%，比表面积为1.872m²/g。

实施例2:

以90%的页岩、5%的铝矾土和5%的铁矿石，经自然风干、双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，再经两级双轴搅拌机二级搅拌均化，控制成球水份25%，经成球机成球，筛选出粒径在2mm～25mm的生料球后，再通过圆化成球盘圆化后，将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成滤料陶粒的烧制。所测该陶粒相关参数见表2，其表观密度为1442kg/m³，耐压强度为55.14MPa，吸水率为6.892%，比表面积为1.956m²/g。

实施例3:

以75%的页岩、10%的铝矾土和15%的铁矿石，经干燥、双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，再经两级双轴搅拌机搅拌均化，控制成球水份30%，经成球机成球，筛选出粒径在2mm～25mm的生料球后，再通过圆化成球盘圆化后，将圆化后的该生料球送入回转窑，在回转窑内,先将生料球以恒定速率从室温增温至260～280℃，在该温度范围保持10min，然后以14～16℃/min的速率加热至最大温度1180℃，在最大温度时保持8～10min，然后再以12～14℃/min的速率降温至600～700℃，自然冷却至室温，完成滤料陶粒的烧制。所测该陶粒相关参数见表2，其表观密度为2112kg/m³，耐压强度为68.21MPa，吸水率为5.626%，比表面积为1.543m²/g。

表2陶粒相关参数的测定结果

根据页岩、铝矾土和铁矿石无机部分的化学成分与可用于烧制滤料陶粒的化学成分相近的特点，我们发明了以页岩、铝矾土和铁矿石为原料烧制滤料陶粒的方法。滤料陶粒是圆球型、均匀、表明粗糙、多微孔、内部孔隙发达，比表面积大，从而生物菌附着能力强，繁殖快、挂膜效率高，低温低浊条件下去除氨氮效果能达到国内先进水平，工作周期长，周期产水量大，一般为500～1000m/m。堆积比重轻，强度大，从而反冲洗能耗低，水头损失小，清洁料水头损失仅为150mm/m。截污能力强，一般为9～13kg/m。因此滤料陶粒可以作为吸附材料，用于污水处理等方面。故利用滤料陶粒在污水处理，净化水资源环境方面起到很大的作用，同时也提供了一种新的水处理材料，充分利用了自然资源，有效地避免了资源的浪费。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种用于制造滤料陶粒的组合物，其特征在于其组分及其重量百分含量为：75%～90%页岩、5%～15%铝矾土和5%～15%铁矿石，

该页岩为含有粘土矿物成分总重量大于40%的以伊利石、蒙托石为主，高岭石和沸石为辅组成的泥状页岩。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：

该铝矾土中包含以下重量百分含量的组分：60%～85%Al₂O₃，1%～3%Fe₂O₃和0.6%CaO；及

该铁矿石中包含以下重量百分含量的组分：60%～75%Fe₂O₃。

3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于该页岩中包含以下重量百分含量的组分：58.1%SiO₂，15.7%Al₂O₃，7.8%Fe₂O₃，3.1%MgO，3.4%CaO,0.9%Na₂O和1.5%K₂O。

4.一种以权利要求1至3任一权利要求所述的组合物为原料的滤料陶粒的制造方法，其特征在于其包括以下步骤：

（3）滤料陶粒的烧制：

5.根据权利要求4所述的滤料陶粒的制造方法，其特征在于所述的混合原材料的获取及处理步骤中，所述的破碎机破碎是经双滚破碎机一级粗碎、二级细碎，至粒径小于3mm。

6.根据权利要求4所述的滤料陶粒的制造方法，其特征在于该回转窑利用煤气发生炉制得的煤化气燃烧为滤料陶粒的烧制提供热源，其温度可达到1180℃。

7.根据权利要求4所述的滤料陶粒的制造方法，其特征在于制得滤料陶粒的表观密度为1442～2112kg/m³，比表面积为1.543～1.956m²/g，耐压强度为55.14～68.21MPa。