CN104261553A - 一种磁性粉煤灰陶粒及其制备方法 - Google Patents

一种磁性粉煤灰陶粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁性粉煤灰陶粒，还公开了该磁性粉煤灰陶粒的制备方法，将一定质量的混合物料与质量为混合物料15-30％的小苏打溶液混合炼制而成，其中，所述混合物料由以下组分：粉煤灰、粘土粉料、碳粉、磁性氧化铁粉体按质量比65～80：15～40：15～30：2～15混合而得。本发明的配方主要原料是粉煤灰，其成本低廉，并且还可以解决粉煤灰带来的污染，变废为宝，以废制废；并且本发明的磁性粉煤灰陶粒具有耐腐蚀、强度高、表面粗糙以及挂膜快的优点，可显著提高对废水的处理效果(即生物降解效果提高)。

Description

一种磁性粉煤灰陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种能应用于污水处理的磁性粉煤灰陶粒，还涉及上述磁性粉煤灰陶粒的制备方法。 
背景技术
我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。近年来，我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3％，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，预计“十二五”末粉煤灰年产生量将达到5.7亿吨，另外，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策。由于粉煤灰具有粒细质轻、多孔松散、比表面大、活性基团较多和吸附能力较强等特性，在环境保护领域得到较为广泛应用，如粉煤灰吸附剂、助凝剂、粉煤灰陶粒。 
陶粒是由黏土、页岩、粉煤灰、煤矸石或生物污泥等为主要原料，经加工成球形，烧结而成。陶粒具有优异的性能，如密度低、抗压抗剪强度高、孔隙率高。特别由于陶粒具有密度小，内部多孔隙，形态和成分较均匀和稳定，且具有一定的强度，因此，在废水生物处理中得到广泛应用，如曝气生物滤池中的生物填料。近年来，磁化作用和磁生物效应在国内外的环境保护领域获得了广泛的重视。研究表明，磁作用可提高水中微生物和酶的生物活性，从而提高微生物对有机污染物的吸附和降解能力，提高废水的生物降解效果。目前，磁性陶粒的制备主要集中在利用化学的方法在陶粒表面负载或涂抹磁粉，形成磁粉涂层。这种做法的主要缺点是制作工艺复杂、在应用的过程中陶粒的相互碰撞会导致表面的磁性涂层破碎脱落。因此一种工艺简单、制得的磁性粉煤灰陶粒表面磁性涂层不易破碎脱落的磁性粉煤灰陶粒制备方法的开发很有必要。 
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种磁性粉煤灰陶粒。 
本发明还要解决的技术问题是提供上述磁性粉煤灰陶粒的制备方法。 
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为： 
一种磁性粉煤灰陶粒，将一定质量的混合物料与质量为混合物料15-30％的小苏打溶液混合炼制而成，其中，所述混合物料由以下组分：粉煤灰、粘土粉料、碳粉、磁性氧化铁粉体按质量比65～80：15～40：15～30：2～15混合而得。 
上述磁性粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤： 
步骤1，将粉煤灰、粘土粉料、碳粉、磁性氧化铁粉体按质量比65～80：15～40：15～30：2～15混合均匀，得到混合物料； 
步骤2，将一定量的小苏打溶解到水中制成质量百分比为1～5％的小苏打溶液； 
步骤3，将步骤1的混合物料和质量为混合物料15-30％的小苏打溶液一起加入圆盘造粒机中进行造粒，得到5～20mm的球形颗粒； 
步骤4，将球形颗粒干燥后，煅烧并冷却，得到粉煤灰陶粒； 
步骤5，用磁场对粉煤灰陶粒进行磁化，即可得到磁性粉煤灰陶粒。 
其中，步骤1中，所述粉煤灰是从火电厂静电除尘器排出的粉煤灰过180目筛而得到。 
其中，步骤1中，所述粘土粉料通过过180目筛得到。 
其中，步骤1中，所述磁性氧化铁粉体通过过300目筛得到。 
其中，步骤1中，所述碳粉通过过100目筛得到。 
其中，步骤4中，对球形颗粒的煅烧方法为：在0～100℃，升温速率为10～20℃/min，当温度到达100℃时，恒温10min～30min，在100～550℃，升温速率为15～30℃/min，当温度到达550℃时，恒温25min～50min，在550～1100℃，升温速率为10～15℃/min，当温度到达1100℃时，恒温30～50min，即可。 
其中，步骤5中，所述磁场强度为0.6T。 
有益效果：本发明配方中粉煤灰含有4％的Fe2O3、与配方中磁性氧化铁粉体共同成为粉煤灰陶粒的磁性材料，在粉煤灰陶粒制作过程中磁性材料通过高温煅烧固结在陶粒的内部和表面，因此将本发明的粉煤灰陶粒磁化时，不需要另外采用复杂的化学附载和涂抹磁性材料的方式，而是直接将固结在陶粒内部和表面的磁性材料用强磁场磁化即可，制得的磁性粉煤灰陶粒中的磁性材料不易脱落；另外，本发明配方中的小苏打，在高温煅烧时会分解产生CO2气体，CO2气体能够提高产物的气孔量，从而有利于增大磁性粉煤灰陶粒的空隙率、粗糙度以及比 表面积，进而有利于微生物附着生长；其次，本发明的配方主要原料是粉煤灰，其成本低廉，并且还可以解决粉煤灰带来的污染，变废为宝，以废制废；最后，本发明的磁性粉煤灰陶粒具有耐腐蚀、强度高、表面粗糙以及挂膜快的优点，可显著提高对废水的处理效果(即生物降解效果提高)；本发明磁性粉煤灰陶粒的制备工艺简单，易于操作。 
具体实施方式
下面采用具体实施例对本发明技术方案进行详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述实施例。 
实施例1 
一种磁性粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤： 
步骤1，将过100目筛的碳粉、分别过180目筛的粉煤灰和黏土、以及过300目筛的磁性氧化铁粉体按质量比15：65：27：8(碳粉：粉煤灰：粘土粉料：磁性氧化铁粉体)进行混合，混合均匀后得到混合物料；其中，粉煤灰中含有4％的Fe2O3； 
步骤2，将步骤1的混合物料与质量为混合物料23％的小苏打溶液(质量百分比为5％小苏打溶液)一起加入圆盘造粒机中进行造粒，制成8mm的球形颗粒； 
步骤3，将球形颗粒干燥后，煅烧并冷却，得到粉煤灰陶粒；其中，煅烧方法为：在0～100℃，升温速率为10℃/min，当温度到达100℃时，恒温10min，在100～550℃，升温速率为20℃/min，当温度到达550℃时，恒温30min，在550～1100℃，升温速率为15℃/min，当温度到达1100℃时，恒温30min；然后关掉电源，让其自然冷却，得到粉煤灰陶粒； 
步骤4，采用磁场强度为0.6T的强磁场对粉煤灰陶粒进行磁化，即可得到磁性粉煤灰陶粒。 
实施例1制得的磁性粉煤灰陶粒的各方面性能如表1所示： 
表1 
实施例2 
一种磁性粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤： 
步骤1，将将过100目筛的碳粉、分别过180目筛的粉煤灰和黏土、以及过300目筛的磁性氧化铁粉体按质量比25：80：40：15进行混合，混合均匀后得到混合物料； 
步骤2，将步骤1的混合物料与质量为混合物料30％的小苏打溶液(质量百分比为3％小苏打溶液)一起加入圆盘造粒机中进行造粒，制成20mm的球形颗粒； 
步骤3，将球形颗粒干燥后，煅烧并冷却，得到粉煤灰陶粒；其中，煅烧方法为：在0～100℃，升温速率为20℃/min，当温度到达100℃时，恒温30min，在100～550℃，升温速率为15℃/min，当温度到达550℃时，恒温25min，在550～1100℃，升温速率为10℃/min，当温度到达1100℃时，恒温50min；然后关掉电源，让其自然冷却，得到粉煤灰陶粒； 
步骤4，采用磁场强度为0.6T的强磁场对粉煤灰陶粒进行磁化，即可得到磁性粉煤灰陶粒。 
实施例2制得的磁性粉煤灰陶粒的各方面性能如表2所示： 
表2 
实施例3 
一种磁性粉煤灰陶粒的制备方法，包括如下步骤： 
步骤1，将将过100目筛的碳粉、分别过180目筛的粉煤灰和黏土、以及过300目筛的磁性氧化铁粉体按质量比30：70：30：2进行混合，混合均匀后得到混合物料； 
步骤2，将步骤1的混合物料与质量为混合物料15％的小苏打溶液(质量百分比为1％小苏打溶液)一起加入圆盘造粒机中进行造粒，制成5mm的球形颗粒； 
步骤3，将球形颗粒干燥后，煅烧并冷却，得到粉煤灰陶粒；其中，煅烧方 法为：在0～100℃，升温速率为15℃/min，当温度到达100℃时，恒温20min，在100～550℃，升温速率为30℃/min，当温度到达550℃时，恒温50min，在550～1100℃，升温速率为15℃/min，当温度到达1100℃时，恒温30min；然后关掉电源，让其自然冷却，得到粉煤灰陶粒； 
步骤4，采用磁场强度为0.6T的强磁场对粉煤灰陶粒进行磁化，即可得到磁性粉煤灰陶粒。 
实施例3制得的磁性粉煤灰陶粒的各方面性能如表3所示： 
表3 
将实施例1中制得的磁性粉煤灰陶粒用于强化曝气生物滤池进行实验研究。 
该曝气生物滤池的尺寸为0.8×0.3×1.0m，布水区高0.2mm，填料层高0.5m，清水区高0.2m，超高0.1m。该曝气池中间用隔板分成两格，单格尺寸均为0.4×0.3×1.0m，一格用于填加实施例1制得的磁性粉煤灰陶粒，另一格用于填加粉煤灰陶粒，两者进行实验效果对比。 
在第一格曝气生物滤池内滤板上布置粒径15-25mm、高0.1m的卵石层，卵石层上填加粒径4-6mm的磁性粉煤灰陶粒，层厚0.5m；在第二格曝气生物滤池1号曝气生物滤池内滤板上布置粒径15-25mm、高0.1m的卵石层，卵石层上填加粒径4-6mm的粉煤灰陶粒，层厚0.5m。 
该装置的处理规模为0.3m3/h，每天运行8h，全天间断运行，运行时间为9：00—17：00；采用的挂膜方法是利用其他实验室内SBR反应器的出水作为曝气生物滤池的进水运行3天，然后进水采用人工模拟生活污水；每天采样监测一次，监测时间为16：00，连续监测2个月。综合出水水质指标见下表4。 
表4 
备注：COD去除率达到60％，便认为挂膜成功。 
从表4可知，本发明制得的磁性粉煤灰陶粒挂膜的速度远远大于现有的粉煤灰陶粒，表明本发明磁性粉煤灰陶粒的空隙率和比表面积均大于粉煤灰陶粒，进而有利于微生物附着生长；并且污水中生物降解率也远远高于粉煤灰陶粒。 
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。 

Claims (8)

1.一种磁性粉煤灰陶粒，其特征在于：将一定质量的混合物料与质量为混合物料15-30％的小苏打溶液混合炼制而成，其中，所述混合物料由以下组分：粉煤灰、粘土粉料、碳粉、磁性氧化铁粉体按质量比65～80：15～40：15～30：2～15混合而得。
2.一种权利要求1所述磁性粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，将粉煤灰、粘土粉料、碳粉、磁性氧化铁粉体按质量比65～80：15～40：15～30：2～15混合均匀，得到混合物料；
步骤2，将一定量的小苏打溶解到水中制成质量百分比为1～5％的小苏打溶液；
步骤3，将步骤1的混合物料和质量为混合物料15-30％的小苏打溶液一起加入圆盘造粒机中进行造粒，得到5～20mm的球形颗粒；
步骤4，将球形颗粒干燥后，煅烧并冷却，得到粉煤灰陶粒；
步骤5，用磁场对粉煤灰陶粒进行磁化，即可得到磁性粉煤灰陶粒。
3.根据权利要求2所述磁性煤灰陶粒的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述粉煤灰的粒径为180目。
4.根据权利要求2所述磁性煤灰陶粒的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述粘土粉料通过过180目筛得到。
5.根据权利要求2所述磁性煤灰陶粒的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述磁性氧化铁粉体通过过300目筛得到。
6.根据权利要求2所述磁性煤灰陶粒的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述碳粉通过过100目筛得到。
7.根据权利要求2所述磁性煤灰陶粒的制备方法，其特征在于：步骤4中，对球形颗粒的煅烧方法为：在0～100℃，升温速率为10～20℃/min，当温度到达100℃时，恒温10min～30min，在100～550℃，升温速率为15～30℃/min，当温度到达550℃时，恒温25min～50min，在550～1100℃，升温速率为10～15℃/min，当温度到达1100℃时，恒温30～50min，即可。
8.根据权利要求2所述磁性粉煤灰陶粒的制备方法，其特征在于：步骤5中，所述磁场强度为0.6T。
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