CN104744073A - 一种磷回收用陶粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磷回收用陶粒及其制备方法,以地铁渣土50～80份、农作物秸秆0～30份、氧化镁15～30份和黏结剂羧基纤维素0～5份为原料制成坯料，经过以下步骤制得：(1)将农作物秸秆粉碎，将上述重量份数的原料进行研磨混合，然后按水固比1：0.3～0.5制成陶粒坯料；(2)将陶粒坯料干燥2～4h，然后在100～200℃下保温25～45min，再在300～500℃下烧结24～60min得到烧结物；(3)将上述烧结物进行冷却即得产品。本发明制备工艺简单，可实际操作性强，烧结温度低，无需养护，所需原料种类少且来源广泛，经济成本低，陶粒的内部结构疏松多孔，强度适中，磷吸附效率高，磷吸附后的陶粒可粉碎或直接作为肥料使用还田，是一种理想的绿色环保型磷回收用陶粒。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种磷回收用陶粒及其制备方法。
背景技术
陶粒是利用粘土、泥质岩石、工业废料为主要原料，掺合少量黏结剂、添加剂等，经加工成粒或粉磨成球最后通过焙烧等工艺过程而制成的一种人造轻骨料，其孔隙率高、密度小、抗碱集料反应等特点在社会生产领域具有广泛的应用。
目前，以粉煤灰、煤矸石等工业废弃料烧制成陶粒的研究已应用于废水磷处理，但是地铁渣土或建筑渣土制成的陶粒还没有相关研究报道。地铁渣土作为地铁交通建设中排除的固体废弃物，占用大量土地、耗费大量场地建设和维护费用，裸露的地铁渣土容易形成颗粒状粉尘污染环境。因此，随着地铁建设的发展，地铁渣土的处理将成为一个重要问题。但是与煤矸石、粉煤灰、生物污泥等常用于制备陶粒的坯料相比，地铁渣土本身为不含污染源土壤，研究其合理的处理措施有其必要性。同时，我国是农业大国，秸秆作为农作物的副产品，储量丰富。虽然早在上世纪就有研究人员开始注意其资源的潜在价值，但至今仍未得到充分利用，秸秆大多当做废弃物掩埋或焚烧，不仅造成资源浪费，而且污染环境。特别是焚烧的处理方式会排放大量的污染物，增加空气中的颗粒微尘，不仅危害人的身体健康,而且会对局部大气环境和气候系统产生重要影响，严重时甚至会引发火灾和影响交通状况，造成不可估计的损失。此外，水体富营养化严重威胁到水生生物的生存和人类的健康，而含磷废水的不合理排放是导致水体富营养化的重要因素之一，提高污水深度处理除磷效率是控制水体富营养化的根本措施；同时磷是不可再生的主要肥源；研制经济、高效的磷回收材料对水环境保护具有重要意义。
专利号为CN102515830A的发明公布了一种可再生吸磷陶粒及其制备方法，陶粒制备过程烧结温度为950～1100℃，吸附量为10～11mg/g，该发明所需烧结温度高，磷吸附效果不理想；专利号为CN101935195B公布了一种具有碱缓释功能的多孔除磷陶粒及其制备方法，该方法所需原料种类较多，制备工序繁琐，制备条件苛刻、经济成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种磷回收用陶粒及其制备方法，以克服现有技术制备陶粒需要温度过高、制备工艺复杂、磷吸附效果不理想的问题；同时也实现了固体废弃物的综合资源化利用。
为实现上述技术问题，本发明提供一种磷回收用陶粒，包括用以下重量份数的原料制作：地铁渣土50～80份，农作物秸秆0～30份，氧化镁15～30份，黏结剂羧基纤维素0～5份，采用上述原料经过以下步骤制得：
(1)将农作物秸秆粉碎，将上述重量份数的原料进行研磨混合，得到混合料，然后按水固比1：0.3～0.5制成陶粒坯料；
(2)将陶粒坯料干燥2～4h，然后在100～200℃下保温25～45min，再在300～500℃下烧结24～60min得到烧结物；
(3)将上述烧结物进行冷却即得产物。
优选的，所述磷回收用陶粒包括用以下重量份数的原料制作：地铁渣土60～70份，农作物秸秆10～20份，氧化镁18～26份，黏结剂羧基纤维素2～4份。
优选的，所述地铁渣土用建筑渣土代替。
优选的，所述农作物秸秆为玉米、小麦、水稻、棉花、油菜或豆科类植物秸秆。
优选的，所述氧化镁用碱式碳酸镁、天然水镁石矿废物或菱镁矿石代替。
本发明还提供一种上述磷回收用陶粒的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)按重量份数将地铁渣土50～80份、农作物秸秆0～30份、氧化镁15～30份、黏结剂羧基纤维素0～5份进行配比、粉碎和研磨，混合均匀制得混合料；
(2)将上述混合料和水按水固比1：0.3～0.5制成陶粒坯料；
(3)将陶粒坯料干燥2～4h，然后在100～200℃下保温25～45min，再在300～500℃下烧结24～60min得到烧结物；
(4)将上述烧结物进行冷却即得产物。
本发明还提供一种上述磷回收用陶粒的应用，将所述磷回收用陶粒用于吸附水体中磷。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果为：利用地铁交通建设中排出的固体废物作为主体材料，农作物秸秆低温炭化改善烧结产物的结构，添加氧化镁或废弃水镁石矿物等作为造孔剂和改性剂，形成多孔结构，同时加入适量的羧基纤维素增强陶粒的黏结作用，一定程度上解决了地铁渣土、废弃水镁石矿物等固体废物问题的处置问题,也为农作物秸秆的环保再利用提供了可靠的途径。本发明的陶粒制备工艺简单，可实际操作性强，烧结温度低，无需养护，所需原料种类少且来源广泛，经济成本低，陶粒的内部结构疏松多孔，强度适中，磷吸附效率高，磷吸附后的陶粒可粉碎或直接作为肥料使用还田，是一种理想的绿色环保型磷回收用陶粒。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例1
按以下重量份数的原料进行配比：地铁渣土50份，氧化镁15份，地铁渣土主要用于作为主体，本身含有粘土矿物具有一定的吸附能力，能够实现固体废弃物的利用，造粒成球烧结，吸附磷后便于回收。地铁渣土也可以用建筑地基施工中产生的渣土即建筑渣土代替。氧化镁是助熔剂，能降低烧结温度，也可用天然水镁石矿废物或菱镁矿石代替。采用上述原料经过以下步骤制得：(1)将上述重量份数的原料进行研磨混合，得到混合料，然后按水固比1：0.3制成陶粒坯料；(2)将陶粒坯料干燥2h，然后在100℃下保温25min，再在300℃下烧结24min得到烧结物；(3)将上述烧结物进行冷却即得磷回收用陶粒。利用制备得到的陶粒进行磷吸附实验，称取0.25g该陶粒于250mL的初始浓度为2.0～30mg/L的系列磷溶液中，吸附时间12小时后测得磷的去除率为78.5％～93.4％，吸附磷后的陶粒可回收粉碎或直接还田。
实施例2
按以下重量份数的原料进行配比：地铁渣土80份，氧化镁30份，玉米秸秆30份，黏结剂羧基纤维素5份。玉米秸秆含有丰富的纤维组织，在烧结过程中，转变成活性炭，具有吸附能力。羧基纤维素为黏结剂，主要便于材料的黏结，便于造粒成型。采用上述原料经过以下步骤制得：(1)将玉米秸秆粉碎，将上述重量份数的原料进行研磨混合，得到混合料，然后按水固比1：0.5制成陶粒坯料；(2)将陶粒坯料干燥4h，然后在200℃下保温45min，再在500℃下烧结60min得到烧结物；(3)将上述烧结物进行冷却即得磷回收用陶粒。利用制备得到的陶粒进行磷吸附实验，称取0.25g该陶粒于250mL的初始浓度为2.0～30mg/L的系列磷溶液中，吸附时间12小时后测得磷的去除率为79.4％～94.6％，吸附磷后的陶粒可回收粉碎或直接还田。
实施例3
按以下重量份数的原料进行配比：地铁渣土65份，氧化镁22.5份，棉花秸秆15份，黏结剂羧基纤维素2.5份。采用上述原料经过以下步骤制得：(1)将棉花秸秆粉碎，将上述重量份数的原料进行研磨混合，得到混合料，然后按水固比1：0.4制成陶粒坯料；(2)将陶粒坯料干燥3小时，然后在150℃下保温35min，再在400℃下烧结42min得到烧结物；(3)将上述烧结物进行冷却即得磷回收用陶粒。利用制备得到的陶粒进行磷吸附实验，称取0.25g该陶粒于250mL的浓度为2.0～30mg/L的系列磷溶液中，吸附时间12小时后测得磷的去除率为79.6％～95.4％，吸附磷后的陶粒可回收粉碎或直接还田。
实施例4
按以下重量份数的原料进行配比：地铁渣土60份，氧化镁18份，玉米秸秆10份，黏结剂羧基纤维素2份。采用上述原料经过以下步骤制得：(1)将玉米秸秆粉碎，将上述重量份数的原料进行研磨混合，得到混合料，然后按水固比1：0.4制成陶粒坯料；(2)将陶粒坯料干燥3h，然后在150℃下保温35min，再在340℃下烧结30min得到烧结物；(3)将上述烧结物进行冷却即得磷回收用陶粒。利用制备得到的陶粒进行磷吸附实验，称取0.25g该陶粒于250mL的浓度为2.0～30mg/L的系列磷溶液中，吸附时间12小时后测得磷的去除率为77.4％～93.2％，吸附磷后的陶粒可回收粉碎或直接还田。
实施例5
按以下重量份数的原料进行配比：地铁渣土70份，氧化镁26份，小麦秸秆20份，黏结剂羧基纤维素4份。采用上述原料经过以下步骤制得：(1)将小麦秸秆粉碎，将上述重量份数的原料进行研磨混合，得到混合料，然后按水固比1：0.3制成陶粒坯料；(2)将陶粒坯料干燥2.5小时，然后在120℃下保温40min，再在380℃下烧结50min得到烧结物；(3)将上述烧结物进行冷却即得磷回收用陶粒。利用制备得到的陶粒进行磷吸附实验，称取0.25g该陶粒于250mL的浓度为2.0～30mg/L的系列磷溶液中，吸附时间12小时后测得磷的去除率为79.8％～96.8％，吸附磷后的陶粒可回收粉碎或直接还田。
实施例6
按以下重量份数的原料进行配比：地铁渣土65份，氧化镁22份，水稻秸秆15份，黏结剂羧基纤维素3份。采用上述原料经过以下步骤制得：(1)将水稻秸秆粉碎，将上述重量份数的原料进行研磨混合，得到混合料，然后按水固比1：0.4制成陶粒坯料；(2)将陶粒坯料干燥3h，然后在120℃下保温40min，再在360℃下烧结45min得到烧结物；(3)将上述烧结物进行冷却即得磷回收用陶粒。利用制备得到的陶粒进行磷吸附实验，称取0.25g该陶粒于250mL的浓度为2.0～30mg/L的系列磷溶液中，吸附时间12小时后测得磷的去除率为78.6％～94.7％，吸附磷后的陶粒可回收粉碎或直接还田。
上述各实施例所制备的磷回收用陶粒具有结构疏松多孔，强度适中，磷吸附效果好的特点，是一种经济、环保、理想的磷回收用陶粒。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种磷回收用陶粒，其特征在于，包括用以下重量份数的原料制作：地铁渣土50～80份，农作物秸秆0～30份，氧化镁15～30份，黏结剂羧基纤维素0～5份，采用上述原料经过以下步骤制得：
(1)将农作物秸秆粉碎，将上述重量份数的原料进行研磨混合，得到混合料，然后按水固比1：0.3～0.5制成陶粒坯料；
(2)将陶粒坯料干燥2～4h，然后在100～200℃下保温25～45min，再在300～500℃下烧结24～60min得到烧结产物。
(3)将上述烧结物进行冷却即得产物。
2.根据权利要求1所述的磷回收用陶粒，其特征在于，包括用以下重量份数的原料制作：地铁渣土60～70份，农作物秸秆10～20份，氧化镁18～26份，黏结剂羧基纤维素2～4份。
3.根据权利要求1所述的磷回收用陶粒，其特征在于：所述地铁渣土用建筑渣土代替。
4.根据权利要求1或2所述的磷回收用陶粒，其特征在于：所述农作物秸秆为玉米、小麦、水稻、棉花、油菜或豆科类植物秸秆。
5.根据权利要求1所述的磷回收用陶粒，其特征在于：所述氧化镁用碱式碳酸镁、天然水镁石矿废物或菱镁矿石代替。
6.一种根据权利要求1～5任一所述的磷回收用陶粒的制备方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
(1)按重量份数将地铁渣土50～80份、农作物秸秆0～30份、氧化镁15～30份、黏结剂羧基纤维素0～5份进行配比、粉碎和研磨，混合均匀制得混合料；
(2)将上述混合料和水按水固比1：0.3～0.5制成陶粒坯料；
(3)将陶粒坯料干燥2～4h，然后在100～200℃下保温25～45min，再在300～500℃下烧结24～60min得到烧结物。
(4)将上述烧结物进行冷却即得产物。
7.根据权利要求1～5任一所述磷回收用陶粒的应用，其特征在于：所述磷回收用陶粒用于吸附水体中磷。
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- 2015-02-03 CN CN201510056710.0A patent/CN104744073B/zh active Active
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