CN105294144B - 拜耳法赤泥球状轻质滤料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种拜耳法赤泥球状轻质滤料及其制备方法，以质量百分数计，包括如下原料：废弃物拜耳法赤泥：40‑60％，泥沙：20‑40％，长石原料：20‑40％，造孔剂：0‑20％；其中，废弃物拜耳法赤泥，泥沙，长石原料的质量分数之和为100％，造孔剂占废弃物拜耳法赤泥，泥沙，长石原料的质量之和的0.05％～10％。本发明球状轻质滤料，具有密度、粒径、气孔形貌可调，具有耐800℃热震不损坏，耐化学腐蚀的特性，符合国家节能减排的方针，满足国家标准要求。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，具体涉及一种拜耳法赤泥球状轻质滤料及其制备方法。
背景技术
我国是生产铝的大国，使用拜耳法生产氧化铝时，每生产1吨氧化铝铝将会排放0.8-1.5吨赤泥，目前我国赤泥存量已超过2亿吨，如此数量庞大的固体废弃物的利用率不到4％，消耗不了的赤泥对堆放处环境造成严重污染，也危害到周边生活的居民。
目前用于颗粒除尘设备的滤料以天然原料为主，天然原料颗粒的形状不可控，导致堆积孔隙率不可调，而且天然滤料不可用于高温环境，这些因素阻碍了颗粒除尘的发展。同样的问题也出现在水处理行业，而且当需要处理特殊废水，如含油或者含有机物较多的废水时，不能对天然原料进行改性，而需要通过其它辅助工艺来达到水排放的标准，这都是制约采用颗粒过滤层水处理行业发展的原因。
众所周知，陶瓷的制备属于高能耗行业，陶瓷行业的企业一方面改进陶瓷的配方降低烧成温度，另一方面改进烧成制度缩短烧成时间，从而做到节能减排。拜耳法赤泥本身含助溶剂的成分较多，因此烧成温度比一般的陶瓷低，且含铁量较高的赤泥经过烧结过程的固相反应，可生成体积密度较高的物相，从而制备高体积密度的滤料，同时可以根据体积密度的需要调整配方，或者添加造孔剂，制备低密度的滤料。
拜耳法赤泥是提铝的废弃物，该原料的粒径非常细，经过适当的干燥后可直接投入使用，省去陶瓷行业对原料球磨这个环节从而可以降低能量损耗。另外该原料具有良好的塑性，成型过程不需要添加助剂可直接成型，成型效率高，因此也可降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种拜耳法赤泥球状轻质滤料及其制备方法，是一种球状轻质滤料，具有密度、粒径、气孔形貌可调，具有耐800℃热震不损坏，耐化学腐蚀的特性，符合国家节能减排的方针，满足国家标准要求。
本发明所述的一种拜耳法赤泥球状轻质滤料，以质量百分数计，包括如下原料：
废弃物拜耳法赤泥：40-60％，泥沙：20-40％，长石原料：20-40％，造孔剂：0-20％；
其中，废弃物拜耳法赤泥，泥沙，长石原料的质量分数之和为100％，造孔剂占废弃物拜耳法赤泥，泥沙，长石原料的质量之和的0.05％～10％。
造孔剂为高温造孔剂或低温造孔剂。
高温造孔剂为碳化硅或白云石；低温造孔剂为木屑、煤粉、面粉或淀粉。
产品为体积密度为0.8-1.6g/cm3的球状轻质滤料。
拜耳法赤泥球状轻质滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：将废弃物拜耳法赤泥、泥沙、长石原料、造孔剂干燥至含水率至3-5wt％后进行研磨，混料1～3h制得混合粉料；
(2)成型：先将有机球核置于成球机内，先喷成型助剂使有机球核表面形成一层均匀的助剂膜，再加混合粉料，直到在有机球核外表面形成0.2-2mm厚度的粉料，得到粒径为3-20mm的陶粒；
(3)干燥：陶粒在65-100℃下干燥2-6h；
(4)烧成。
烧成为以3-5℃/min升温至排炭温度，排炭温度为300-600℃，保温1.5-3小时，再以5-8℃/min升温至1000℃，从1000℃开始以3-5℃/min升温至烧成温度，烧成温度为1140-1200℃，保温1-2小时。
成型助剂为0.1-1％PVA或CMC或PEG溶液。成型助剂是协助原料成球。
成球机的转速为20-30r/min。
所述的有机球核为聚苯乙烯泡沫球、小米、玉米或面粉球中的一种或多种。
有机球核的粒径为1-5mm。
所述废弃物拜耳法赤泥在使用前经60-100℃干燥2-6小时。
拜耳法赤泥球状轻质滤料的制备方法，制备步骤如下：
(1)混料：采用热鼓风干燥器或微波干燥器将废弃物拜耳法赤泥、泥沙、长石原料、造孔剂干燥至含水率至3-5％；将废弃物拜耳法赤泥、泥沙、长石原料、造孔剂四种原料分别用对辊式破碎机和球磨机研磨，过100-270目筛，得到四种粉料，称料各原料，混料1-3h，制得混合粉料。
(2)液状成型助剂的配置：配置质量百分为0.1-1％PVA或CMC或PEG溶液；
(3)成型：先将玉米、面粉、小米有机物制备成1-5mm有机球核置于转速为20-30r/min的球状成球机内，先喷成型助剂使有机球核表面形成一层均匀的助剂膜，再加混合粉料，直到在有机球核外表面形成0.2-2mm厚度的粉料，制备3-20mm的陶粒；
(4)干燥：陶粒在65-100℃下干燥2-6h；
(5)烧成：烧成为以3-5℃/min升温至排炭温度，排炭温度为300-600℃，保温1.5-3小时，再以5-8℃/min升温至1000℃，从1000℃开始以3-5℃/min升温至烧成温度，烧成温度为1140-1200℃，保温1-2小时。
本发明为一种快速烧成法制备拜耳法赤泥球状环境修复材料的方法，本发明利用拜耳法赤泥原料颗粒细、塑性高、铁含量高，碱性熔剂成分含量高的优点，以有机物为成球球核，结合快速烧成技术，制备密度和粒径可调的轻质滤料，其中拜耳法赤泥及泥沙固体废弃物的含量高达60-80％。
运用本发明制备的轻质滤料的体积密度范围为：0.8-1.6g/cm3，单颗滤料抗压碎强度大于10MPa，室温-800℃循环热震性能好，磨损率和破碎率小于5％，耐酸试验后质量损失<2％，耐碱试验后质量损失<1％。本发明制备的轻质滤料能够用在室温-800℃颗粒除尘工艺和水处理工艺或轻质防火抗震的保温墙体。
轻质滤料核心是空心，球壁材料能够根据不同使用环境来调整配方制备成开孔或者闭孔气孔。因此，本发明制备的轻质滤料既能够消耗固体废弃物，又能够根据市场需求调整其体积密度、气孔状态及粒径大小的性能指标。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以炼铝废弃物拜耳法赤泥为主要原料，辅助快速烧成技术，消耗固体废弃物，制备密度、粒径、气孔形貌可调的球状轻质滤料，该产品满足国家标准要求，具有耐800℃热震不损坏，耐化学腐蚀的特性，并且符合国家节能减排的方针。能够用于颗粒除尘工艺和水处理工艺，及制备轻质防火抗震的保温墙体，及其它需要耐高温、耐化学腐蚀的球状轻质滤料的场合。
具体实施式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。但不限于下列实施例，采用同替换或效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
实施例1
表1为实施例1中各原料的化学组成。
表1 实施例1中各原料的化学组成
拜耳法赤泥球状轻质滤料的制备方法，制备步骤如下：
1)将废弃物拜耳法赤泥在80℃烘4小时，备用，其它原料的粒径过250目筛。
2)混料：采用热鼓风干燥器或微波干燥器将废弃物拜耳法赤泥、黄河泥沙、长石原料、造孔剂干燥至含水率至3-5％；将废弃物拜耳法赤泥、黄河泥沙、长石原料、造孔剂四种原料分别用对辊式破碎机和球磨机研磨，过250目筛，得到四种粉料，称料各原料，混料3h，制得混合粉料。
其中，以质量百分数计量，废弃物拜耳法赤泥：黄河泥沙：长石原料＝40％：40％：20％；长石原料为钾长石和钠长石1：1混合，造孔剂为碳化硅，质量含量为废弃物拜耳法赤泥、黄河泥沙和长石原料的0.8％。
3)液状成型助剂的配置：配置质量百分数为0.3％的PEG溶液。
4)成型：先将小米制备成5mm有机球核，置于转速为30r/min的球状成球机内，先喷成型助剂使有机球核表面形成一层均匀的助剂膜，再加混合粉料，直到在有机球核外表面形成0.3mm厚的粉料，制备得到5mm粒径的滤料。
5)干燥：在80℃下干燥4h。
6)烧成：以3℃/min升温至排炭温度350℃，保温2小时，再以8℃/min升温至1000℃，从1000℃开始以5℃/min升温至烧成温度1200℃，保温1小时得到产品。
实施例2
表2为实施例2中各原料的化学组成。
表2 实施例2中各原料的化学组成
拜耳法赤泥球状轻质滤料的制备方法，制备步骤如下：
1)将从赤泥堆场带回的新鲜赤泥在80℃烘4小时，备用，其它原料的粒径过100目筛。
2)混料：
采用热鼓风干燥器或微波干燥器将废弃物拜耳法赤泥、黄河泥沙、长石原料、造孔剂干燥至含水率至3-5％；将废弃物拜耳法赤泥、黄河泥沙、长石原料、造孔剂四种原料分别用对辊式破碎机和球磨机研磨，过100-270目筛，得到四种粉料，称料各原料，混料1-3h，制得混合粉料。
其中，以质量百分数计量，废弃物拜耳法赤泥：黄河泥沙：长石原料＝50％：30％：20％。长石原料为钾长石和钠长石1：1混合，造孔剂为煤粉，质量含量为废弃物拜耳法赤泥、黄河泥沙和长石原料的20％。
3)液状成型助剂的配置：配置质量百分为0.5％的CMC溶液。
4)成型：先将面粉制备成3mm有机球核，置于一定转速为20r/min的球状成球机内，先喷成型助剂使有机球核表面形成一层均匀的助剂膜，再加粉料，直到在有机球核外表面形成1mm厚的粉料，制备6mm粒径的滤料。
5)干燥：在100℃下干燥3h。
6)烧成：以4℃/min升温至300℃，保温3小时，再以6℃/min升温至1000℃，从1000℃开始以4℃/min升温至1140℃，保温2小时。
实施例3
表3为实施例3中各原料的化学组成。
表3 实施例3中各原料的化学组成
拜耳法赤泥球状轻质滤料的制备方法，制备步骤如下：
1)将从赤泥堆场带回的新鲜赤泥在80℃烘4小时，备用，其它原料的粒径过200目筛。
2)混料：采用热鼓风干燥器或微波干燥器将废弃物拜耳法赤泥、黄河泥沙、长石原料、造孔剂干燥至含水率至3-5％；将废弃物拜耳法赤泥、黄河泥沙、长石原料、造孔剂四种原料分别用对辊式破碎机和球磨机研磨，过250目筛，得到四种粉料，称料各原料，混料3h，制得混合粉料。
其中，以质量百分数计量，废弃物拜耳法赤泥：黄河泥沙：长石原料＝60％：20％：20％。长石原料为钾长石和钠长石1：1混合，造孔剂为木屑，质量含量为废弃物拜耳法赤泥、黄河泥沙和长石原料的20％。
3)液状成型助剂的配置：配置质量百分为0.8％的PEG溶液。
4)成型：先将面粉制备成1mm有机球核，置于一定转速为25r/min的球状成球机内，先喷成型助剂使有机球核表面形成一层均匀的助剂膜，再加粉料，直到在有机球核外表面形成2mm厚的粉料，根据需要制备16mm粒径的滤料。
5)干燥：在60℃下干燥6h。
6)烧成：以5℃/min升温至500℃，保温1.5小时，再以7℃/min升温至1000℃，从1000℃开始以5℃/min升温至1160℃，保温1.5小时。
表4为实施例1-3的性能测试结果。
表4 实施例1-3的性能测试结果
Claims (5)
1.一种拜耳法赤泥球状轻质滤料，其特征在于，以质量百分数计，包括如下原料：
废弃物拜耳法赤泥：40－60％，泥沙：20－40％，长石原料：20－40％，造孔剂0－20％；
其中，废弃物拜耳法赤泥，泥沙，长石原料的质量分数之和为100％，造孔剂占废弃物拜耳法赤泥，泥沙，长石原料的质量之和的0.05％－10％；
高温造孔剂为碳化硅或白云石；低温造孔剂为木屑、煤粉、面粉或淀粉；
所述的拜耳法赤泥球状轻质滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：将废弃物拜耳法赤泥、泥沙、长石原料、造孔剂干燥至含水率至3－5wt％后进行研磨，混料1－3h制得混合粉料；
(2)成型：先将有机球核置于成球机内，先喷成型助剂使有机球核表面形成一层均匀的助剂膜，再加混合粉料，直到在有机球核外表面形成0.2－2mm厚度的粉料，得到粒径为3－20mm的陶粒；
(3)干燥：陶粒在65－100℃下干燥2－6h；
(4)烧成；
烧成为以3－5℃/min升温至排炭温度，排炭温度为300－600℃，保温1.5－3小时，再以5－8℃/min升温至1000℃，从1000℃开始以3－5℃/min升温至烧成温度，烧成温度为1140－1200℃，保温1－2小时；
产品为体积密度为0.8－1.6g/cm3的球状轻质滤料。
2.根据权利要求的1所述的拜耳法赤泥球状轻质滤料，其特征在于，成型助剂为0.1－1％PVA或CMC或PEG溶液。
3.根据权利要求的1所述的拜耳法赤泥球状轻质滤料，其特征在于，成球机的转速为20－30r/min。
4.根据权利要求的1所述的拜耳法赤泥球状轻质滤料，其特征在于，所述的有机球核为聚苯乙烯泡沫球、小米、玉米或面粉球中的一种或多种。
5.根据权利要求的1所述的拜耳法赤泥球状轻质滤料，其特征在于，有机球核的粒径为1－5mm。
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