CN113019310B - 一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球及制备方法，属于污水处理及建筑垃圾回用领域。活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球整体为核壳球状结构，为活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料颗粒形成核壳结构，活性氧化铝(1)为壳，建筑垃圾核心骨料颗粒(2)为核；建筑垃圾核心骨料颗粒在球状结构中为一个颗粒或多个颗粒结构，一个颗粒为单核结构，两个颗粒为双核结构，大于等于三个颗粒时，建筑垃圾核心骨料颗粒为独立分散的或聚集在一体的。相比较普通活性氧化铝，新型复合高效活性氧化铝球具有吸附性更好、催化性能更强、且大孔容、大比表面积的特性。是一种非常绿色经济的低碳环保材料。
Description
技术领域
本发明属于污水处理及建筑垃圾回用领域，具体涉及一种环保、资源回用的活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料污水净化材料及制备方法。
背景技术
当前随着城市化进程的不断加快，城市污水、废水、建筑废弃物等污染物质不断地增多，对城市环境污染造成危害。城市资源在城市化进程过程中也在不断的缩减，在将来也会出现不可持续性，资源的枯竭甚至影响到我们子孙后永续和发展。在这种资源紧缺和污染物不断的社会，如何将废弃的污染物转变成宝贵的社会资源，成为当今社会发展的新型方向，更是推进可持续发展的必要手段。
加快推动城镇生活污水资源化利用，将污水作为再生水替代常规水资源，用于工业生产、市政杂用、居民生活、生态补水、农业灌溉、回灌地下水等，这对优化供水结构、增加水资源供给、缓解供需矛盾和减少水污染、保障水生态安全具有重要意义。
建筑垃圾也是城市建设发展的一项重要产物。以砖石、混凝土为代表的建筑垃圾核心骨料正在侵占城市建设用地，影响居民的日常生活。通过对建筑垃圾核心骨料压碎，其指标基本满足我国现行的建筑用卵石、碎石国家标准(GB/T14658–2001)Ⅱ类骨料要求，当加入调配合适的添加剂，可作为循环资源使用。废弃活性氧化铝是一种常见的化学废品，通过将废活性氧化铝转化为有效的活性氧化铝循环利用，可解决废活性氧化铝的资源浪费和对环境污染的问题，提高企业效益并有利于环境的保护。
相对于其他净化材料，活性氧化铝具有很强的吸附特性，在污水处理中应用较为广泛，但其市场价格高，同时不同级别的活性氧化铝吸附特性差异较大，产生的效果也有所不同。目前市场上缺少以建筑垃圾核心骨料为核心，外裹高性能活性氧化铝的新型污水净化材料，其研制对降低活性氧化铝的用量，减少建筑废弃物的排放具有重要意义，同时效果达到活性氧化铝的高效吸附作用。
发明内容
本发明要解决的问题是将建筑垃圾变废为宝，提高活性氧化铝的使用效率，增强现有活性氧化铝的吸附特性和催化活性的多孔性与大比表面积。
本发明涉及一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球及制备方法，该方法以建筑垃圾核心骨料为载体，外裹活性氧化铝。
一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球，其特征在于，活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球整体为核壳球状结构，为活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料颗粒形成核壳结构，活性氧化铝(1)为壳，建筑垃圾核心骨料颗粒(2)为核；建筑垃圾核心骨料颗粒在球状结构中为单个颗粒或多个颗粒结构，单个颗粒为单核结构，两个颗粒为双核结构，大于等于三个颗粒时，建筑垃圾核心骨料颗粒为独立分散的或聚集在一体的。
活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球的粒径为15-40mm，内部核建筑垃圾核心骨料颗粒粒径10～15mm不等，球状结构内建筑垃圾核心骨料颗粒的个数根据需要选择。
优选外部壳活性氧化铝厚度(指球状结构外表面与每建筑垃圾核心骨料颗粒之间的最短距离)为5～15mm不等。
一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的污水净化材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将干燥氧化铝粉铺设于空芯半球形模具底部，并喷洒由碳酸氢铵、碳酸钠混合制得的粘结剂进行粘结；
步骤二，将碎化并筛选后的建筑垃圾核心骨料颗粒置于半球形模具内的氧化铝粉上，同时再在建筑垃圾核心骨料颗粒上堆积氧化铝粉，并喷洒粘结剂，待建筑垃圾核心骨料颗粒被氧化铝粉完全包裹后扣住另一半球形模具形成球状结构进行第一次挤压成型，得到初次球形结构；
步骤三，取出初次球形结构，将粘结剂均匀地喷洒在初次球形结构表面上，并裹上氧化铝粉并进行滚动，然后置于半球形模具内然后扣住另一半球形模具形成球状结构进行第二次挤压成型；依次类推，可再进行0-2次喷洒粘结剂、裹上氧化铝粉、模具挤压；
步骤四，将步骤三挤压成型的复合球体在高温90-100℃条件下进行5-6h蒸汽水化，干燥，并在高温600-700℃下焙烧40-45min成型；
步骤五，筛选步骤四成品，即活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料球体。
进一步氧化铝粉的粒径在30～220μm；步骤三中裹的氧化铝粉的粒径大于步骤一和步骤二中的氧化铝粉的粒径。
步骤一，将氧化铝粒径在30～220μm，氧化铝粉为普通的氧化铝或活性氧化铝。
粘结剂按碳酸氢铵：碳酸钠＝5:4制备成总浓度为0.3wt％～1wt％水溶液，在成球过程中喷淋占固体原料体积的10-20％。
所得一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球的应用，作为污水净化材料。
本申请活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球比表面积≥450m2/g，孔体积在0.6～0.8cm3/g，不仅能够通过吸附方式去除水中的污染物，还能通过清洗、烘干后连续反复使用，保持活性。
参照化工行业标准《HG/T3927-2007工业活性氧化铝》的要求，本发明最终得到的活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球重点对水中的污染物进行吸附处理，其物理参数满足以下要求：振实密度不小于0.6g/cm3，比表面积不小于300m2/g，磨损率不大于0.5％，抗碎硬度不小于140N，耐压强度不小于80N。活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球的吸附容量不小于16％。
活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球循环使用周期不低于50次，吸附效率降低不大于20％，体积缩减率不高于10％。
相比较普通活性氧化铝，新型复合高效活性氧化铝球具有吸附性更好、催化性能更强、且大孔容、大比表面积的特性。是一种非常绿色经济的低碳环保材料。
附图说明
图1活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料制备的单核结构的污水净化材料示意图；
图2活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料制备的双核核结构的污水净化材料示意图；
图3活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料制备的三核聚集结构的污水净化材料示意图；
图4活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料制备的三核分散结构的污水净化材料示意图；
(1)活性氧化铝为壳，(2)建筑垃圾核心骨料颗粒。
图5为实施例1制备流程图。
图6为实施例2制备流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
以铝土矿为原料制备活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料制备污水净化材料，由铝土矿石制得的普通氧化铝粉，再与粉碎筛选后的建筑垃圾核心骨料，经压缩复合，活化后形成的新型复合高效活性氧化铝球，其特征在于：所述制备方法的步骤如下：
(1)将铝土矿石进行筛选、碎化形成粉末，将粉末与温度为110～130℃的高温氢氧化铝溶液中，形成铝酸钠溶液，残渣过滤去除。
(2)铝酸钠加热冷却后结晶沉淀形成氢氧化铝结晶体，经沉淀、清洗后形成氢氧化钠滤饼，将滤饼在950-1200℃的温度下煅烧并烘干形成氧化铝。
(3)将制得的氧化铝置于机械磨机中进行破碎，粒径在30～220μm，并经悬浮焙烧800-900℃下快速脱水，制备获得干燥的氧化铝粉。
(4)将建筑垃圾核心骨料中的混凝土、砖石块进行物理碎化，筛选出所需粒径范围的建筑垃圾核心骨料，粒径范围10-15mm。
(5)将少量的干燥氧化铝粉铺在球形模具的下半球底部，并喷洒粘结剂，再在氧化铝粉上铺上碎化后的建筑垃圾核心骨料，再在建筑垃圾核心骨料上包裹氧化铝粉并喷洒粘结剂，置于模具中进行第一次挤压成型，待第一次挤压成功后再在球行四周喷洒粘结剂，并包裹氧化铝粉，置于另一个模具中进行第二次挤压，制得“复合球体”。
(6)将复合球体放在温度90-100℃下进行蒸汽水化5-6h，再进入竖窑进行焙烧工序，焙烧温度为600-700℃，焙烧时间40-45min，从而形成新型复合高效活性氧化铝球。
其中球状结构的粒径20mm，建筑垃圾核心骨料颗粒在球状结构中为单个颗粒结构，氧化铝裹复厚度为5-10mm
按照GB3635、GB6286、GB6288等现行国家标准规定对上述方法制得的新型复合高效活性氧化铝球进行检测，得到其堆积密度为0.71g/cm3，比表面积为317m2/g，抗碎硬度为142N，耐压强度为86N。活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球的吸附容量为18％。
通过实验对生活污水进行净化吸附处理后，在循环冲洗、烘干使用下，周期54次，单个新型复合高效活性氧化铝球体积平均缩减率为8％，对污染物的吸附性降低17％。
实施例2
以一般活性氧化铝粉制备活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料制备污水净化材料，由拟薄水铝石制得晶种，再与一般活性氧化铝粉进行水合反应制得活性氧化铝，将活性氧化铝粉与粉碎筛选后的建筑垃圾核心骨料，经反复压缩复合，活化后形成的新型复合高效活性氧化铝球，其特征在于：所述制备方法的步骤如下：
(1)将拟薄水铝石研磨放于晶种制备槽中加入水温为45～55℃的纯水，制成浆液，放入100g/L适量的硝酸铝和氢氧化铝，调节PH值6～9，通入蒸汽进行水合反应制得晶种。
(2)将工业级氢氧化铝在300～400℃烘干粉碎后再高温脱水，制得一般活性氧化铝粉。将活性氧化铝粉加入热纯水70～80℃下，得到一般活性氧化铝浆料。
(3)将(1)制得晶种与(2)制得的一般活性氧化铝粉混合，放入(2)制得的一般活性氧化铝浆料中进行搅拌、升温，生成具有一定大孔和许多微孔的活性氧化铝混合液，并进行洗涤、过滤、熟化，再进行烘干、活化，制得活性氧化铝。
(4)将制得的氧化铝置于机械磨机中进行破碎，粒径在30～220μm，并经悬浮焙烧800-900℃下快速脱水，制备获得干燥的氧化铝粉。
(5)将建筑垃圾核心骨料中的混凝土、砖石块进行物理碎化，筛选出所需粒径范围的建筑垃圾核心骨料，粒径范围10-15mm。
(6)将少量的干燥氧化铝粉铺在球形模具的下半球底部，并喷洒粘结剂，再在氧化铝粉上铺上碎化后的建筑垃圾核心骨料，再在建筑垃圾核心骨料上包裹氧化铝粉并喷洒粘结剂，置于模具中进行第一次挤压成型，待第一次挤压成功后再在球行四周喷洒粘结剂，并包裹氧化铝粉，置于另一个模具中进行第二次挤压，制得“复合球体”。
(7)将复合球体放在温度90-100℃下进行蒸汽水化5-6h，再进入竖窑进行焙烧工序，焙烧温度为600-700℃，焙烧时间40-45min，从而形成新型复合高效活性氧化铝球。
其中球状结构的粒径35mm，建筑垃圾核心骨料颗粒在球状结构中为双个颗粒结构，氧化铝裹复厚度为5-15mm。
按照GB3635、GB6286、GB6288等现行国家标准规定对上述方法制得的新型复合高效活性氧化铝球进行检测，得到其堆积密度为0.75g/cm3，比表面积为326m2/g，抗碎硬度为146N，耐压强度为93N。活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球的吸附容量为21％。
通过实验对生活污水进行净化吸附处理后，在循环冲洗、烘干使用下，周期63次，单个新型复合高效活性氧化铝球体积平均缩减率为10％，对污染物的吸附性降低12％。
Claims (9)
1.一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球，其特征在于，活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球整体为核壳球状结构，为活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料颗粒形成核壳结构，活性氧化铝(1)为壳，建筑垃圾核心骨料颗粒(2)为核；建筑垃圾核心骨料颗粒在球状结构中为一个颗粒或多个颗粒结构，一个颗粒为单核结构，两个颗粒为双核结构，大于等于三个颗粒时，建筑垃圾核心骨料颗粒为独立分散的或聚集在一体的；
活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球抗碎硬度不低于140N，耐压强度不小于80N；活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球循环使用周期不低于50次，吸附效率降低不大于20％，体积缩减率不高于10％。
2.按照权利要求1所述的一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球，其特征在于，活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球的粒径为15-40mm，内部核建筑垃圾核心骨料颗粒粒径10～15mm，球状结构内建筑垃圾核心骨料颗粒的个数根据需要选择。
3.按照权利要求1所述的一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球，其特征在于，外部壳活性氧化铝厚度为5～15mm。
4.权利要求1-3任一项所述的一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将干燥氧化铝粉铺设于空芯半球形模具底部，并喷洒由碳酸氢铵、碳酸钠混合制得的粘结剂进行粘结；
步骤二，将碎化并筛选后的建筑垃圾核心骨料颗粒置于半球形模具内的氧化铝粉上，同时再在建筑垃圾核心骨料颗粒上堆积氧化铝粉，并喷洒粘结剂，待建筑垃圾核心骨料颗粒被氧化铝粉完全包裹后扣住另一半球形模具形成球状结构进行第一次挤压成型，得到初次球形结构；
步骤三，取出初次球形结构，将粘结剂均匀地喷洒在初次球形结构表面上，并裹上氧化铝粉并进行滚动，然后置于半球形模具内然后扣住另一半球形模具形成球状结构进行第二次挤压成型；依次类推，可再进行0-2次喷洒粘结剂、裹上氧化铝粉、模具挤压；
步骤四，将步骤三挤压成型的复合球体在高温90-100℃条件下进行5-6h蒸汽水化，干燥，并在高温600-700℃下焙烧40-45min成型；
步骤五，筛选步骤四成品。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，氧化铝的粒径在30～220μm；步骤三中裹的氧化铝粉的粒径大于步骤一和步骤二中的氧化铝粉的粒径。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，氧化铝粉为普通的氧化铝或活性氧化铝。
7.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，粘结剂按碳酸氢铵：碳酸钠＝5:4制备成总浓度为0.3wt％～1wt％水溶液，在成球过程中喷淋占固体原料体积的10-20％。
8.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球比表面积≥450m2/g，孔体积在0.6～0.8cm3/g。
9.权利要求1-3任一项所述的一种活性氧化铝包裹建筑垃圾核心骨料的氧化铝球的应用，作为污水净化材料。
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