CN113698175A - 煤矸石陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种煤矸石陶粒及其制备方法。本发明中的煤矸石陶粒由主要原料和烧结助剂制得,其中,主要原料包括煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及发泡剂。本发明中的煤矸石陶粒的制备方法,包括以下步骤:(1)备料;(2)混料,按照配比,将煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及烧结助剂均匀混合,得到混合粉料,再向该混合粉料中加入去离子水,然后加入发泡剂,搅拌,静置,得到混合物料;(3)造粒,将混合物料挤压成条,然后干燥、破碎并筛分,得到干燥的颗粒;(4)焙烧,将干燥的颗粒进行焙烧,取出,自然冷却至室温,得到煤矸石陶粒。本发明能够持续有效用于污水生物处理中,作为滤料生物膜载体,效果好,经久耐用。

Description

煤矸石陶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于环境功能材料与固废资源综合利用技术领域,具体涉及一种煤矸石陶粒及其制备方法。
背景技术
煤矸石是采煤过程中排出的含碳量较少的黑色废石,是我国排放量最大的固体废弃物,其排放与堆积不仅占用大量耕地,同时对地表、大气造成了很大污染。煤矸石的化学成分与黏土比较相似,煤矸石含有较高的碳及硫,烧失量较大。其主要成分是Al2O3、SiO2,另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。
随着中国经济的快速腾飞,固体垃圾的排放量逐年增加。如何加以处理和利用已成为人们普遍关注的问题。目前,填埋作为建筑垃圾的主要处理手段已经远远不能满足当前的发展形势。煤矸石是煤矿排出的主要固体废弃物。据统计,目前我国每年排出的煤矸石总量多达 2亿吨。虽然我国制定了煤矸石资源利用的基本国策,但现阶段我国的煤矸石综合利用现状不容乐观。大量煤矸石仍处于堆放闲置状态。大量煤矸石堆弃不但造成极大的资源浪费,而且又对周围生态环境造成严重破坏。所以,现阶段对煤矸石的资源化利用研究有显著意义。
另外,煤矿区在煤炭开采过程中会造成严重的生态环境问题,主要包括:水体污染、土壤污染、水土流失等。国家《煤矸石综台利用技术政策要点》指出,当前要以发展高科技含量、高附加值的煤矸石综合利用技术和产品为主攻方向。所以,开发煤矸石利用的新途径、新产品、新工艺仍然是当前固废资源化领域的紧迫任务。
传统污水处理生物膜载体滤料所用陶粒,是以黏土,泥质岩石等作为主要原料,生产成本偏高,大量采掘优质黏土、页岩会使生态环境受到破坏。且目前煤矸石相关污水处理产品已经开发,但是市面上的相关产品,不大好用,不耐久。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的,目的是提供一种煤矸石陶粒及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用了如下技术方案:
<方案一>
本发明提供一种煤矸石陶粒,具有这样的特征:煤矸石陶粒由主要原料和烧结助剂制得,其中,主要原料按质量百分比包括:70-75%的煤矸石粉、10-14%的粘土粉、6-10%的页岩粉+生石灰粉、以及 5-10%的发泡剂,烧结助剂的质量占主要原料的总质量的0.5-1%,煤矸石陶粒的粒径为1.6-3.0mm,堆积密度为1030-1090kg/m3,筒压强度为15.3-16.7Mpa。
在本发明提供的煤矸石陶粒中,还可以具有这样的特征:其中,按质量比,页岩粉:生石灰粉=(1-2):(4-5)。
在本发明提供的煤矸石陶粒中,还可以具有这样的特征:其中,煤矸石粉由未烧煅的煤矸石经破碎、粉磨并筛分制得,粒径为 0.1-0.15mm。
在本发明提供的煤矸石陶粒中,还可以具有这样的特征:其中,发泡剂为碳酸钠,烧结助剂为二氧化锰。
<方案二>
本发明还提供了一种煤矸石陶粒的制备方法,具有这样的特征,包括以下步骤:
(1)备料,将煤矸石进行破碎、粉磨并筛分得到煤矸石粉;(2) 混料,按照配比,将煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及烧结助剂均匀混合,得到混合粉料,再向该混合粉料中加入去离子水,然后加入发泡剂,搅拌,静置,得到混合物料;(3)造粒,将混合物料挤压成条,然后干燥、破碎并筛分,得到干燥的颗粒;(4)焙烧,将干燥的颗粒进行焙烧,取出,自然冷却至室温,得到煤矸石陶粒。
在本发明提供的煤矸石陶粒的制备方法中,还可以具有这样的特征:其中,在步骤(1)中,筛分采用目数为100的筛子进行过筛。
在本发明提供的煤矸石陶粒的制备方法中,还可以具有这样的特征:其中,在步骤(2)中,按质量百分比,煤矸石粉:粘土粉:页岩粉+生石灰粉:发泡剂=70-75%:10-14%:6-10%:5-10%;按质量比,页岩粉:生石灰粉=(1-2):(4-5);烧结助剂的质量占煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及发泡剂的总质量的0.5-1%。
在本发明提供的煤矸石陶粒的制备方法中,还可以具有这样的特征:其中,在步骤(2)中,去离子水的质量为混合粉料的总质量的 15-25%。
在本发明提供的煤矸石陶粒的制备方法中,还可以具有这样的特征:其中,在步骤(2)中,静置的时间为24小时。
在本发明提供的煤矸石陶粒的制备方法中,还可以具有这样的特征:其中,在步骤(4)中,焙烧条件为预热升温至200-400℃,保温 15-30min,再升温至1050-1150℃,保温30-45min,然后降温至 360-400℃。
与现有技术相比,本发明的煤矸石陶粒及其制备方法能够持续有效用于污水生物处理中,效果好,经久耐用。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,以下结合实施例对本发明煤矸石陶粒及其制备方法作具体阐述。
<实施例1>
在本实施例1中,煤矸石陶粒由主要原料和烧结助剂制得,主要原料按质量百分比包括:75%的煤矸石粉、14%的粘土粉、6%的页岩粉+生石灰粉、以及5%的发泡剂;烧结助剂的质量占主要原料的总质量的0.5%。
在本实施例1中,煤矸石陶粒的制备方法,包括以下步骤:
(1)备料
原料经破碎机加工得到5-10mm的颗粒,然后经粉磨机粉磨,使用目数为100的筛子进行过筛,从而制得粒径为0.1-0.15mm的原料粉。
(2)混料
按照上述配比,使用高速搅拌机将煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及烧结助剂均匀混合,得到混合粉料,再向该混合粉料中加入混合粉料总质量15-25%的去离子水,然后加入发泡剂,搅拌,静置24小时,得到混合物料。
(3)造粒
将混合物料挤压成条,然后干燥、破碎并筛分,得到粒径为 1.6-3.0mm且干燥的颗粒。
(4)焙烧
将上述干燥的颗粒置入陶瓷坩埚,放入高温炉中焙烧,预热升温至200-400℃,保温15-30min,再升温至1050-1150℃,保温30-45min,然后降温至360-400℃,取出,自然冷却至室温,得到煤矸石陶粒。
本实施例1所制得的煤矸石陶粒的性能测试结果,见表1。
<实施例2>
在本实施例2中,煤矸石陶粒由主要原料和烧结助剂制得,主要原料按质量百分比包括:75%的煤矸石粉、10%的粘土粉、10%的页岩粉+生石灰粉、以及5%的发泡剂;烧结助剂的质量占主要原料的总质量的0.5%。
在本实施例2中,煤矸石陶粒的制备方法,包括以下步骤:
(1)备料
原料经破碎机加工得到5-10mm的颗粒,然后经粉磨机粉磨,使用目数为100的筛子进行过筛,从而制得粒径为0.1-0.15mm的原料粉。
(2)混料
按照上述配比,使用高速搅拌机将煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及烧结助剂均匀混合,得到混合粉料,再向该混合粉料中加入混合粉料总质量15-25%的去离子水,然后加入发泡剂,搅拌,静置24小时,得到混合物料。
(3)造粒
将混合物料挤压成条,然后干燥、破碎并筛分,得到粒径为 1.6-3.0mm且干燥的颗粒。
(4)焙烧
将上述干燥的颗粒置入陶瓷坩埚,放入高温炉中焙烧,预热升温至200-400℃,保温15-30min,再升温至1050-1150℃,保温30-45min,然后降温至360-400℃,取出,自然冷却至室温,得到煤矸石陶粒。
本实施例2所制得的煤矸石陶粒的性能测试结果,见表1。
<实施例3>
在本实施例3中,煤矸石陶粒由主要原料和烧结助剂制得,主要原料按质量百分比包括:70%的煤矸石粉、14%的粘土粉、10%的页岩粉+生石灰粉、以及6%的发泡剂;烧结助剂的质量占主要原料的总质量的0.5%。
在本实施例3中,煤矸石陶粒的制备方法,包括以下步骤:
(1)备料
原料经破碎机加工得到5-10mm的颗粒,然后经粉磨机粉磨,使用目数为100的筛子进行过筛,从而制得粒径为0.1-0.15mm的原料粉。
(2)混料
按照上述配比,使用高速搅拌机将煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及烧结助剂均匀混合,得到混合粉料,再向该混合粉料中加入混合粉料总质量15-25%的去离子水,然后加入发泡剂,搅拌,静置24小时,得到混合物料。
(3)造粒
将混合物料挤压成条,然后干燥、破碎并筛分,得到粒径为 1.6-3.0mm且干燥的颗粒。
(4)焙烧
将上述干燥的颗粒置入陶瓷坩埚,放入高温炉中焙烧,预热升温至200-400℃,保温15-30min,再升温至1050-1150℃,保温30-45min,然后降温至360-400℃,取出,自然冷却至室温,得到煤矸石陶粒。
本实施例3所制得的煤矸石陶粒的性能测试结果,见表1。
<实施例4>
在本实施例4中,煤矸石陶粒由主要原料和烧结助剂制得,主要原料按质量百分比包括:70%的煤矸石粉、10%的粘土粉、10%的页岩粉+生石灰粉、以及10%的发泡剂;烧结助剂的质量占主要原料的总质量的0.5%。
在本实施例4中,煤矸石陶粒的制备方法,包括以下步骤:
(1)备料
原料经破碎机加工得到5-10mm的颗粒,然后经粉磨机粉磨,使用目数为100的筛子进行过筛,从而制得粒径为0.1-0.15mm的原料粉。
(2)混料
按照上述配比,使用高速搅拌机将煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及烧结助剂均匀混合,得到混合粉料,再向该混合粉料中加入混合粉料总质量15-25%的去离子水,然后加入发泡剂,搅拌,静置24小时,得到混合物料。
(3)造粒
将混合物料挤压成条,然后干燥、破碎并筛分,得到粒径为 1.6-3.0mm且干燥的颗粒。
(4)焙烧
将上述干燥的颗粒置入陶瓷坩埚,放入高温炉中焙烧,预热升温至200-400℃,保温15-30min,再升温至1050-1150℃,保温30-45min,然后降温至360-400℃,取出,自然冷却至室温,得到煤矸石陶粒。
本实施例4所制得的煤矸石陶粒的性能测试结果,见表1。
表1
Figure RE-GDA0003331113060000091
注:1.酸、碱蚀率测定:在室温下将一定质量的样品分别在质量分数1%的盐酸、1%的氢氧化钠溶液浸渍24小时,取出清洗、干燥测定损失率。
2.筒压强度以国家标准GB2842-81《轻骨料试验方法》测定方法。
3.堆积密度测定:GB T 17431.2-2010轻集料及其试验方法第2部分_轻集料试验方法
在使用时,按照传统陶粒程序一样,接种和挂膜,将承托层卵石、滤料先后投加到反应柱中,将污水从反应器底部进水口泵入柱中;再向反应器注入来自生活污水处理厂的新鲜活性污泥。污泥量约为曝气区容积的0.2~0.25。
开启气泵,调整气体流量,进行闷曝(只对反应器进行曝气,而不流入或排出模拟污水),3天后载体上即附有少量微生物,完成接种过程。第4天,开启水泵,小流量连续进水,水温适宜(19~22℃) 微生物生长迅速,代谢产物不断被出水带走,陶粒载体上的生物膜不断生长和增厚。经运行对比得出:利用煤矸石作为主要原料,添加适量黏结剂、造孔剂等,经造粒、高温焙烧,制备了生物滤池陶粒滤料。滤料粒径为1.6~3.0mm,显气孔率58.29%,密度1.05g/cm3。
将滤料用于生物滤池反应器的试验结果表明:煤矸石陶粒滤料挂膜快、微生物适应性良好,耐反冲洗。
上述实施方式为本发明的优选案例,并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤矸石陶粒,其特征在于:
所述煤矸石陶粒由主要原料和烧结助剂制得,
其中,所述主要原料按质量百分比包括:70-75%的煤矸石粉、10-14%的粘土粉、6-10%的页岩粉+生石灰粉、以及5-10%的发泡剂,
所述烧结助剂的质量占所述主要原料的总质量的0.5-1%,
所述煤矸石陶粒的粒径为1.5-3.0mm,堆积密度为1030-1090kg/m3,筒压强度为15.3-16.7Mpa。
2.根据权利要求1所述的煤矸石陶粒,其特征在于:
其中,按质量比,页岩粉:生石灰粉=(1-2):(4-5)。
3.根据权利要求1所述的煤矸石陶粒,其特征在于:
其中,所述煤矸石粉由未烧煅的煤矸石经破碎、粉磨并筛分制得,粒径为0.1-0.15mm。
4.根据权利要求1所述的煤矸石陶粒,其特征在于:
其中,所述发泡剂为碳酸钠,
所述烧结助剂为二氧化锰。
5.一种煤矸石陶粒的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)备料,将煤矸石进行破碎、粉磨并筛分得到煤矸石粉;
(2)混料,按照配比,将煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及烧结助剂均匀混合,得到混合粉料,再向该混合粉料中加入去离子水,然后加入发泡剂,搅拌,静置,得到混合物料;
(3)造粒,将所述混合物料挤压成条,然后干燥、破碎并筛分,得到干燥的颗粒;
(4)焙烧,将所述干燥的颗粒进行焙烧,取出,自然冷却至室温,得到所述煤矸石陶粒。
6.根据权利要求5所述的煤矸石陶粒的制备方法,其特征在于:
其中,在所述步骤(1)中,所述筛分采用目数为100的筛子进行过筛。
7.根据权利要求5所述的煤矸石陶粒的制备方法,其特征在于:
其中,在所述步骤(2)中,按质量百分比,煤矸石粉:粘土粉:页岩粉+生石灰粉:发泡剂=70-75%:10-14%:6-10%:5-10%;
按质量比,页岩粉:生石灰粉=(1-2):(4-5);
所述烧结助剂的质量占煤矸石粉、粘土粉、页岩粉、生石灰粉以及发泡剂的总质量的0.5-1%。
8.根据权利要求5所述的煤矸石陶粒的制备方法,其特征在于:
其中,在所述步骤(2)中,所述去离子水的质量为所述混合粉料的总质量的15-25%。
9.根据权利要求5所述的煤矸石陶粒的制备方法,其特征在于:
其中,在所述步骤(2)中,静置的时间为24小时。
10.根据权利要求5所述的煤矸石陶粒的制备方法,其特征在于:
其中,在所述步骤(4)中,焙烧条件为预热升温的200-400℃,保温15-30min,再升温至1050-1150℃,保温30-45min,然后降温至360-400℃。
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