红泥岩多孔陶粒滤料及其制备方法.pdf

一种用于废水处理的轻质球形陶粒滤料及其制备方法，其特征是以红泥岩、粉煤灰为主要原料，掺加少量造孔剂，各组分质量比为红泥岩40－70％，粉煤灰28－55％，造孔剂1－5％，经粉磨、混合，成球造粒，形成ф3－10mm的球形颗粒，300－500℃温度下，干燥预烧10－20分钟，1050－1180℃温度下，煅烧10－30分钟，本发明产品孔隙分布均匀，工艺简单，质量易于控制，筒压强度高(比粘土陶料粒滤料提高50％以上)，烧成温度较低且停留时间较短，耗能少，产量高，生产成本低，可以提高红泥岩作为闲置资源和无植被矿产资源的利用率，对粘土的代用具有重要的资源利用和生态意义。

权利要求书
1、  一种用于废水处理的轻质球形陶粒滤料，其特征是以红泥岩、粉煤灰为主要原料，掺加少量造孔剂，经成球、干燥、烧结而成，各组分质量比为红泥岩40-70％，粉煤灰28-55％，造孔剂1-5％。

2、  根据权利要求1所述的陶粒滤料，其特征是造孔剂为废玻璃粉、煤粉、木炭粉、碳酸钙粉、云母粉、糠粉、木屑中的一种或两种。

3、  根据权利要求1所述的陶粒滤料，其特征是造孔剂为碳粉加碳酸钙粉。

4、  根据权利要求1所述的陶粒滤料的制备方法，其特征是将红泥岩、粉煤灰、造孔剂按配比进行粉磨、混合，成球造粒，形成φ3-10mm的球形颗粒，300-500℃温度下，干燥预烧10-20分钟，1050-1180℃温度下，煅烧10-30分钟。

5、  根据权利要求1所述的陶粒滤料的制备方法，其特征是采用两段成球工艺，首先将料粉加水制成φ1-2mm的母球，然后将母球在造粒机内滚大成φ3-10mm的球形颗粒。

说明书红泥岩多孔陶粒滤料及其制备方法
技术领域
本发明属于废水净化处理及环境材料技术领域，涉及一种长期闲置的红泥岩资源的开发利用及其与工业废渣配合生产高性能多孔陶粒滤料的制造方法。
背景技术
长期以来，我国的污水处理工艺中的滤池填料主要采用砂、碎石、焦炭、矿渣、无烟煤等不规则填料以及塑料材质的蜂窝填料、波纹填料和纤维填料等。这些填料都不同程度地存在缺陷，如不规则填料水流阻力大，容易堵塞；塑料填料挂膜性能差，易老化等。80年代末兴起的曝气生物滤池污水处理工艺已在国外发达国家广泛采用，90年代中后期我国开始应用该工艺，所使用的填料大多采用粘土为主要原料经烧结而成球形滤料。如安徽工业大学华冶自动化工程公司开发的以粘土、炼钢赤泥和粉煤灰为原料的球形轻质陶粒(见专利CN02112755.7)，江西萍乡地区的全兴化工填料有限公司、新安工业有限责任公司、富通化工填料有限公司等企业生产地球形陶粒滤料都是采用粘土(用量一般在40％以上)、陶土等为主要原料，以粘土为原料要消耗大量的粘土，不利于保护耕地和山林植被，陶土资源紧缺，价格昂贵，而且要掺加较多数量的价值昂贵的造孔剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用红泥岩和粉煤灰为主要原料，掺加少量工业固体废料作造孔剂，经高温烧结而成的高性能球形多孔陶粒滤料的制备方法。该产品专用于污水净化曝气滤池的滤料。
本发明的制造工艺为：将红泥岩烘干并粉碎至100-200目，与粉煤灰(电厂干排粉煤灰，细度满足100目以上即可)配合，添加少量造孔剂(细度在100目以上)，经混合机混合后，在造粒机中掺加10-20％的水进行成球造粒，形成φ3-10mm的球形颗粒。然后将球粒进行干燥和烧结，冷却后即得产品。
本发明产品配方(以质量百分比计)为：红泥岩：40-70％，粉煤灰：28-55％，造孔剂：1-5％。造孔剂可以包括：废玻璃粉(钠钙玻璃)、碳粉、糠粉、木屑、碳酸钙粉、云母粉等中的一种或两种。
本发明所说的造孔剂以废玻璃粉或由碳粉加碳酸钙粉配合使用为佳。而从制造成本和资源利用考虑，以废玻璃粉较好。
本发明可以将红泥岩、粉煤灰、造孔剂各自粉磨后再在混合机中进行混合，也可以将原料先进行配料后一起喂入球磨机中粉磨、混合。
本发明所述的料球造粒最好采用两段成球工艺，首先将料粉加水制成φ1-2mm的母球，然后将母球在造粒机内滚大成φ3-10mm的球形颗粒。
本发明料球在回转窑内的干燥预烧温度为300-500℃，时间为10-20分钟，煅烧温度为1050-1180℃，时间为10-30分钟。出窑后的炽热料球可采用冷却机冷却，也可采取自然冷却。冷却方式对料球的颜色有较大影响，若要控制料球成橙红色，则采取吹风快冷，若要控制料球为灰黑色，则采取缺氧慢冷。
本发明所采用的红泥岩是指分布于我国南方的一种紫红色或锗红色致密状泥岩，它以白云母为主导矿物，含有少量的蒙脱石、绿泥石和高岭石，其化学成分见表1。由于其组成和结构的特殊性，使得该岩系不利于植被的生长，土地十分贫瘠。红泥岩在我国南方分布较广，仅江西境内就有红泥岩沉积的大小盆地30余个。开发红泥岩代替粘土应用于环境材料和建筑材料领域，对节约粘土资源，保护耕地和森林，防止水土流失具有重要意义。
                      表1红泥岩的化学成分波动范围(％)  SiO2  Al2O3  Fe2O3  CaO  MgO  K2O  Na2O  Loss  58.00-  69.00  14.00-  20.00  3.20-  7.70  0.11-  1.00  0.10-  1.30  1.50-  3.80  0.10-  0.50  7.00-  12.00
与现有球形陶粒滤料比较，本发明具有以下特点：
(1)红泥岩的矿物组成以白云母为主导矿物，其中含有较多的钾，同时红泥岩中较高的烧失量表明其中含有较多的有机物(腐殖酸衍生物、蜡等)，这些都有利于陶粒在煅烧时的发气膨胀，因此红泥岩具有一定的自烧胀性。这一特点使红泥岩陶粒滤料在保持一定的孔隙率时可以少掺加造孔剂，而且产品孔隙分布均匀，生产工艺简化，生产成本降低。
(2)红泥岩土质细腻，粘粒含量高，可塑性好(可塑性指数16-25)，掺水制成的料球柔韧光滑，这种致密的料球在煅烧时受气氛影响较小，并有利于发气反应在较宽的温度范围内持续进行，因此产品质量易于控制。
(3)红泥岩陶粒滤料与粘土陶料粒滤料相比，在两者孔隙率相同时，红泥岩陶粒滤料的筒压强度可提高50％以上。
(4)红泥岩的耐火度低于普通粘土，熔点较低，孔隙形成速度快，因此烧成温度较低而且物料在烧结窑内的停留时间较短，产品耗能少，产量高。
(5)红泥岩来源丰富，开采方便，作为一种闲置资源和无植被矿产资源，其对粘土的代用具有重要的资源利用和生态意义。
具体实施方式
实施例1：
取用的红泥岩的化学成分见表2。
                              表2某红泥岩的化学成分(％)  SiO2  Al2O3  Fe2O3  CaO  MgO  K2O  Na2O  Loss  63.16  18.70  5.87  0.97  0.41  2.33  0.35  7.26
各原料配比为：红泥岩55％，粉煤灰40，玻璃粉2％，石灰石粉3％。各原料分别粉磨后计量配合进入犁式混合机中混合均匀，在造粒机中先制备φ1-2mm母球粒，然后将母球在造粒机中滚大成φ3-6mm，将成好的料球喂入双段双转回转窑内进行干燥和煅烧。控制干燥预烧温度300℃，煅烧温度1150℃，干燥时间为15分钟，煅烧时间为20分钟。出窑陶粒经自然冷却至室温即得产品。产品的性能指标见表3。
            表3红泥岩陶粒滤料的技术性能指标  项目  指标  采用标准  破碎率(％)  0.03  GB2842-81  《轻骨料试验方法》  Q/XNH001-2005  《球形陶粒滤料》企业  标准  磨损率(％)  2.87  表观密度(g/cm3)  1.56  堆积密度(g/cm3)  0.86  筒压强度(Mpa)  9.80  比表面积(cm2/g)  4.2×104  含泥量(％)  0.16  灼烧减量(％)  0.05  盐酸可溶率(％)  0.59  堆积空隙率(％)  45.6
实施例2：
各原料配比为：红泥岩60％，粉煤灰37％，玻璃粉3％。
各原料分别粉磨后称量配合混合均匀，制成φ3-6mm的料球，将料球装入刚玉坩锅中放入高温炉内在500℃干燥预烧10分钟，再放入硅碳棒高温炉中在1050℃煅烧30分钟，出炉冷却到室温。
实施例3：
各原料配比为：红泥岩50％，粉煤灰47％，玻璃粉3％。
各原料分别粉磨后称量配合混合均匀，制成φ3-6mm的料球，将料球装入刚玉坩锅中放入高温炉内在450℃干燥预烧12分钟，再放入硅碳棒高温炉中在1180℃煅烧10分钟，出炉冷却到室温。
实施例4：
各原料配比为：红泥岩50％，粉煤灰42％，碳粉5％，碳酸钙粉3％。
各原料分别粉磨后称量配合混合均匀，制成φ3-6mm的料球，将料球装入刚玉坩锅中放入高温炉内在350℃干燥预烧18分钟，再放入硅碳棒高温炉中在1100℃煅烧25分钟，出炉冷却到室温。
实施例2-4的产品部分性能技术指标见表4。
                   表4不同实例产品的部分性能指标  产品  堆积密度  (Kg/m3)  表观密度  (Kg/m3)  孔隙率  (％)  单粒强度*  (N/个)  实施例2  860  1412  38.17  550  实施例3  840  1406  39.02  339  实施例4  880  1558  35.7  377
*注：单粒强度是指取10个φ8mm±1mm料球在电子万能试验机上测定抗压强度，取平均值。