申请日2016.11.30
公开(公告)日2017.03.15
IPC分类号C04B38/00; C04B33/132; C04B33/04; C04B33/13; C04B33/138; C04B33/135; B01J20/20; B01J20/30; C02F1/28
摘要
本发明提供了以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒及其制备方法，陶粒由以下重量份数的原料制成：贝壳粉15～50、高岭土5～15、草炭灰1～5、硅质页岩15～30、炉渣15～40、粉煤灰10～20、沸石15～40、江河湖海污泥10～30、泥炭10～25。贝壳粉粉碎至粒径为60～200目的细度，硅质页岩中二氧化硅的含量为87.0～89.5%。该陶粒的制备方法包括以下步骤：取配料、破碎、搅拌、造粒、焙烧，自然冷却，得到陶粒。该本发明的陶粒的污水处理效果好，尤其适用于重金属物质的吸附;还适用于建筑材料，能吸附建筑装修过程中产生的有害物质;还能解决大量废弃贝壳堆放所带来的环境污染问题，保护环境。
权利要求书
1.以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，其特征在于，所述的陶粒由以下重量份数的原料制成：贝壳粉15～50、高岭土5～15、草炭灰1～5、硅质页岩15～30、炉渣15～40、粉煤灰10～20、沸石15～40、江河湖海污泥10～30、泥炭10～25。
2.根据权利要求1所述的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，其特征在于，所述贝壳粉粉碎至粒径为60～200目的细度。
3.根据权利要求1所述的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，其特征在于，所述硅质页岩中二氧化硅的含量为87.0～89.5%。
4.根据权利要求1所述的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，其特征在于，所述的陶粒由以下重量份数的原料制成：贝壳粉26.8、高岭土12.2、草炭灰3.4、硅质页岩20.5、炉渣30.2、粉煤灰18.4、沸石32.6、江河湖海污泥25.5、泥炭18.7。
5.根据权利要求1或4所述的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒的制备方法，其特征在于，由以下具体步骤制成：
(1)取配料：按照重量份数称取原料;
(2)破碎：将高岭土、硅质页岩、炉渣、粉煤灰、沸石、江河湖海污泥、泥炭粉碎至20-60目;
(3)搅拌：将贝壳粉、草炭灰和步骤(2)中的物料混合均匀，加水进行搅拌，物料含水量调整至15-25%;
(4)造粒：将步骤(3)搅拌后的物料，输送至造粒机中造粒，得到球状的陶粒颗粒;
(5)焙烧：将步骤(4)中的陶粒颗粒，在100-120℃下干燥1-3小时，然后在200-300℃预热0.5-2小时，再将陶粒置于800-950℃下，烧结40-70分钟，自然冷却，得到以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒。
说明书
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于陶粒领域，具体涉及到一种以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒及其制备方法。
背景技术
陶粒作为一种轻集料，可以取代普通砂石配制轻集料混凝土，在建筑、环保、冶金、化工、石油、农业等部门有着广泛用途，尤其是在水处理方面，陶粒作为一种水处理填料得到了越来越广泛的应用。添加污泥烧制陶粒，最早是由Nakouzi等提出的，是以污泥为原料，掺加适量的辅料，经过成球、焙烧而成的。
贝壳、牡蛎等，是常见的海洋或江河湖海产品，目前对贝壳类产品的开发和利用一般是加工其可食部分，在利用其可食部分的同时，产生了大量的贝壳，这些贝壳大部分被丢弃，仅有一少部分用于制作饲料，被作为垃圾丢弃的贝壳，长期堆积，残留的有机物在长期堆放过程中，占用空间，腐败发臭，危害居民健康，对生态环境也造成了严重污染。近年来，随着沿海城市养殖业规模的不断扩大，贝壳类产品增长迅速。如何保护生态环境、治理贝壳污染，开发利用大量廉价的废弃的贝壳资源，循环利用，变废为宝，倍受关注。
目前已经有部分陶粒产品以贝壳类产品为原料进行制备，中国专利申请号2013103846370(申请日为2013.08.29)的《一种贝壳陶粒生物载体的制备方法》公开了一种贝壳陶粒生物载体及其制备方法，该生物载体是以贝壳、粘土和高温粘结剂烧结的陶粒，制备得到的贝壳陶粒生物载体泡孔结构丰富，有利于多种形态微生物的繁殖，但是成本较高，对重金属污染的废水的处理效果效果一般。中国专利申请号2014103348562(申请日为2014.07.14)的《一种陶粒生产方法及陶粒和陶粒的应用》公开了一种陶粒的生产方法，该方法以粉煤灰、污泥、粘土、牡蛎壳粉为原料，其中污泥为水厂经压滤、自然干化处理后的污泥，含水率为45-60%;将上述原料经造粒、高温烧结后得到，有利于减少粘土的消耗，吸附污染物能力较好，但是强度较低、生物固定化效率低。中国专利申请号2015104033827(申请日为2015.07.11)的《一种添加贝壳粉的陶粒加气砌块》公开了由贝壳粉、陶粒、粉煤灰、生石灰、水泥、铝粉、石膏粉、淤泥、木质素磺酸钙、铁粉、纳米三氧化二铝、炭黑、无水乙醇、水制备而成的陶粒加气砌块，砌块不易开裂，节约天然资源，但是无法吸附有害物质。目前需要一种将贝壳类粉制备成陶粒的方法，使其适用于污水处理和建筑材料。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒及其制备方法。该陶粒的污水处理效果好，尤其适用于重金属物质的吸附;还适用于建筑材料，能吸附建筑装修过程中产生的有害物质;还能解决大量废弃贝壳堆放所带来的环境污染问题，保护环境。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：贝壳粉15～50、高岭土5～15、草炭灰1～5、硅质页岩15～30、炉渣15～40、粉煤灰10～20、沸石15～40、江河湖海污泥10～30、泥炭10～25。
上述的江河湖海污泥为取自江中的污泥或者是湖泊中的污泥或者是海洋中的污泥或者是河流中的污泥;或者是取自以上江、河、湖、海中的混合污泥;
所述的贝壳粉，来自于江河湖海，粉碎至粒径为60～200目的细度。
所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为87.0～89.5%。
优选的，以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：贝壳粉26.8、高岭土12.2、草炭灰3.4、硅质页岩20.5、炉渣30.2、粉煤灰18.4、沸石32.6、江河湖海污泥25.5、泥炭18.7。
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，其制备方法由以下具体步骤制成：
(1)取配料：按照上述重量份数称取原料;
(2)破碎：将高岭土、硅质页岩、炉渣、粉煤灰、沸石、江河湖海污泥、泥炭粉碎至20-60目;
(3)搅拌：将贝壳粉、草炭灰和步骤(2)中的物料混合均匀，加水进行搅拌，物料含水量调整至15-25%;
(4)造粒：将步骤(3)搅拌后的物料，输送至造粒机中造粒，得到球状的陶粒颗粒;
(5)焙烧：将步骤(4)中的陶粒颗粒，在100-120℃下干燥1-3小时，然后在200-300℃预热0.5-2小时，再将陶粒置于800-950℃下，烧结40-70分钟，自然冷却，得到本发明的以贝壳类粉为原料的陶粒。
采用上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒具有良好的膨胀率及吸附性能，污水处理效果好，尤其适用于重金属物质的吸附;还适用于建筑材料，能吸附建筑装修过程中产生的有害物质;将废弃的贝壳粉类以及污泥用于生产陶粒，是废弃物的转化与再生资源利用的一种循环经济方式;原料来源广泛、易得，能为城市环境保护减轻负担;生产成本相对于同类产品，也比较低，具有较好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：贝壳粉26.8、高岭土12.2、草炭灰3.4、硅质页岩20.5、炉渣30.2、粉煤灰18.4、沸石32.6、海泥25.5、泥炭18.7。
所述的贝壳粉，来自于江河湖海，粉碎至粒径为100目左右的细度。
所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为87.6%。
本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒的制备方法由以下具体步骤制成：
(1)取配料：按照上述重量份数称取原料;
(2)破碎：将高岭土、硅质页岩、炉渣、粉煤灰、沸石、海泥、泥炭粉碎至40目;
(3)搅拌：将贝壳粉、草炭灰和步骤(2)中的物料混合均匀，加水进行搅拌，物料含水量调整至约18%;
(4)造粒：将步骤(3)搅拌后的物料，输送至造粒机中造粒，得到球状的陶粒颗粒;
(5)焙烧：将步骤(4)中的陶粒颗粒，在110℃下干燥2小时，然后在240℃预热1.5小时，再将陶粒置于850℃下烧结60分钟，自然冷却，得到陶粒。
该陶粒的性能参数如表1所示：
表1实施例1的陶粒的性能参数
将上述的陶粒应用于污水处理中作为填料，该污水为经过污水处理厂初步处理后的污水，处理前后，水质的变化如表2所示：
表2实施例1的陶粒处理污水前后的水质情况
其中，TP为总磷，SS为悬浮物，Pb为铅，Cr为铬，CODcr为铬，BOD5为五日生化需氧量，Ni为镍。其余实施例中相同英文缩写代表的含义相同。从陶粒对污水处理前后的对比数据中可以看出，实施例1的方法所生产的陶粒应用于污水处理，可有效降低污水中的重金属含量，而且水中的总磷及悬浮物含量也明显减少，经过上述陶粒处理，水质得到了明显改善。
实施例2
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：贝壳粉15、高岭土5、草炭灰1、硅质页岩15、炉渣15、粉煤灰10、沸石15、取自湖泊的污泥10、泥炭10。
所述的贝壳粉，来自于江河湖海，粉碎至粒径为60目的细度。
所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为88.4%。
本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒的制备方法由以下具体步骤制成：
(1)取配料：按照上述重量份数称取原料;
(2)破碎：将高岭土、硅质页岩、炉渣、粉煤灰、沸石、取自湖泊的污泥、泥炭粉碎至40目;
(3)搅拌：将贝壳粉、草炭灰和步骤(2)中的物料混合均匀，加水进行搅拌，物料含水量调整至18%左右;
(4)造粒：将步骤(3)搅拌后的物料，输送至造粒机中造粒，得到球状的陶粒颗粒;
(5)焙烧：将步骤(4)中的陶粒颗粒，在110℃下干燥2小时，然后在240℃预热1.5小时，再将陶粒置于850℃下烧结60分钟，自然冷却，得到陶粒。
该陶粒用于污水处理，可有效降低污水中的重金属离子含量。
实施例3
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：贝壳粉50、高岭土15、草炭灰5、硅质页岩30、炉渣40、粉煤灰20、沸石40、取自长江的污泥30、泥炭25。
所述的贝壳粉，来自于江河湖海，粉碎至粒径为80目的细度。
所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为88.4%。
本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒的制备方法由以下具体步骤制成：
(1)取配料：按照上述重量份数称取原料;
(2)破碎：将高岭土、硅质页岩、炉渣、粉煤灰、沸石、取自长江的污泥、泥炭粉碎至40目;
(3)搅拌：将贝壳粉、草炭灰和步骤(2)中的物料混合均匀，加水进行搅拌，物料含水量调整至18%;
(4)造粒：将步骤(3)搅拌后的物料，输送至造粒机中造粒，得到球状的陶粒颗粒;
(5)焙烧：将步骤(4)中的陶粒颗粒，在110℃下干燥2小时，然后在240℃预热1.5小时，再将陶粒置于850℃下烧结60分钟，自然冷却，得到陶粒。
该陶粒用于污水处理，可有效降低污水中的重金属离子含量。
实施例4
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：贝壳粉28.7、高岭土12.2、草炭灰3.4、硅质页岩13.6、炉渣15.2、粉煤灰6、沸石18.6、河底污泥24.2、泥炭15.7。
所述的贝壳粉，来自于江河湖海，粉碎至粒径为100目的细度。
所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为87.6%%。
本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒的具体制备方法与实施例1相同。
将本实施例的陶粒应用于建筑材料中，其强度、导热系数等具体情况如表3所示：
表3实施例4的陶粒的具体参数。
从上述内容可以看出，实施例4的陶粒的强度较高，吸水率和导热系数较好，可应用于建筑材料领域。
实施例5
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：贝壳粉22.2、高岭土12.2、草炭灰3.4、硅质页岩10.5、炉渣15.2、粉煤灰8.4、沸石18.6、海泥20.5、泥炭15.7。
所述的贝壳粉，来自于江河湖海，粉碎至粒径为100目的细度。
所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为87.6%。
本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒的具体制备方法与实施例1相同。
将本实施例的陶粒应用于建筑材料中，其强度、导热系数等具体情况如表3所示：
表4实施例5的陶粒的具体参数。
从上述内容可以看出，实施例5比实施例4的陶粒的堆积密度稍大，两者的强度都很高，吸水率和导热系数均较好，可作为建筑材料使用。
实施例6
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：贝壳粉26.8、高岭土12.2、草炭灰3.4、硅质页岩20.5、炉渣30.2、粉煤灰18.4、沸石32.6、海泥25.5、泥炭18.7。
所述的贝壳粉，来自于江河湖海，粉碎至粒径为100目的细度。
所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为87.6%。
本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒的制备方法由以下具体步骤制成：
(1)取配料：按照上述重量份数称取原料;
(2)破碎：将高岭土、硅质页岩、炉渣、粉煤灰、沸石、海泥、泥炭粉碎至40目;
(3)搅拌：将贝壳粉、草炭灰和步骤(2)中的物料混合均匀，加水进行搅拌，物料含水量调整至18%;
(4)造粒：将步骤(3)搅拌后的物料，输送至造粒机中造粒，得到球状的陶粒颗粒;
(5)焙烧：将步骤(4)中的陶粒颗粒，在110℃下干燥2小时，然后在240℃预热1.5小时，再将陶粒置于850℃下烧结60分钟，自然冷却，得到陶粒。
将实施例6中的陶粒投入到取自山东某纺织厂的纺织废水中，陶粒的投加量为每升废水投入6g，投入后于常温下搅拌60分钟，测得的结果如表5所示：
表5实施例6的陶粒处理纺织废水的结果
色度CODcr(mg/L)SS(mg/L)原始值14851286868实施例6陶粒处理52184.531.6
从上述内容可以看出，实施例6的陶粒可显著降低放置废水中CODcr、SS的含量，有效吸附废水中的重金属。
实施例7
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：贝壳粉26.8、高岭土12.2、草炭灰3.4、硅质页岩20.5、炉渣30.2、烟煤灰18.4、改性沸石32.6、江河湖海污泥(该污泥为长江污泥、河流污泥、湖泊污泥和海泥的混合物，其重量份数比例为，长江污泥：河流污泥：湖泊污泥：海泥=1:1:2:3)25.5、泥炭18.7、活性氧化铝2.4。
所述的贝壳粉，来自于江河湖海，粉碎至粒径为120目的细度。
所述的硅质页岩中二氧化硅的含量约为88.2%。
改性沸石的生产方法如下：
取天然沸石分成3等份，分别记作A、B、C;
采用1mol/L的盐酸溶液浸泡A沸石2小时，清洗后过滤，回收沸石A;
采用1mol/L的硫酸铝溶液浸泡B沸石2小时，清洗后过滤，回收沸石A;
采用1mol/L的盐酸溶液浸泡C沸石2小时后，再采用1mol/L的硫酸铝溶液浸泡C沸石2小时，清洗后过滤，回收沸石C;
将沸石A、B、C混合，在450℃下焙烧60分钟，得改性沸石。
本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒的制备方法由以下具体步骤制成：
(1)取配料：按照上述重量份数称取原料;
(2)破碎：将高岭土、硅质页岩、炉渣、烟煤灰、改性沸石、江河湖海污泥、泥炭、活性氧化铝粉碎至40目;
(3)搅拌：将贝壳粉、草炭灰和步骤(2)中的物料混合均匀，加水进行搅拌，物料含水量调整至18%;
(4)造粒：将步骤(3)搅拌后的物料，输送至造粒机中造粒，得到球状的陶粒颗粒;
(5)焙烧：将步骤(4)中的陶粒颗粒，在110℃下干燥2小时，然后在240℃预热1.5小时，再将陶粒置于850℃下烧结60分钟，自然冷却，得到陶粒。
将实施例7中的陶粒投入到与实施例6中相同的纺织废水中，陶粒的投加量为每升废水投入6g，投入后于常温下搅拌60分钟，测得的结果如表6所示：
表6实施例7的陶粒处理纺织废水的结果
色度CODcr(mg/L)SS(mg/L)原始值14851286868实施例7陶粒处理36166.820.6
从上述内容可以看出，实施例7的陶粒可显著降低放置废水中CODcr、SS的含量，与实施例6的陶粒的纺织废水处理结果进行比较，可以发现与实施例6的陶粒相比，实施例7的陶粒通过对沸石进行改性、添加活性氧化铝，对废水中的重金属的吸附能力更强，对废水的处理效果更优。
实施例8
以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒，由以下重量份数的原料制成：牡蛎壳粉16.8、高岭土12.2、草炭灰5.4、炉渣30.2、粉煤灰25.5、粘土18.4、改性沸石32.6、污泥(该污泥为长江污泥、河流污泥、湖泊污泥和海泥的混合物，其重量份数比例为，长江污泥：河流污泥：湖泊污泥：海泥=1:1:2:3)25.5、泥炭18.7、活性氧化铝2.4。
改性沸石的生产方法如下：
取天然沸石分成2等份，分别记作A、B;
采用1mol/L的氢氧化钠溶液浸泡A沸石2小时，在浸泡时控制温度为100℃，清洗过滤，回收沸石A，再次将沸石A置于1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡A沸石2小时，在浸泡时控制温度为100℃，清洗过滤，回收沸石A，以上的浸泡过程中不断搅拌;
采用1mol/L的氯化铵溶液浸泡B沸石2小时，在浸泡时控制温度为100℃，清洗过滤，回收沸石B，再次将沸石B置于1mol/L的氯化铵溶液中浸泡B沸石2小时，在浸泡时控制温度为100℃，清洗过滤，回收沸石B，以上的浸泡过程中不断搅拌;
将沸石A、B混合，在450℃下焙烧60分钟，得改性沸石;
本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒的制备方法由以下具体步骤制成：
(1)取配料：按照上述重量份数称取原料;
(2)破碎：将高岭土、炉渣、粉煤灰、粘土、改性沸石、污泥、泥炭、活性氧化铝粉碎至40目;
(3)搅拌：将牡蛎壳粉碎至40目，取牡蛎壳粉、草炭灰和步骤(2)中所得的物料混合均匀，加水进行搅拌，物料含水量调整至18%;
(4)造粒：将步骤(3)搅拌后的物料，输送至造粒机中造粒，得到球状的陶粒颗粒;
(5)焙烧：将步骤(4)中的陶粒颗粒，在110℃下干燥2小时，然后在240℃预热1.5小时，再将陶粒置于850℃下烧结60分钟，自然冷却，得到陶粒。
将实施例8的陶粒的原料进行调整，得到4种新的陶粒，与实施例8的污水处理效果进行对比，4组对比的陶粒的具体情况如下：
对比1：将粉煤灰的比例调整为20份，将粘土调整为25份，其余的原料保持不变;
对比2：将牡蛎壳粉替换为炉渣，即炉渣的重量份数为35.2份，其余原料保持不变;
对比3：将牡蛎壳粉替换为贝壳粉，其余原料保持不变;
对比4：将改性沸石替换为天然沸石，其余原料保持不变;
从山东某热电厂取其所产生的污水，采用实施例8和4组对比的陶粒进行处理，每升污水中投入的陶粒为8克，测定结果如表7所示：
表7实施例8和对比陶粒污水处理结果
从以上的数据中可以看出，实施例8中的陶粒，在处理废水特别是热电厂所产生的重金属含量较高的废水中，其效果要明显优于对比1和对比2。对比1中，将粉煤灰与粘土的重量份数作了调整，结果影响较大，对比2中，以炉渣为原料替代补足牡蛎的重量份，结果也影响较大;对比3中的数据表明，以贝壳粉为原料、或以牡蛎粉为原料，生产的陶粒，在处理重金属污染废水上的效果比较接近;对比4中，将改性沸石替换为天然沸石后，其效果也下降，这说明改性沸石应用在本发明的陶粒生产中，效果要优于天然沸石。
本实施例中各原料之间成分比例对陶粒的膨胀系数及吸附性能产生了影响，例如，在高温焙烧中，牡蛎壳粉产生了更足量的气体，提高了陶粒的膨胀度，从而影响了陶粒的吸附性，进而影响其在水体处理方面的效果。陶粒在制备过程中从干燥至预热，有充分的时间，供各原料的成分之间相互反应作用，以提高陶粒的膨胀率，生产出膨胀率最佳的陶粒。
实施例8中陶粒，其堆积密度为418(kg/mm3)，抗压强度为11.6Mpa，吸水率为7.94%，导热系数为0.06(W/m.k)，基于以上指标，也可将该陶粒应用于建筑保温材料。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。