一种陶粒生产方法及陶粒和陶粒的应用

摘要

本发明提供一种以粉煤灰、给水厂污泥、粘土为原料，牡蛎壳为主要添加剂的陶粒制备方法以及这种陶粒的用途。通过添加牡蛎壳提高陶粒的孔隙结构，增加吸附能力和交换能力，使其具有更优良好的水质改善效果。本发明中水处理陶粒原材料主要采用废弃物——粉煤灰和污泥，以废治废、成本低廉，有利于环境可持续发展。本陶粒是一种良好的功能性水处理填料。由于经过高温煅烧而成陶粒表面粗糙具有大比表面积易于生物挂膜作用，并且质轻强度高可长期承受高负荷水力冲击具有稳定性，具有生物挂膜进行脱氮除磷作用，是一种水处理性能优良的填料，可用于生物滤池、人工湿地等水处理工艺。

说明书

技术领域

本发明提供一种陶粒的生产方法，本发明还涉及上述陶粒生产方 法生产的陶粒及该陶粒的应用。

背景技术

陶粒具有丰富的孔隙结构和较大的比表面积，是一种应用广泛的 水处理滤料。传统的陶粒制作方法通常由粘土和页岩烧制而成，而粘 土和页岩为不可再生的自然资源。因此，寻求一种廉价、易得的陶粒 生产原料受到了越来越广泛地关注。

粉煤灰是电厂燃煤锅炉燃烧的产物，我国每年粉煤灰的产量上亿 吨，累计堆积量已超过百亿吨。粉煤灰中的微量元素丰富，不加处理 堆积会严重污染环境，扬入空气中影响空气能见度造成雾霾影响人体 身体健康。

给水厂污泥是饮用水处理厂中混凝、絮凝等水处理工艺的副产 物，大规模饮用水厂一般都采用铝盐(例如硫酸铝或聚合硫酸铝)作 为混凝剂去除水源水中天然有机物、浊度、色度，因此排放的给水污 泥主要是腐殖质、浊度色度沉淀物、水解氢氧化铝混合物等。由于给 水厂污泥脱水困难、处理处置费用昂贵、填埋占地面积大，大大增加 水厂的投资和制水成本。

粉煤灰和水厂污泥成份与粘土相似，因此这2种工业废弃物成为 陶粒生产潜在的替代材料。中国专利申请CN101439964公开了“制 造粉煤灰陶粒的方法”，所用材料为粉煤灰、煤粉和粘土。中国专利 申请CN101955347公开了“沸石玻璃多孔轻质材料的制造方法”， 利用天然沸石、废玻璃、给水厂污泥等为主要原料生产多孔材料。然 而，烧制原料中仅仅添加粉煤灰或污泥，生产的陶粒往往难以达到理 想的孔隙率和比表面积，限制了其在水处理领域中的应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种以粉煤灰、给水厂 污泥、粘土为原料，牡蛎壳为主要添加剂的陶粒制备方法。通过添加 牡蛎壳提高陶粒的孔隙结构，增加吸附能力和交换能力，使其具有更 优良好的水质改善效果。

本发明的技术方案是：一种陶粒的生产方法，包括以下步骤：

步骤1、混合。该步骤将原料按照以下设定的比例混合均匀，得 到混合初料；

粉煤灰：15-40份；

给水厂污泥：10-30份；

粘土：6-20份；

牡蛎壳粉：2-10份.

步骤2、造粒。向混合初料中添加5％-20％(质量分数)的水， 充分搅拌后造成6-10mm球形陶粒生料；

步骤3、烧结。陶粒生料在回转窑中经高温烧结，自然冷却后得 到陶粒滤料。

上述陶粒的制备方法，步骤(1)中，粉煤灰采用燃煤发电厂灰 斗收集的粉煤灰。给水厂污泥采用给水厂经压滤、自然干化处理后的 污泥，含水率为45％-60％。所用牡蛎壳经破碎并筛分至60目以下。

粘土取自开挖的天然粘土。

表1原料主要成分(wt％)

  SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO Na₂O K₂O 粉煤灰 38.1-45.2 21.5-26.3 6.2-10.8 0.6-0.8 0.8-1.3 0.3-0.6 0.7-1.1 给水厂污泥 31.2-35.1 16.1-18.5 5.5-7.2 5.1-5.5 1.2-1.5 1.1-1.3 0.8-0.9 粘土 55.2-57.3 13.2-15.1 4.1-5.2 5.2-6.7 2.2-2.8 0.2-0.4 0.5-0.8 牡蛎壳       54.4-55.5      

所述的水处理用陶粒的制备方法，步骤(3)中，烧结温度为 1000-1300℃，烧结时间为5-60min；

本发明的优选方式原材料按以下质量比例：

粉煤灰：25份；

污泥：15份；

粘土：10份；

牡蛎壳粉：2份。

烧结温度为1150℃，烧结时间为10min。

本发明提供上述方法生产的陶粒，该陶粒用于功能性水处理填 料。这种陶粒堆积密度为740kg/m³，表观密度为1730kg/m³，筒压强 度5.8kg/m³，1h吸水率为8％，破损率2.9％，盐酸可溶率0.9％，比 表面积3.3m²/g。符合《水处理用人工陶粒滤料》(C J- T299-2008)的要求。静态吸附实验表明：该陶粒对水中 TP的饱和吸附量达到892mg/kg，具有较好的吸附除磷效果。

本发明与现有水处理陶粒比较，具有以下优点：

(1)利用粉煤灰和给水厂污泥部分代替粘土作为陶粒烧制的原 料，减少对自然粘土资源的消耗，而且对废弃物进行了无害化、资源 化的利用，达到以废治废的目的。

(2)本发明中添加的牡蛎壳是一种天然的废弃材料，主要成分 为碳酸钙，其所占比例大约为90％。作为添加剂可提高陶粒的孔隙结 构，使其具有较强的吸附能力和交换能力，能够很好地吸附水中的各 种污染物，具有更优良好的水质改善效果。在高温焙烧的条件下释放 大量二氧化碳气体，使制备的陶粒形成丰富的气孔，增加了陶粒的孔 隙率和吸附面积。此外牡蛎壳热分解形的成钙基无机盐，提高了对水 中磷酸盐的去除能力。

本发明还提供陶粒用于功能性水处理填料的用途。

本发明中水处理陶粒原材料主要采用废弃物——粉煤灰和污泥， 以废治废、成本低廉，有利于环境可持续发展。本陶粒是一种良好的 功能性水处理填料。由于经过高温煅烧而成陶粒表面粗糙具有大比表 面积易于生物挂膜作用，并且质轻强度高可长期承受高负荷水力冲击 具有稳定性，具有生物挂膜进行脱氮除磷作用，是一种水处理性能优 良的填料，可用于生物滤池、人工湿地等水处理工艺。

具体实施方式：

实施例1

取粉煤灰：2500kg、污泥：1500kg、粘土：2000kg、牡蛎壳 粉：5kg，混合均匀后添加20％(质量分数)的水，充分搅拌造成6-10 mm球形陶粒生料，在回转窑中经1150℃高温烧结15min；自然冷 却后得到陶粒滤料。这些陶粒经安全检测无二次污染可用于水处理生 物陶粒填料，尤其对于水中的总磷有较好的吸附去除效果，一定程度 上解决了粉煤灰和污泥的处理处置问题。

实施例2

取粉煤灰：2500kg、污泥：1500kg、粘土：1000kg、牡蛎壳 粉：20kg，混合均匀后添加20％(质量分数)的水，充分搅拌造成 6-10mm球形陶粒生料，在回转窑中经1150℃高温烧结15min；自 然冷却后得到陶粒滤料。这些陶粒经安全检测无二次污染可用于水处 理生物陶粒填料，尤其对于水中的总磷有较好的吸附去除效果，一定 程度上解决了粉煤灰和污泥的处理处置问题。

实施例3

取粉煤灰：2500kg、污泥：2000kg、粘土：100kg、牡蛎壳 粉：50kg，混合均匀后添加20％(质量分数)的水，充分搅拌造成 6-10mm球形陶粒生料，在回转窑中经1100℃高温烧结15min；自 然冷却后得到陶粒滤料。这些陶粒经安全检测无二次污染可用于水处 理生物陶粒填料，尤其对于水中的总磷有较好的吸附去除效果，一定 程度上解决了粉煤灰和污泥的处理处置问题。

实施例4

取粉煤灰：2500kg、污泥：2000kg、粘土：100kg、牡蛎壳 粉：20kg，混合均匀后添加20％(质量分数)的水，充分搅拌造成 6-10mm球形陶粒生料，在回转窑中经1200℃高温烧结30min；自 然冷却后得到陶粒滤料。这些陶粒经安全检测无二次污染可用于水处 理生物陶粒填料，尤其对于水中的总磷有较好的吸附去除效果，一定 程度上解决了粉煤灰和污泥的处理处置问题。

表2实施例对比

注：700级陶粒筒压强度规定不小于3.0Mpa。