一种利用湖泊底泥和废料添加剂制备水处理轻质陶粒的方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用湖泊底泥等废料制备水处理用轻质陶粒的方法，包括步骤：1)将湖泊底泥干燥至含水率在20％以下，并将其制成100目以下的粉末；将干燥的钢渣制成80目以下的粉末；将秸秆干燥并制成60目以下的粉末；2)将上述预处理好的湖泊底泥、钢渣、秸秆混合均匀，加水搅拌，水的用量是混匀的物料重量的20％-25％，混匀后形成粒径为6-8mm的生料球；生料球中，以干重计，底泥的含量是80％-100％；3)使所制生料球干燥；4)将所述干燥的生料球在温度为1080℃-1150℃的马弗炉中保温5-15min后取出，冷却后即得到膨胀轻质水处理陶粒滤料。本发明还提供了所述方法制备的轻质陶粒。
【专利说明】一种利用湖泊底泥和废料添加剂制备水处理轻质陶粒的方 法
【技术领域】
[0001] 本发明属于滤料领域，涉及湖泊底泥和钢渣废料制备轻质膨胀陶粒的方法，特别 是利用湖泊底泥为主要原料，以钢渣和秸杆为添加剂生产的水处理轻质陶粒滤料的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的不断发展，工业化进程的不断加快，大量污染物通过工业废水、生活污 水、禽畜养殖废水以及大气降水等方式进入水体，通过吸附、富集、沉积等作用转移到湖泊 底泥中，使我国绝大部分湖泊和主要河流均受到不同程度的污染，受污染底泥的合理处置 受到了高度重视。环保疏浚已经成为受污染底泥处理的常用方式，但大量疏浚底泥的合理 处置一直是难题。常规的填埋和土地利用，不仅占用大量土地，可能会使污染物二次释放， 造成环境污染，湖泊底泥资源化利用正在逐渐取代原有的常规处理处置方式，成为人们研 究的重点。
[0003] 在目前的专利或研究中，利用湖泊底泥制备陶粒的研究较少，中国专利申请公开 CN102173850A介绍了一种以底泥为原料制备陶粒的方法，但其制备的陶粒性能一般，堆积 密度为500-900kg/m 3,所制陶粒达不到轻质陶粒的标准。中国专利申请公开CN102173746A 介绍了烧制轻质陶粒的方法，但是它的原料是城镇污泥、河道淤泥和膨润土，且其原料配比 中河道淤泥占45-50%，并用膨润土作为添加物进行制备。中国专利申请公开CN1850713介 绍了一种超轻淤泥陶粒及其制备方法，采用的添加物为焦炭、粉煤灰、铝矾土。这些专利申 请中制备的陶粒存在陶粒膨胀性能不佳或所用添加物并非完全固体废物等情况，因此与本 专利在烧制工艺上有很大不同。
[0004] 钢渣是炼钢生产过程中产生的废渣，我国钢渣产量极大，钢渣的主要化学成分包 括：CaO、Si0 2、A1203、Fe203、MgO。秸杆属于农业废物，近年来秸杆焚烧不仅严重造成环境污 染，而且造成资源浪费。钢渣和秸杆二者都属于固体废物范畴，对它们的处理也是目前亟待 解决的环保问题。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决疏浚湖泊底泥堆放二次污染的问题，提出一种以湖泊底泥为原料， 以钢渣、秸杆废物为添加剂制备水处理用膨胀轻质陶粒填料的方法。
[0006] 本发明利用湖泊底泥、钢渣和植物秸杆这三种废物为原料，替代粘土制备陶粒，因 其所用材料均为废弃物，在解决了受污染疏浚底泥二次污染问题的同时，达到降低原料成 本，废物无害化、资源化的目的，具有极大的社会价值和经济价值，其大规模生产，工业化前 景广阔。
[0007] 在第一方面，本发明提供了一种以湖泊底泥为主要原料，钢渣和植物秸杆为添加 剂制备水处理用轻质陶粒的方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0008] (1)将湖泊底泥干燥，优选至含水率在20 %以下，并将其制成粉末，优选在100目 以下，将干燥的钢渣制成粉末，优选80目以下，将秸杆干燥并制成粉末，优选60目以下；
[0009] (2)将上述预处理好的湖泊底泥、钢渣、秸杆与以其重量之和计20% -25%的水混 匀后制成生料球，优选粒径为6-8mm，其中以干重计，湖泊底泥的含量是80% -100%，更优 选85% -95%，最优选约90%，钢渣的添加量< 20%，以占整个混合物的8% -10%为最佳， 結杆的添加量< 6%，以2%含量为最佳；
[0010] ⑶使所制生料球干燥；
[0011] (4)将所述干燥的生料球在温度为1080°C -1150°C的马弗炉中保温5-15min后取 出，冷却后即得到膨胀轻质水处理陶粒滤料。
[0012] 在第二方面，本发明提供了一种制备水处理用轻质陶粒的原料组合物，所述原料 组合物包含湖泊底泥、钢渣和秸杆，其中以干重计：
[0013] (1)湖泊底泥的含量是80% -100%，更优选85% -95%，最优选约90% ;
[0014] (2)钢渣的含量是5%-20%，更优选8%-10%，最优选约8% ;
[0015] (3)結杆的含量是< 6%，以2%含量为最佳。
[0016] 在一个具体的实施方案中，所述湖泊底泥的含水率在20%以下、大小在100目以 下。
[0017] 在一个具体的实施方案中，所述钢渣的大小在80目以下。
[0018] 在一个具体的实施方案中，所述秸杆的大小在60目以下。
[0019] 本发明具有以下优点：
[0020] 1)本发明的方法所用的原材料均为固体废弃物，无需任何其他添加，最大限度的 利用各种废料。以钢渣作为添加剂，钢渣具有很好的助融效果，添加钢渣能有效的降低陶粒 烧制所需的温度，而秸杆的添加能在一定程度上增加陶粒的比表面积和孔隙。
[0021] 2)本发明的方法烧制工艺简单，在没有回转窑的情况下，在一般实验室同样能实 现烧制膨胀轻质陶粒，适合小规模轻质陶粒烧制的实验室研究。
[0022] 3)按本发明的方法能生产的陶粒具有良好的膨胀性能，轻质、有较高的比表面积、 表面粗糙、有利于微生物附着生长挂膜，能用于替代一般填料。而且由于其轻质性，也可以 作为水处理浮床基质，能满足不同场合水处理应用。
[0023] 4)本发明的方法生产的陶粒质量磨损率低，具有较好的强度，盐酸可溶性低，性质 稳定，可以反复使用，有较长的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 下面结合附图对本发明具体实施方案结果进行详细说明：
[0025] 图1是本发明陶粒滤料实物图，所制陶粒轻质，浮于水面；
[0026] 图2是为本发明陶粒滤料和普通商品陶粒滤料对比的表面和截面扫描电镜图片， 其中A-a和A-b为本发明陶粒滤料放大30倍表面和截面扫描电镜图，B-a和B-b是市售陶 粒（江西萍乡填料厂）放大30倍表面和截面扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0027] 不拘囿于理论，湖泊底泥成分与粘土很相近，因此利用底泥代替粘土烧制陶粒可 产生更高的经济效益，实现污染治理和资源化的结合；同时，合理的利用钢渣和秸杆，能很 好的实现固体废物的资源化利用，变废为宝，产生环境、资源、经济效益。
[0028] 不拘囿于理论，钢渣可以作为陶粒生产的有效补充材料，其中的Fe203、Mg0具有助 熔特性，降低烧结温度。
[0029] 同样不拘囿于理论，秸杆的加入，在烧制过程中与钢渣共同作用，作为产气物质， 主要以气体形式从陶粒表面逸出，使陶粒表面更粗糙，增加比表面积。
[0030] 在本发明中，湖泊底泥优选是疏浚底泥。
[0031] 在一个实施方案中，所用秸杆可为植物秸杆，例如香蒲、芦苇、稻杆。
[0032] 实例1 :将湖泊底泥置于烘箱中105°C烘干，使其含水率在20%以下，破碎研磨至 1〇〇目以下，加水搅拌，水的用量约占底泥量的22 %，混匀后在颗粒挤压机成型，后置于圆 盘中滚动，形成一定规格大小的生料球，粒径为6-8mm。将所制生料球在105°C下烘干l_2h， 备用；将已干燥的料球在温度为1120-1125°C的马弗炉中保温lOmin后取出，冷却至室温后 即得到膨胀轻质水处理陶粒滤料。得到的陶粒滤料表观密度为780kg/m 3,堆积密度453kg/ m3。
[0033] 强度是反应陶粒性能的一个重要指标。本发明实验过程中采用自行设计磁力搅 拌实验方法，模拟陶粒在水中受到剪切力和陶粒之间摩擦力影响，检验陶粒强度，该方法经 过多次反复实验，重复性较强。实验方法是取约30g左右放入105°C的烘箱中烘干至恒重， 称重为1?，放入800ml烧杯中，加入100ml水。将烧杯放在磁力搅拌器上，用2cm磁力搅拌 棒，在最高转速下进行搅拌，经过一个小时搅拌，将烧杯中的陶粒冲洗后于105°C烘干至恒 重m 2，按式（1)求得质量磨损率Z，反应陶粒强度。
[0034]
【权利要求】
1. 一种制备水处理用轻质陶粒的方法，所述方法包括下述步骤： 1) 将湖泊底泥干燥，优选至含水率在20%以下，并将其制成粉末，优选在100目以下， 将干燥的钢渣制成粉末，优选80目以下，将秸杆干燥并制成粉末，优选60目以下； 2) 将上述预处理好的湖泊底泥、钢渣、秸杆与以它们重量之和计20% -25%的水混 匀后制成生料球，优选粒径为6-8mm，其中以干重计，底泥的含量是80 % -100 %，更优选 85% -95 %，最优选约90% ; 3) 使所制生料球干燥； 4) 将所述干燥的生料球在温度为1080°C -1150°C的马弗炉中保温5-15min，以lOmin 为最佳，后取出，冷却后即得到膨胀轻质水处理陶粒滤料。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用秸杆可为植物秸杆，例如香蒲、芦苇、 稻杆。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2)所述的湖泊底泥、钢渣、秸杆的混合 比例按重量百分比，其中钢渣的添加量< 20%，以占整个原料混合物的8% -10%最佳，秸 杆的添加量< 6%，以占混合物2%为最佳。
4. 一种制备水处理用轻质陶粒的原料组合物，所述原料组合物包含湖泊底泥、钢渣和 秸杆，其中以干重计： (1) 底泥的含量是80%-100%，更优选85%-95%，最优选约90% ; (2) 钢渣的含量是5 %-20 %，更优选8 %-10 %，最优选约8 % ; (3) 結杆的含量是< 6%，以2%含量为最佳。
5. 权利要求5的原料组合物，所述湖泊底泥的含水率在20%以下、大小在100目以下。
6. 权利要求5的原料组合物，所述钢渣的大小在80目以下。
7. 权利要求5的原料组合物，所述秸杆的大小在60目以下。
【文档编号】C04B33/132GK104058723SQ201410240993
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】李春华, 章丹, 叶春, 张大磊 申请人:李春华, 章丹, 叶春