本发明属于陶粒滤料制备技术领域，具体涉及一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法。
背景技术：
陶粒是硅、铝质原料经过一系列的复杂的化学反应烧制而成的硅酸盐产品。陶粒滤料具有质轻、孔隙率高、表面粗糙、比表面积大、吸附性能强、化学性质稳定等特点，与有机填料相比较具有反冲洗容易进行、截污能力强、生物附着性好等优点；传统的陶粒以泥质页岩和黏土为主要原料烧制而成，成本相对较高且对生态环境造成破环。以煤泥为主要原料生产轻质陶粒，一方面，符合国家利用废渣发展循环经济政策，有利于降低陶粒生产成本，可享受国家税收优惠政策；另一方面，资源得到了有效的利用，减轻了环境的负担，避免了对水和空气的污染，变废为宝。
煤泥是由微细粒煤、水及粉化的矿物等组成的粘稠物，是煤炭开采和加工洗选过程中的一种副产品，具有粒度细、灰分和水分含量高、热值低、内聚力大和粘结性强等特点。我国的煤泥产量随着煤炭产量的增加而大量产生和持续增加(占煤炭产量的12％左右)，造成极大的环境污染压力。据有关部门调查显示，我国约有70％的煤泥就地堆放，大量堆积的煤泥不但造成空气和水源的污染也占用了大量的土地且浪费了资源。如何高效、清洁的对煤泥加以利用已成为煤炭行业持续健康发展急需解决的关键问题之一。
近年来一些学者利用利用不同类型黏土、污泥等作为制备陶粒的原料，但是用煤泥作原料制备陶粒滤料尚无报道。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法。该方法工艺简单，反应条件可控，制备过程环保无毒，对设备要求不高，易于实现规模化工业生产，且制备的陶粒滤料性能好，质量稳定。同时，该方法提高了煤泥的利用率和附加值，降低了制备陶粒滤料的成本，有效地避免了由于煤泥堆积造成的环境污染。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、对煤泥的灰分质量含量进行检测，若煤泥的灰分质量含量为55％～65％，则进入步骤二；若煤泥的灰分质量含量高于65％，则添加灰分质量含量低于65％的煤泥，得到灰分质量含量为55％～65％的煤泥，进入步骤二；若煤泥的灰分质量含量低于55％，则对煤泥进行精制浮选得到灰分质量含量为55％～65％的煤泥尾矿，再进入步骤二；
步骤二、对步骤一中灰分质量含量为55％～65％的煤泥或者煤泥尾矿进行干燥处理，然后依次进行破碎、粉磨和过筛，得到煤泥原料；
步骤三、对步骤二中所述煤泥原料的灰成分进行分析，若煤泥原料的灰分中的SiO2、Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O满足质量百分含量：SiO2 39.00％～45.24％，Fe2O3 9.71％～12.67％，Al2O3 34.70％～39.01％，K2O 2.25％～2.96％，Na2O 2.02％～2.52％，则进入步骤四；否则，调节煤泥原料的灰成分，使调节后的煤泥原料的灰分中的SiO2、Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O满足质量百分含量：SiO2 39.00％～45.24％，Fe2O3 9.71％～12.67％，Al2O334.70％～39.01％，K2O 2.25％～2.96％，Na2O 2.02％～2.52％，然后进入步骤四；
步骤四、将步骤三中满足质量百分含量的煤泥原料加入圆盘成球机中，再掺入水，制成直径为8mm～10mm的陶粒生料球；
步骤五、将步骤四中所述陶粒生料球在空气中风干24h；
步骤六、将步骤五中风干后的陶粒生料球置于烘箱中进行烘干处理；
步骤七、将步骤六中经烘干处理的陶粒生料球置于马弗炉先进行预热处理，再进行烧结处理，最后自然冷却得到轻质陶粒滤料。
上述的一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法，其特征在于，步骤一中所述精制浮选工艺的具体过程为：将煤泥制成煤泥浆，煤泥浆的质量浓度为80g/L，调浆时间5min，然后加入捕收剂，搅拌1min后再加入起泡剂，10s后充气刮泡，刮泡时间8min，浮选槽中留下的即为煤泥尾矿；所述捕收剂为煤油；所述起泡剂为仲辛醇。
上述的一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法，其特征在于，步骤一中所述干燥处理的温度为100℃，所述干燥处理的时间为4h～5h。
上述的一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法，其特征在于，步骤二中所述煤泥尾矿过筛的筛网目数为100目。
上述的一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法，其特征在于，步骤四中所述水的添加量为加入圆盘成球机内的煤泥原料质量的三分之一。
上述的一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法，其特征在于，步骤六中所述烘干处理的温度为100℃～105℃，烘干处理的时间为8h～10h。
上述的一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法，其特征在于，步骤七中所述预热处理的升温速率为10℃/min～15℃/min，所述预热处理的温度为320℃～330℃，所述预热处理的时间为25min～35min。
上述的一种采用煤泥制备轻质陶粒滤料的方法，其特征在于，步骤七中所述烧结处理的升温速率为10℃/min～15℃/min，所述烧结处理的温度为1170℃～1180℃，所述烧结处理的时间为70min～80min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明所用的煤泥尾矿具有较高的粘度，即使在添加了其他的化学药剂后，仍然有较高的可塑性，较易制成表面光滑的生料球，无需额外添加塑形剂，降低了成本。
2、本发明的煤泥中含有一定质量的可燃有机质，在调节煤泥原料灰分组成的过程中需要添加Fe2O3，使煤泥原料满足制备轻质陶粒滤料的质量百分含量的要求，在后续的烧结过程中即可制得孔隙较发达的陶粒，这是由于一方面Fe2O3和煤泥中碳在高温状态下发生化学反应，释放二氧化碳，使得陶粒形成较多的孔隙，另一方面，碳和有机质燃烧后，也形成较多的孔隙。因此在增加陶粒的气孔率和吸附比表面积的同时也降低了陶粒的密度，实现了陶粒的轻质化。
3、本发明的煤泥尾矿相对于黏土和污泥等常规的制备陶粒的原料而言，自身含有较多的碳，碳的燃烧为陶粒的烧结提供了部分热量，一定程度上实现了自热烧结，节能环保的同时也降低了陶粒制备的成本。
4、本发明制备的轻质陶粒滤料达到了行业标准(《QBT 4383-2012陶粒滤料》)的基本要求，相对于现有的陶粒滤料，具有比表面积大，抗压强度大和破碎率较小的特点，其性质稳定，质量良好；此外，降低了制备陶粒的成本，也使煤泥得以充分利用，有效拓展了煤泥的用途并提高了其经济附加值，扩大了制备陶粒的原料来源，避免了煤泥的堆积及其对空气和水源的造成的污染。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例制备轻质陶粒滤料的方法包括以下步骤：
步骤一、对陕西彬县水帘煤矿的煤泥的灰分质量含量进行检测，测出该煤泥灰分质量含量为42.89％，不符合要求，则对煤泥进行精制浮选，得到灰分质量含量为59.80％的煤泥尾矿；
精制浮选工艺的具体过程为：将煤泥制成煤泥浆，煤泥浆的质量浓度为80g/L，调浆时间5min，然后加入捕收剂，搅拌1min后再加入起泡剂，10s后充气刮泡，刮泡时间8min，浮选槽中留下的即为煤泥尾矿；所述捕收剂为煤油；所述起泡剂为仲辛醇；
步骤二、对步骤一中灰分质量含量为59.8％的煤泥尾矿在温度为100℃的条件下干燥4.5h，然后进行破碎、粉磨和过100目筛，得到煤泥原料；
步骤三、对步骤二中所述煤泥原料的灰成分进行分析，分析方法参照《MT/T 1014-2006煤灰中主要及微量元素的测定方法电感耦合等离子体原子发射光谱法》，测定结果为：该煤泥原料的灰分中SiO2的质量百分含量为60.41％，Fe2O3的质量百分含量为6.17％，Al2O3的质量百分含量为23.18％，K2O的质量百分含量为2.02％，Na2O的质量百分含量为1.05％，结果表明该煤泥原料不符合质量百分含量：SiO2 39.00％～45.24％，Fe2O3 9.71％～12.67％，Al2O3 34.70％～39.01％，K2O 2.25％～2.96％，Na2O 2.02％～2.52％的要求，需要调节煤泥原料的灰成分，因此向煤泥原料中添加Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O，并且煤泥原料、Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O按照75:6:16:0.95:0.95的质量比混合，调节后的煤泥原料的灰分中SiO2的质量百分含量为39.28％，Fe2O3的质量百分含量为12.67％，Al2O3的质量百分含量为39.01％，K2O的质量百分含量为2.96％，Na2O的质量百分含量为2.27％，满足质量百分含量的要求；
步骤四、将步骤三中满足质量百分含量的煤泥原料加入圆盘成球机中，再掺入水，制成直径为8mm～10mm的陶粒生料球；所述水的用量为加入圆盘成球机中煤泥原料的质量的三分之一；
在实际生产过程中，一般将K2O的质量换算成K2CO3的质量添加，将Na2O的质量换算成Na2CO3的质量添加，并且为了使陶粒生料球更加均匀，一般将K2CO3和Na2CO3溶解于水中配成K2CO3和Na2CO3的混合溶液，将所述混合溶液掺入圆盘成球机的煤泥原料中制备陶粒生料球；
步骤五、将步骤四中所述陶粒生料球在空气中风干24h；
步骤六、将步骤五中风干后的陶粒生料球置于温度为100℃的烘箱中进行烘干处理10h；
步骤七、将步骤六中经烘干处理的陶粒生料球置于马弗炉先进行预热处理，预热处理的升温速率为10℃/min，预热处理的温度为325℃，所述预热处理的时间为30min，继续升高温度进行烧结处理，烧结处理的升温速率为10℃/min，所述烧结处理的温度为1175℃，所述烧结处理的时间为75min，最后在马弗炉中自然冷却，得到轻质陶粒滤料。
本实施例制备的轻质陶粒滤料的项目指标如表1所示。
表1实施例1制备的陶粒滤料的项目指标
本实施例制备的轻质陶粒滤料达到了行业标准(《QBT 4383-2012陶粒滤料》)的基本要求，该轻质陶粒滤料具有大的比表面积和筒压强度，以及较小的破碎率，性质稳定，具有良好的质量。
实施例2
本实施例制备轻质陶粒滤料的方法包括以下步骤：
步骤一、对陕西彬县下沟煤矿的煤泥的灰分质量含量进行检测，测出该煤泥的灰分质量含量为38.78％，不符合要求，则对煤泥进行精制浮选，得到灰分质量含量为60.2％的煤泥尾矿；
精制浮选工艺的具体过程为：将煤泥制成煤泥浆，煤泥浆的质量浓度为80g/L，调浆时间5min，然后加入捕收剂，搅拌1min后再加入起泡剂，10s后充气刮泡，刮泡时间8min，浮选槽中留下的即为煤泥尾矿；所述捕收剂为煤油；所述起泡剂为仲辛醇；
步骤二、对步骤一中灰分质量含量为60.2％的煤泥尾矿在温度为100℃的条件下干燥5h，然后进行破碎、粉磨和过100目筛，得到煤泥原料；
步骤三、对步骤二中所述煤泥原料的灰成分进行分析，分析方法参照《MT/T 1014-2006煤灰中主要及微量元素的测定方法电感耦合等离子体原子发射光谱法》，测定结果为：该煤泥原料的灰分中SiO2的质量百分含量为57.16％，Fe2O3的质量百分含量为6.27％，Al2O3的质量百分含量为20.17％，，K2O的质量百分含量为2.11％，Na2O的质量百分含量为2.05％，结果表明该煤泥原料不符合质量百分含量：SiO2 39.00％～45.24％，Fe2O3 9.71％～12.67％，Al2O3 34.70％～39.01％，K2O 2.25％～2.96％，Na2O 2.02％～2.52％的要求，需要调节煤泥原料的灰成分，因此向煤泥原料中添加Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O，并且煤泥原料、Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O按照80:4:17:0.8:0.8的质量比混合，调节后的煤泥原料的灰分中SiO2的质量百分含量为39.27％，Fe2O3的质量百分含量为9.91％，Al2O3的质量百分含量为37.79％，K2O的质量百分含量为2.56％，Na2O的质量百分含量为2.52％，满足质量百分含量的要求；
步骤四、将步骤三中满足质量百分含量的煤泥原料加入圆盘成球机中，再掺入水，制成直径为8mm～10mm的陶粒生料球；所述水的用量为加入圆盘成球机中煤泥原料的质量的三分之一；
在实际生产过程中，一般将K2O的质量换算成K2CO3的质量添加，将Na2O的质量换算成Na2CO3的质量添加，并且为了使陶粒生料球更加均匀，一般将K2CO3和Na2CO3溶解于水中配成K2CO3和Na2CO3的混合溶液，将所述混合溶液掺入圆盘成球机的煤泥原料中制备陶粒生料球；
步骤五、将步骤四中所述陶粒生料球在空气中风干24h；
步骤六、将步骤五中风干后的陶粒生料球置于温度为105℃的烘箱中进行烘干处理8h；
步骤七、将步骤六中经烘干处理的陶粒生料球置于马弗炉先进行预热处理，预热处理的升温速率为15℃/min，预热处理的温度为330℃，所述预热处理的时间为25min，继续升高温度进行烧结处理，烧结处理的升温速率为15℃/min，所述烧结处理的温度为1180℃，所述烧结处理的时间为70min，最后在马弗炉中自然冷却，得到轻质陶粒滤料。
本实施例制备的轻质陶粒滤料的项目指标如表2所示。
表2实施例2制备的陶粒滤料的项目指标
本实施例制备的轻质陶粒滤料达到了行业标准(《QBT 4383-2012陶粒滤料》)的基本要求，该轻质陶粒滤料具有大的比表面积和筒压强度，以及较小的破碎率，性质稳定，具有良好的质量。
实施例3
本实施例制备轻质陶粒滤料的方法包括以下步骤：
步骤一、对陕西彬县大佛寺煤矿的煤泥的灰分质量含量进行检测，测出该煤泥的灰分质量含量为40.12％，不符合要求，则对煤泥进行精制浮选，得到灰分质量含量为62.30％的煤泥尾矿；
精制浮选工艺的具体过程为：将煤泥制成煤泥浆，煤泥浆的质量浓度为80g/L，调浆时间5min，然后加入捕收剂，搅拌1min后再加入起泡剂，10s后充气刮泡，刮泡时间8min，浮选槽中留下的即为煤泥尾矿；所述捕收剂为煤油；所述起泡剂为仲辛醇；
步骤二、对步骤一中灰分质量含量为60.2％的煤泥尾矿在温度为100℃的条件下干燥4h，然后进行破碎、粉磨和过100目筛，得到煤泥原料；
步骤三、对步骤二中所述煤泥原料的灰成分进行分析，分析方法参照《MT/T 1014-2006煤灰中主要及微量元素的测定方法电感耦合等离子体原子发射光谱法》，测定结果为：该煤泥原料的灰分中SiO2的质量百分含量为62.17％，Fe2O3的质量百分含量为8.41％，Al2O3的质量百分含量为12.15％，K2O的质量百分含量为1.12％，Na2O的质量百分含量为2.45％，结果表明该煤泥原料不符合质量百分含量：SiO2 39.00％～45.24％，Fe2O3 9.71％～12.67％，Al2O3 34.70％～39.01％，K2O 2.25％～2.96％，Na2O 2.02％～2.52％的要求，需要调节煤泥原料的灰成分，因此向煤泥原料中添加Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O，并且煤泥原料、Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O按照70:4:20:0.9:0.9的质量比混合，调节后的煤泥原料的灰分中SiO2的质量百分含量为39.00％，Fe2O3的质量百分含量为11.10％，Al2O3的质量百分含量为36.40％，K2O的质量百分含量为2.83％，Na2O的质量百分含量为2.02％，满足质量百分含量的要求；
步骤四、将步骤三中满足质量百分含量的煤泥原料加入圆盘成球机中，再掺入水，制成直径为8mm～10mm的陶粒生料球；所述水的用量为加入圆盘成球机中煤泥原料的质量的三分之一；
在实际生产过程中，一般将K2O的质量换算成K2CO3的质量添加，将Na2O的质量换算成Na2CO3的质量添加，并且为了使陶粒生料球更加均匀，一般将K2CO3和Na2CO3溶解于水中配成K2CO3和Na2CO3的混合溶液，将所述混合溶液掺入圆盘成球机的煤泥原料中制备陶粒生料球；
步骤五、将步骤四中所述陶粒生料球在空气中风干24h；
步骤六、将步骤五中风干后的陶粒生料球置于温度为100℃的烘箱中进行烘干处理9h；
步骤七、将步骤六中经烘干处理的陶粒生料球置于马弗炉先进行预热处理，预热处理的升温速率为12℃/min，预热处理的温度为320℃，所述预热处理的时间为35min，继续升高温度进行烧结处理，烧结处理的升温速率为12℃/min，所述烧结处理的温度为1170℃，所述烧结处理的时间为80min，最后在马弗炉中自然冷却，得到轻质陶粒滤料。
本实施例制备的轻质陶粒滤料的项目指标如表3所示。
表3实施例3制备的陶粒滤料的项目指标
本实施例制备的轻质陶粒滤料达到了行业标准(《QBT 4383-2012陶粒滤料》)的基本要求，该轻质陶粒滤料具有大的比表面积和筒压强度，以及较小的破碎率，性质稳定，具有良好的质量。
实施例4
本实施例制备轻质陶粒滤料的方法包括以下步骤：
步骤一、对陕西彬县火石咀煤矿的煤泥的灰分质量含量进行检测，测出该煤泥的灰分质量含量为37.89％，不符合要求，则对煤泥进行精制浮选，得到灰分质量含量为59.89％的煤泥尾矿；
精制浮选工艺的具体过程为：将煤泥制成煤泥浆，煤泥浆的质量浓度为80g/L，调浆时间5min，然后加入捕收剂，搅拌1min后再加入起泡剂，10s后充气刮泡，刮泡时间8min，浮选槽中留下的即为煤泥尾矿；所述捕收剂为煤油；所述起泡剂为仲辛醇；
步骤二、对步骤一中灰分质量含量为59.89％的煤泥尾矿在温度为100℃的条件下干燥4h，然后进行破碎、粉磨和过100目筛，得到煤泥原料；
步骤三、对步骤二中所述煤泥原料的灰成分进行分析，分析方法参照《MT/T 1014-2006煤灰中主要及微量元素的测定方法电感耦合等离子体原子发射光谱法》，测定结果为：该煤泥原料的灰分中SiO2的质量百分含量为61.21％，Fe2O3的质量百分含量为5.36％，Al2O3的质量百分含量为23.01％，K2O的质量百分含量为1.55％，Na2O的质量百分含量为1.70％，结果表明该煤泥原料不符合质量百分含量：SiO2 39.00％～45.24％，Fe2O3 9.71％～12.67％，Al2O3 34.70％～39.01％，K2O 2.25％～2.96％，Na2O 2.02％～2.52％的要求，需要调节煤泥原料的灰成分，因此向煤泥原料中添加Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O，并且煤泥原料、Fe2O3、Al2O3、K2O和Na2O按照85:4:12:1:1的质量比混合，调节后的煤泥原料的灰分中SiO2的质量百分含量为45.24％，Fe2O3的质量百分含量为9.71％，Al2O3的质量百分含量为34.70％，K2O的质量百分含量为2.25％，Na2O的质量百分含量为2.46％，满足质量百分含量的要求；
步骤四、将步骤三中满足质量百分含量的煤泥原料加入圆盘成球机中，再掺入水，制成直径为8mm～10mm的陶粒生料球；所述水的用量为加入圆盘成球机中煤泥原料的质量的三分之一；
在实际生产过程中，一般将K2O的质量换算成K2CO3的质量添加，将Na2O的质量换算成Na2CO3的质量添加，并且为了使陶粒生料球更加均匀，一般将K2CO3和Na2CO3溶解于水中配成K2CO3和Na2CO3的混合溶液，将所述混合溶液掺入圆盘成球机的煤泥原料中制备陶粒生料球；
步骤五、将步骤四中所述陶粒生料球在空气中风干24h；
步骤六、将步骤五中风干后的陶粒生料球置于温度为100℃的烘箱中进行烘干处理9h；
步骤七、将步骤六中经烘干处理的陶粒生料球置于马弗炉先进行预热处理，预热处理的升温速率为10℃/min，预热处理的温度为330℃，所述预热处理的时间为35min，继续升高温度进行烧结处理，烧结处理的升温速率为10℃/min，所述烧结处理的温度为1175℃，所述烧结处理的时间为80min，最后在马弗炉中自然冷却，得到轻质陶粒滤料。
本实施例制备的轻质陶粒滤料的项目指标如表4所示。
表4实施例4制备的陶粒滤料的项目指标
本实施例制备的轻质陶粒滤料达到了行业标准(《QBT 4383-2012陶粒滤料》)的基本要求，该轻质陶粒滤料具有大的比表面积和筒压强度，以及较小的破碎率，性质稳定，具有良好的质量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。