专利名称：发泡型工业废渣基复合脱磷材料的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于污(废)水处理中的发泡型高效复合除磷材料，属水污染防 治技术领域。
背景技术：
磷是导致水体富营养化的主要因素。同时，磷也是生命体不可或缺的营养元素， 是一种难以再生、日益枯竭的资源。
目前污水中磷的去除方法主要有生物法和化学法。生物法除磷工艺复杂，且出 水稳定性较差；化学法除磷虽处理效果好，但应用的除磷(药剂)材料多为石灰、 铝盐、铁盐、亚铁盐及镁盐等工业产品，由于除磷药剂费用较高、污泥量较大，造 成了该法在实际生产应用中的瓶颈。已有的研究表明，开发出对磷吸附能力强、具 有一定强度和化学稳定性、水流阻力小、密度小、孔隙率大、经济效益好的高效除 磷材料，并应用到各种污(废)水的化学除磷工艺中，将污水中的磷富集并分离出来， 是保证污水除磷效果、实现磷资源再循环利用的重要手段。
钢渣、煤渣、粉煤灰等废渣是冶金、电力等行业排放的固体废弃物。这些废弃 物的大量堆置不仅浪费土地资源，且容易造成环境污染。目前我国钢渣的年排放量 达1600万吨以上，粉煤灰的年排放量约为IIOO万吨，但其循环利用率仅为10%左 右。这些废渣主要被用作筑路材料、回填材料、制砖材料等低附加值的利用模式。
目前，利用工业废料，加入适宜、适量发泡剂并辅以粘结剂等添加剂，复配出 适合污水处理工艺使用的高效除磷材料，并以此实现磷资源的再循环利用国内尚未 见报道。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种发泡型工业废渣基复合脱磷材料，该材料 不仅能够保护环境、实现废弃物的资源化，还能取得良好的社会效益和经济效益。
技术方案钢渣、煤渣、粉煤灰等工业废渣颗粒不仅具有巨大的比表面积，而 且含有大量的Ca、 Al、 Fe等金属氧化物，对水体中的磷具有较强的吸附与反应能力。根据除磷特性，本发明因地制宜地利用若干种工业废渣为主要原料，加入适宜、 适量发泡剂，并辅以粘结剂等添加剂，开发复配出了便于应用的、具有一定强度、 孔隙率及合适pH值的发泡型高效除磷材料，通过该材料的使用，可以使污(废)水 排放之磷浓度达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)—级(A) 标准，减轻水体富营养化状况，改善区域生态环境。
此外，通过对本发明材料的开发、生产、应用及最终处置，可实现工业废弃物 的再利用及资源化，并追加了废物利用的附加值，降低了磷资源的回收成本。不仅 能够保护环境、实现废弃物的资源化，还能取得良好的社会效益和经济效益。
本发明的发泡型工业废渣基复合脱磷材料由粉煤灰、钢渣、粘结剂组成胶凝材 料，再加入发泡剂和水后成为复合脱磷材料， 复合脱磷材料组分
粉煤灰75%-85%占胶凝材料质量比
70-90目钢渣10%-20%占胶凝材料质量比
粘结剂3%-15%占胶凝材料质量比
发泡剂2%0-10%0与胶凝材料质量比
水3:1-9:2与胶凝材料质量比。
所述的粘结剂为水泥或石膏。 所述的复合脱磷材料成型时采用冷法养护与热法烧结。
有益效果通过该高效除磷材料的使用，可以使污(废)水排放之磷浓度达 到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) —级(A)标准，减轻 水体富营养化状况，改善区域生态环境。
由于以往的材料多为实心材料，只有表层和空隙参与了除磷，加入适宜、适量 发泡剂，可以减小材料密度，增大材料孔隙率，进一步改善材料的结构性能，提高 材料吸附速率及吸附量，在降低成本的同时，使材料发挥更大的作用。试验发现， 与未添加发泡剂的工业废渣基复合脱磷材料比较，致孔后的材料在以下两方面有了 较大突破
1) 吸附速率k/(g'mg、d—')
15'C、 0.5cm 吸附速率提高了 17.21% 25'C、 0. 5cm 吸附速率提高了4. 53%
2) 最大吸附量QJ(mg'g—')
15°C、 0. 5cm Qm=6.98 提高了 135.02%25°C、 0.5cm Q尸7.61 提高了 137.07% 35°C、 0.5cm Q =8. 27 提高了 143. 23% 25°C、 1.0cm Qm=4. 30 提高了 35. 22% 35°C、 1.0cm Q =5. 20 提高了 57. 58%
通过对该新型高效除磷材料的开发、生产、应用及最终处置，可实现工业废弃 物的资源化，并追加了废物利用的附加值，降低了磷资源的回收成本。
本发明创新之处在于因地制宜地利用若干种工业废渣，开发出适合污(废) 水处理工艺使用的高效除磷材料。选择目前国内应用较多的发泡剂并将其投加到高 效除磷材料中，挑选出最适合该材料复配体系的发泡剂；探索了发泡剂投加量对 EPRC除磷效果的影响，确定了最佳发泡剂投加量；比较了添加发泡剂与未添加发泡
剂以及添加不同发泡剂高效除磷材料的除磷效果。吸附饱和后的除磷材料因具有较 高的含磷量，可直接作为肥料或土壤改良材料，以此实现磷资源的再循环利用。不 仅能够保护环境、实现废弃物的资源化，还能取得良好的社会效益和经济效益。
具体实施例方式
本发明的发泡型工业废渣基复合脱磷材料由粉煤灰、钢渣、粘结剂组成胶凝材 料，再加入发泡剂和水后成为复合脱磷材料，
复合脱磷材料组分
粉煤灰-75%-85%占胶凝材料质量比
70-90目钢渣10%-20%占胶凝材料质量比
粘结剂3%-15%占胶凝材料质量比
发泡剂2%o-薦o与胶凝材料质量比
水3:1-9:2与胶凝材料质量比。
所述的粘结剂为水泥或石膏。 所述的复合脱磷材料成型时釆用冷法养护或热法烧结。 最佳值的各组分为-
粉煤灰80.0% 占胶凝材料质量比
钢渣(70-90目)13.3% 占胶凝材料质量比
粘结剂6.7% 占胶凝材料质量比
发泡剂8%。 与胶凝材料质量比
水15:4 与胶凝材料质量比以试验室小批量生产为例来说明具体的实施方式。
试验装置转筒造粒机、匀浆机(由于试验室发泡剂用量很少，生产性制泡机 制泡量很大，所以选用转速与其相当的匀浆机)
胶凝材料总质量750g，其中粉煤灰600g，钢渣100g，粘结剂50g，发泡剂6mL， 水200mL。
将粉煤灰、钢渣和粘结剂投入滚筒造粒机中混合均匀。取6mL发泡剂和200mL 水加到匀浆机中，在4000r/cnin以上的转速下，搅拌5分钟，将发泡剂打成"牛奶" 状泡沫。将泡沫分批少量地添加到混合均匀的胶凝材料中，l个小时左右造粒成型。 (1)粉煤灰(质量比)
比例上限85% 比例下限75%
比例最佳点80%
(2) 钢渣(70目)(质量比)
比例上限20% 比例下限10% 比例最佳点13.3%
(3) 粘结剂(质量比):
比例上限15% 比例下限3% 比例最佳点6.7%
(4) 发泡剂(质量比)-
比例上限10% 比例下限2% 比例最佳点8% 上述材料成型时采用冷法养护与热法烧结。
热法烧结将主材料破碎后加入粘结剂、发泡剂，加水成型，通过高温烧结。 冷法养护(免烧免蒸自然养护法)原材料经机械破碎后用分样筛筛分出不同 粒径的废渣颗粒作为复配基材，添加一定量粘结剂、发泡剂，加水拌勾，用造粒机 成型成不同粒径的球体。室温大于5'C时，对成型的球体覆盖24h，覆盖物可用麻袋、 草帘等；成型6 8h后进行洒水养护；浇水以保持球体湿润为准，养护用水应与搅 拌用水相同。养护期约为2 3天。养护期间不得踩踏球体。
权利要求
1.一种发泡型工业废渣基复合脱磷材料，其特征在于该材料由粉煤灰、钢渣、粘结剂组成胶凝材料，再加入发泡剂和水后成为复合脱磷材料，复合脱磷材料组分粉煤灰 75％-85％ 占胶凝材料质量比70-90目钢渣10％-20％ 占胶凝材料质量比粘结剂 3％-15％ 占胶凝材料质量比发泡剂 2‰-10‰ 与胶凝材料质量比水 3∶1-9∶2 与胶凝材料质量比。
2. 根据权利要求1所述的发泡型工业废渣基复合脱磷材料，其特征在于所述 的粘结剂为水泥或石膏。
3. 根据权利要求1所述的发泡型工业废渣基复合脱磷材料，其特征在于所述 的复合脱磷材料成型时采用冷法养护与热法烧结的方法。
全文摘要
一种发泡型工业废渣基复合脱磷材料，由粉煤灰、钢渣、粘结剂组成胶凝材料，再加入发泡剂和水后成为复合脱磷材料，复合脱磷材料组分粉煤灰75％-85％，占胶凝材料质量比；70-90目钢渣10％-20％，占胶凝材料质量比；粘结剂3％-15％，占胶凝材料质量比；发泡剂2‰-10‰，与胶凝材料质量比；水3∶1-9∶2，与胶凝材料质量比。该材料不仅能够保护环境、实现废弃物的资源化，还能取得良好的社会效益和经济效益。
文档编号B01J20/02GK101623619SQ200910183070
公开日2010年1月13日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者焱 刘, 卓运红, 军 周, 维 张, 丹 朱, 王世和 申请人:东南大学