专利名称：一种以膨润土、珍珠岩和沸石为主要原料的复合陶粒及其制备方法
技术领域：
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种以珍珠岩、膨润土和天然沸石为主要原料经高温烧结的多孔陶粒及其制备方法。
背景技术：
目前对工业废水和城市生活污水治理的方法很多，一般可分为物理化学法、化学法和生物法。如采用混凝与生物曝气相结合治理城市生活污水；采用混凝与化学氧化相结合治理工业印染废水；采用混凝、生物曝气与吸附相结合深度治理焦化废水以及采用硝化与反硝化生物技术治理高氨氮有机废水等，上述污水治理技术在各个行业已有广泛的应用。然而，目前现有污水治理技术均有不同的缺陷。如生物曝气技术处理效率低、占地面积大；废水吸附材料成本高，企业难以承受高成本治污；膜过滤或反渗技术运行成本高、条件苛刻。这些方法在以规模较大、集约化程度高的企业中被普遍采用，但在生产规模小、城乡生活污水治理以及河道、湖泊等已污染的天然水体中难以得到广泛应用。近年来，国内外大力开展固定床生物滤池深度治理污水技术，并展现良好的应用前景。固定床生物滤池的核心是生物载体材料的制备以及针对某种污染物专用孔道的控制，以及专用菌种的选育。目前在生物载体材料方面往往因实用树脂、活性炭、分子筛等而导致成本过高，难以实现技术推广普及。中国专利200810006102.9,02112755.7， 200810162790. 8,03153641. 7介绍了几种以粘土和粉煤灰、紫砂陶和石英为主要原料生产多孔陶粒的方法，因其原料中具有碳粉或活性炭成分，故在污水处理中主要是由于粉末状活性炭的吸附作用。由于再生困难，在污水处理的同时产生新的固体废弃物。四川建筑科学研究院以粉煤灰为原料通过添加胶粘剂和水，经成型和烧结生产轻质、多孔陶粒混凝土技术，该产品孔隙分布并不适用于水处理，专门用于制造轻质混凝土的填料。中国专利 03136145. 5和02U9972. 2中所述的功能陶粒和过滤陶粒都是基于将陶粒作为微生物担载材料，但是为了获得理想的孔道结构和孔隙率，均使用了成孔剂和扩孔剂。所述方法虽然提高了污水处理效率，延长了陶粒使用寿命，但仍未从根本上解决生物载体成本高的问题。而且为了改善陶粒材料的相容性，又使用了活性炭、碳粉或者化学交联剂等，并采用了较复杂的制备工艺和活化方法。总之，上述的物质和其功能结构均运行成本高，或者由于难以重复利用而易带来二次环境污染问题。中国专禾Ij03116257. 6,200710025589. 0,200810162554. 8,200410018109. 4 报道
了利用膨润土或改性膨润土直接或者在微波、超声波协同处理有机废水或重金属离子的方法，污染物去除效率高、操作简单。但所述专利中均为利用膨润土在悬浮状态下进行有机污水或重金属离子吸附，由于膨润土颗粒较细且有超强的吸水性，本方法最大缺陷是后续处理繁琐或高能耗，容易造成二次污染。中国专禾Ij200410065686. 9,200510046470. 2 公告专利 200810233426.6、 201010000268. 7介绍了利用天然沸石或改性沸石处理工业废水中的有机物或重金属离子。天然沸石具有特点孔道结构，处理成本低、处理量大且操作简单。但是上述方法所用均为单一天然沸石吸附材料，由于孔道结构范围窄，导致吸附容量不大，处理废水有局限性，因此，提供一种高容量、可再生，且制备方法简单的多孔陶粒，已经是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述现有技术中存在的治理污染中高能耗、低容量和再生困难等问题，提供了一种利用天然非金属矿物珍珠岩、膨润土和沸石为主要原料的陶粒及其制备方法，该方法具有操作简单，孔隙率高和成本低等优点。本发明的技术解决方案是这样实现的
一种以膨润土、珍珠岩和沸石为主要原料的复合陶粒，其特征在于由下列原料按照质量百分比制备而成膨润土 15 60%，珍珠岩20 60%，沸石10 30%，粘土 2 20%，辅料广10%。所述的辅料为明胶、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、木炭粉中的任意一种或一种以上组合物。其制备方法如下
第一步将天然膨润土钠化处理成为钠基膨润土，将天然沸石用4M盐酸处理为酸化沸
石；
第二步将第一步中制得的钠基膨润土、酸化沸石和膨胀珍珠岩粉碎至粒度达到 40 200目；
第三步将第二步中粉碎好的物料与辅料充分混合，混合均勻后送入造粒机中造粒或造球，粒径控制在l(Tl50mm;
第四步将第三步中得到的球料或者粒料置于高温窑进行干燥焙烧； 第五步将第四步中焙烧后的物料冷却，送入粉粒机中粉碎成颗粒型或柱型。第三步中原料充分混合时间为4(Γ60分钟，造粒机中停留时间纩20分钟。第四步中在高温窑中干燥温度为150°C、0(TC，干燥时间为2(Γ60分钟；焙烧温度为30(Tl00(TC，焙烧时间为90 240分钟。第五步中焙烧后的物料空气气氛自然冷却至25°C ；在粉碎机中粉碎成粒度为 5 120mm的颗粒型或柱型。积极有益效果1、以具有吸附性能的天然非金属矿物和粘土为原料生产具有较高经济价值、较长寿命的环保产品，实现了以天然矿物治废的目的。2、以具有层间结构和天然孔道结构的富产天然矿物膨润土和沸石为原料，在此烧制条件下形成结构良好的微孔陶粒，烧制过程中形成的微孔与天然孔道与层间结构相通，保证了所制陶粒良好的孔道和大的吸附容量。3、当使用一段时间后，吸附容量达到饱和状态，吸附能力下降，可将陶粒干燥后重新高温再生，从而实现治污材料的循环使用，并且不产生二次污染物。
图1为本发明的制备方法工艺流程图。
具体实施方式
下面结合各实施例，对本发明做进一步详细的说明
在给出实施例之前，先对本发明中的天然非金属矿物原料珍珠岩、膨润土和沸石进行说明。膨胀珍珠岩是由酸性火山玻璃质熔岩经瞬间高温膨化制成的一种轻质多孔材料，具有蜂窝状内部结构。天然沸石是一族含水的钠(钾)、钙或镁、钡等的架状铝硅酸盐矿物。 其主要化学组分为Si02、A1203、H2O及碱或碱土金属，沸石晶体内部有很多大小均一的孔穴和通道，孔穴通过开口的通道彼此相连，研究者通常采用酸化处理，使其具有更大的孔道结构和空穴，从而具有良好的吸附性能。天然膨润土是一种具有独特结构的2:1型硅酸盐矿物，每一层由两个Si-O四面体层和一个Al-O八面体层构成，因其特殊的晶体结构而具有良好的吸附能力。为了增大其层间距，通常把天然钙基膨润土有机化或钠化以增强其吸附能力。一种以膨润土、珍珠岩和沸石为主要原料的复合陶粒，其特征在于由下列原料按照质量百分比制备而成膨润土 15 60%，珍珠岩20 60%，沸石10 30%，粘土 2 20%，辅料 1 10%。所述的辅料为明胶、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、木炭粉中的任意一种或一种以上组合物。其制备方法如下
第一步将天然膨润土钠化处理成为钠基膨润土，将天然沸石用4M盐酸处理为酸化沸
石；
第二步将第一步中制得的钠基膨润土、酸化沸石和膨胀珍珠岩粉碎至粒度达到 40 200目；
第三步将第二步中粉碎好的物料与辅料充分混合，混合均勻后送入造粒机中造粒或造球，粒径控制在l(Tl50mm;
第四步将第三步中得到的球料或者粒料置于高温窑进行干燥焙烧； 第五步将第四步中焙烧后的物料冷却，送入粉粒机中粉碎成颗粒型或柱型。第三步中原料充分混合时间为4(Γ60分钟，造粒机中停留时间纩20分钟。第四步中在高温窑中干燥温度为150°C、0(TC，干燥时间为2(Γ60分钟；焙烧温度为30(Tl00(TC，焙烧时间为90 240分钟。第五步中焙烧后的物料空气气氛自然冷却至25°C ；在粉碎机中粉碎成粒度为 5 120mm的颗粒型或柱型。实施例1
以膨胀珍珠岩、钠基膨润土和天然沸石为主要原料，以粘土和聚乙二醇为辅料。分别称取膨胀珍珠岩(60 80目)500g，钠基膨润土 200g，酸化沸石150g，粘土 50g，聚乙二醇50g。将膨润土、沸石和粘土分别粉碎至200目。将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合60分钟。将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在l(Tl50mm。将球料放在高温炉空气气氛中烧结。先升温至200°C，在此条件下脱水干燥60分钟；继续升高温度至60(T80(rc，保温120分钟。烧结好的物料自然冷却至25°C，在粉碎机中粉碎成粒度5 120mm的球状或柱粒。实施例2以膨胀珍珠岩、钠基膨润土和天然沸石为主要原料，以粘土和明胶为辅料。分别称取 膨胀珍珠岩(6(Γ80目)300g，钠基膨润土 200g，酸化沸石250g，粘土 50g，明胶50g。将膨润土、沸石和粘土分别粉碎至200目。将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合50分钟。将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在l(Tl50mm。将球料放在高温炉空气气氛中烧结。先升温至250°C，在此条件下脱水干燥50分钟；继续升高温度至65(T90(TC，保温120分钟。烧结好的物料自然冷却至25°C，在粉碎机中粉碎成粒度5 120mm的球状或柱粒。实施例3
以钠基膨润土、膨胀珍珠岩和天然沸石为主要原料，以粘土和聚丙烯酰胺为辅料。分别称取钠基膨润土 250g，膨胀珍珠岩(4(Γ60目)350g，酸化沸石200g，粘土 60g，聚丙烯酰胺 50g。将膨润土、沸石和粘土分别粉碎至200目。将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合60分钟。将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在l(Tl50mm。将球料放在高温炉空气气氛中烧结。先升温至300°C，在此条件下脱水干燥40分钟；继续升高温度至60(T70(rc，保温120分钟。烧结好的物料自然冷却至25°C，在粉碎机中粉碎成粒度5 120mm的球状或柱粒。实施例4
以钠基膨润土、膨胀珍珠岩和天然沸石为主要原料，以粘土和木炭粉为辅料。分别称取钠基膨润土 150g，膨胀珍珠岩(6(Γ80目)400g，酸化沸石200g，粘土 100g，木炭粉30g。将膨润土、沸石和粘土分别粉碎至200目。将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合60分钟。将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在l(Tl50mm。将球料放在高温炉空气气氛中烧结。先升温至320°C，在此条件下脱水干燥20分钟；继续升高温度至60(T80(rc，保温120分钟。烧结好的物料自然冷却至25°C，在粉碎机中粉碎成粒度5 120mm的球状或柱粒。实施例5
以钠基膨润土、膨胀珍珠岩和天然沸石为主要原料，以粘土和聚乙二醇为辅料。分别称取钠基膨润土 430g，膨胀珍珠岩(60 80目)210g，酸化沸石130g，粘土 50g，聚乙二醇、聚丙烯酰胺、木炭粉和明胶各20g。将膨润土、沸石和粘土分别粉碎至200目。将上述主、辅料在混合搅拌器中充分混合60分钟。将混合好的物料放入转盘造粒机中造粒，粒径控制在l(Tl50mm。将球料放在高温炉空气气氛中烧结。先升温至180°C，在此条件下脱水干燥50分钟；继续升高温度至50(T75(rC，保温200分钟。烧结好的物料自然冷却至25°C，在粉碎机中粉碎成粒度5 120mm的球状或柱粒。陶粒的应用
将实施例中的陶粒，分别进行印染废水中有机染料吸附试验，以2g陶粒(容重1. 13g/ml)作用于20ml含碱性紫5BN的印染废水_ 1321. 65)，低速搅拌30分钟后，即可使该废水的COD降至50 63· 2。陶粒回收再生利用
回收吸附饱和的陶粒，干燥至含水率< 15%。将粒料放在高温炉中焙烧。再生过程如下先升温至300°C，在此条件下脱水干燥35分钟；继续升温至 60(T800°C，焙烧60分钟，即完成再生过程。本陶粒可重复使用15次以上，处理废水的效果基本不下降。将多次重复使用的陶粒回收、干燥后，粉碎至140目，可用做制备建筑无机发泡保温材料的原料，因此在其生产及使用过程中不产生二次污染。综上可以看出，本发明的突出特点和显著的进步是有效利用富产的天然非金属矿物固有的吸附性能，且有效克服了单一矿物材料的难以分离和孔道单一的缺点。所制陶粒可以循环使用，不会产生新的固体二次污染。以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
权利要求
1.一种以膨润土、膨胀珍珠岩和天然沸石为主要原料的复合陶粒，其特征在于由下列原料按照质量百分比制备而成膨润土 15 60%，珍珠岩20 60%，沸石10 30%，粘土 2 20%，辅料广10%。
2.按照权利要求1所述的一种以膨润土、珍珠岩和沸石为主要原料的复合陶粒，其特征在于所述的辅料为明胶、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、木炭粉中的任意一种或一种以上组合物。
3.按照权利要求1所述的一种以膨润土、珍珠岩和沸石为主要原料的复合陶粒，其制备方法如下第一步将天然膨润土钠化处理成为钠基膨润土，将天然沸石用盐酸处理为酸化沸石；第二步将第一步中制得的钠基膨润土、酸化沸石和膨胀珍珠岩粉碎至粒度达到 40 200目；第三步将第二步中粉碎好的物料与辅料充分混合，混合均勻后送入造粒机中造粒或造球，粒径控制在l(Tl50mm;第四步将第三步中得到的球料或者粒料置于高温窑进行干燥焙烧；第五步将第四步中焙烧后的物料冷却，送入粉粒机中粉碎成颗粒型或柱型。
4.根据权利要求3所述的一种以膨润土、珍珠岩和沸石为主要原料的复合陶粒的制备方法，其特征在于第三步中原料充分混合时间为40飞0分钟，造粒机中停留时间8为 20 分钟。
5.根据权利要求3所述的一种以膨润土、珍珠岩和沸石为主要原料的复合陶粒的制备方法，其特征在于第四步中在高温窑中干燥温度为150°C、0(TC，干燥时间为2(Γ80分钟； 焙烧温度为30(Γ1000 ，焙烧时间为90 240分钟。
6.根据权利要求3所述的一种以膨润土、珍珠岩和沸石为主要原料的复合陶粒的制备方法，其特征在于第五步中焙烧后的物料空气气氛自然冷却至25°C;在粉碎机中粉碎成粒度为5 120mm的颗粒型或柱型。
全文摘要
本发明公开了一种以膨润土、珍珠岩和沸石为主要原料的复合陶粒，原料经成型后高温焙烧，然后经过打散处理成球型或柱型的多孔陶粒。本发明的显著特点是1、以具有吸附性能的天然非金属矿物和粘土为原料生产具有较高经济价值、较长寿命的环保产品，实现了以天然矿物治废的目的。2、以具有层间结构和天然孔道结构的富产天然矿物膨润土和沸石为原料，在此烧制条件下形成结构良好的微孔陶粒，烧制过程中形成的微孔与天然孔道与层间结构相通，保证了所制陶粒良好的孔道和大的吸附容量。3、当使用一段时间后，吸附容量达到饱和状态，吸附能力下降，可将陶粒干燥后重新高温再生，从而实现治污材料的循环使用，并且不产生二次污染物。
文档编号C04B38/00GK102247800SQ20111008895
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者井强山, 方林霞 申请人:信阳师范学院