专利名称：一种多孔吸附材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔吸附材料的制备方法，特别是利用磷石膏、煤渣等工业废物及底泥制备高强度多孔吸附材料的方法，属于废物资源化利用领域。
背景技术：
磷石膏是湿法磷酸生产过程中的副产物，主要成分是二水硫酸钙(CaSO4 · 2H20)， 质量含量在85%以上，含有P205、F_、有机物及其它一些杂质，是化学工业中排放量最大的固体废物之一。2006年环保部将磷石膏渣定义为危险废物，长期以来磷复肥企业主要采用堆存法处理，磷石膏的堆放会造成土壤、水系、大气的严重污染。据“十二五”磷肥发展思路的要求，新建企业的磷石膏利用率需达到100%，旧企业利用率需达到20%。磷石膏渣不仅对环境造成巨大影响，而且日益成为制约磷酸产业发展的重要因素。无论从节能减排、资源再利用方面，还是从减轻企业负担方面考虑，磷石膏的合理利用都有重要的意义，是走新型工业化道路的迫切需要。煤渣是火力发电厂、工业和民用锅炉及其他设备燃煤排出的废渣。煤渣的化学成分为Si0240 50%,A120330 35%,Fe2034 20%,CaOl 5%及少量镁、硫、碳等。其矿物组成主要有钙长石、石英、莫来石、磁铁矿和黄铁矿，含硅玻璃体(Al2O3 · 2Si02)和活性 SiO2、活性Al2O3以及少量的未燃煤等。煤渣弃置堆积，不仅占用土地，放出含硫气体污染大气，危害环境，甚至会自燃起火。煤渣为烧结火山灰质材料，磨细后具有水硬胶凝性能。底泥是水体生态系统的重要组成部分，目前底泥成为水体内源污染的主要污染物。湖泊、河流等底泥治理主要采用环境清淤疏浚技术，清淤疏浚出来的底泥通常被作为固体废弃物堆放在贮泥场，不仅占用大量土地，并且造成二次污染。底泥中含有大量有机物， Si、Al等矿物质，包含有火山灰的成分，具有粘性。公开号为CN 101716491 A的专利公开了一种利用湖泊底泥碳化制备重金属吸附剂的方法。该方法将底泥用蒸馏水洗涤后烘干，加入磷酸溶液活化后水浴加热，再烘干然后放入高温炉的石英管中，并通入(X)2进行热解碳化，从而制备得到吸附剂。该发明制备的吸附剂取得较好的吸附效果，但是吸附剂的强度需要考虑。公开号为CN 101837297 A的专利公开了一种湖泊底泥和粉煤灰共同作为载体的干式CO2吸附剂及其制备方法。该方法中吸收剂、载体及粘结剂的重量比为2飞4、广2， 其中吸收剂为碳酸钠或碳酸钾，载体包括重量比为4 1的载体基料和辅料，载体基料是重量比为1 :1的湖泊底泥与粉煤灰，载体辅料为粘土，粘结剂为硅酸钠。制备方法包括以底泥为原料的混合配料、脱水、研磨、干燥成型、烧结成产品。该发明利用粉煤灰和底泥为载体， 实现了废物再利用，但是其载体辅料为粘土，粘结剂为硅酸钠，粘土为国家限用材料，硅酸钠成本较高。
发明内容
本发明旨在提供一种多孔吸附材料的制备方法，该方法是利用磷石膏、煤渣和底泥作为主要原料，添加少量石灰及消泡剂制备高强度多孔吸附材料的方法。本发明目的通过如下技术方案实现
(1)将质量百分比40-50%的磷石膏粉末、质量百分比10-15%的煤渣粉末、质量百分比 30-40%的底泥粉末和质量百分比5-10%的石灰粉末混合并在混料机中搅拌均勻，得到混合原料；
(2)按每克混合原料添加0.4-0. 5ml水的比例，将水和混合原料充分混合后，滴入消泡剂，消泡剂添加量为水体积的0.05-0. 1%，制成料浆，料浆成型后，在20 -25°C、湿度为 90-100%条件下养护24 h ；
(3)养护后材料在600-750°C下煅烧1.5-2 h，温度以10°C /min的速率升温，煅烧后自然冷却至室温即得多孔吸附材料。本发明中所述磷石膏粉末是磷石膏在温度为40士2°C条件下烘干至恒重，碾磨过筛，控制粒度小于0.08 mm制得。本发明中所述煤渣粉末是煤渣在100士2°C烘干至恒重，碾磨过筛，控制粒度小于 0. 08 mm 制得。本发明中所述底泥粉末是底泥在天气晴朗室外条件自然干化一周，然后在 105士2°C烘干至恒重，碾磨过筛，控制粒度小于0. 08 mm制得。本发明中所述石灰粉末是在100士2°C烘干至恒重，过筛至粒度小于0.08 mm制得。本发明中所述消泡剂为聚醚类消泡剂。发明原理本发明的目的在于利用废弃物制备高强度多孔吸附材料，磷石膏、煤渣和底泥中含有多种矿物质，添加少量石灰调节其性能，通过水化反应形成强度较好的胶凝性材料，制备的胶凝材料经养护之后进行煅烧，煅烧步骤使磷石膏中含有的影响性能的有害物质、底泥中含有的有机物挥发或改性，从而使强度进一步提高并形成孔隙，获得较大的比表面积，由此得到一种高强度的多孔吸附材料。
本发明的优点是充分综合利用多种废弃物及污染物的特性制备高强度多孔材料。磷石膏、煤渣及底泥中矿物质经调理水化后可形成强度较高的材料；底泥中的有机质经过煅烧挥发，使材料形成多孔结构。此外，采用灵活的制备方式，使一个步骤可以达到多重效果。如煅烧阶段，通过煅烧首先可以使有机物挥发，形成多孔材料；其次，煅烧的同时使磷石膏中的有害物质挥发或钝化，有利于材料强度的提高；再次，升温煅烧过程可以作为材料的热养护过程，使材料的强度进一步增加。制备材料以废物为主，为废物资源化、底泥稳定化提供了一种途径，少量的辅料石灰的成本较低，所以该材料是一种低成本产品，有较好的工业生产前景，可以实现废物资源化及污染治理的双赢效益。
图1为本发明高强度多孔吸附材料制备流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。实施例1 本多孔吸附材料的制备方法，具体操作如下
(1)取磷石膏于烘箱中在40°C保温36h至恒重，将烘至恒重的磷石膏用轮碾机碾磨， 取出后过0.08 mm筛，筛下物备用；煤渣于烘箱中在100°C下烘干至恒重，取出经过碾磨，然后过0.08 mm筛，筛下物备用；底泥在天气晴朗室外条件自然干化一周，然后置于烘箱中在 105 °C下干燥12 h至恒重，取出后碾磨，过0.08 mm筛，筛下物备用；将石灰于烘箱中在100 °C下干燥8 h至恒重，取出过0.08 mm筛，筛下物备用；
(2)将质量百分比40%的磷石膏粉末、质量百分比15%的煤渣粉末、质量百分比40%的底泥粉末和质量百分比5%的石灰粉末混合并在混料机中搅拌均勻，得到混合原料；
(3)取混合物料500g加入225 ml水充分混合后，加入0. 18ml帝汇化工生产的 DH-X2205混凝土消泡剂，在搅拌机中充分搅拌成为浆料，将浆料加入造粒机中，制成料球， 将料球在养护箱中20°C、湿度为95%条件下养护M h ；
(4)养护后料球用马弗炉加热，以10°C/min的速率升温，升温至650 °C后保温1.8 h， 然后自然冷却至室温即得多孔吸附材料，其强度>3 MPa0实施例2 本多孔吸附材料的制备方法，具体操作如下
(1)取磷石膏于烘箱中在38°C保温37 h至恒重，将烘至恒重的磷石膏用轮碾机碾磨， 取出后过0.08 mm筛，筛下物备用；煤渣于烘箱中在98°C下烘干至恒重，取出经过碾磨，然后过0.08 mm筛，筛下物备用；底泥在天气晴朗室外条件自然干化一周，然后置于烘箱中在 103 °C下干燥12 h至恒重，取出后碾磨，过0.08 mm筛，筛下物备用；将石灰于烘箱中在102 °C下干燥8 h至恒重，取出过0.08 mm筛，筛下物备用；
(2将质量百分比50%的磷石膏粉末、质量百分比10%的煤渣粉末、质量百分比32%的底泥粉末和质量百分比8%的石灰粉末混合并在混料机中搅拌均勻，得到混合原料；
(3)取混合物料500g加入250ml水充分混合后，加入0. 125ml宿州华润化工生产的聚醚消泡剂，在搅拌机中充分搅拌成为浆料，将浆料加入造粒机中，制成料球，将料球在养护箱中25°C、湿度为90%条件下养护M h ；
(4)养护后料球用马弗炉加热，以10°C/min的速率升温，升温至750 °C后保温1. 5 h， 然后自然冷却至室温即得多孔吸附材料，其强度>4 MPa0实施例3 本多孔吸附材料的制备方法，具体操作如下
(1)取磷石膏于烘箱中在42°C保温35 h至恒重，将烘至恒重的磷石膏用轮碾机碾磨， 取出后过0.08 mm筛，筛下物备用；煤渣于烘箱中在102 °C下烘干至恒重，取出经过碾磨， 然后过0.08 mm筛，筛下物备用；底泥在天气晴朗室外条件自然干化一周，然后置于烘箱中在107 °C下干燥11 h至恒重，取出后碾磨，过0.08 mm筛，筛下物备用；将石灰于烘箱中在 98 °C下干燥8 h至恒重，取出过0.08 mm筛，筛下物备用；
(2将质量百分比48%的磷石膏粉末、质量百分比12%的煤渣粉末、质量百分比30%的底泥粉末和质量百分比10%的石灰粉末混合并在混料机中搅拌均勻，得到混合原料；
(3)取混合物料500g加入200 ml水充分混合后，加入0. 2 ml晗泰化工生产的聚醚消泡剂，在搅拌机中充分搅拌成为浆料，将浆料加入造粒机中，制成料球，将料球在养护箱中 23°C、湿度为100%条件下养护M h ；
(4)养护后料球用马弗炉加热，以10°C/min的速率升温，升温至600°C后保温2 h，然后自然冷却至室温即得多孔吸附材料，其强度>4 MPa0
权利要求
1.一种多孔吸附材料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行(1)将质量百分比40-50%的磷石膏粉末、质量百分比10-15%的煤渣粉末、质量百分比30-40%的底泥粉末和质量百分比5-10%的石灰粉末混合并搅拌均勻，得到混合原料；(2)按每克混合原料添加0.4-0. 5ml水的比例，将水和混合原料充分混合后，滴入消泡剂，消泡剂添加量为水体积的0.05-0. 1%，制成料浆，料浆成型后，在20 -25°C、湿度为90-100%条件下养护24 h ；(3)养护后材料在600-750°C下煅烧1.5-2 h，温度以10°C/min的速率升温，煅烧后自然冷却至室温即得多孔吸附材料。
2.根据权利要求1所述的多孔吸附材料的制备方法，其特征在于石膏粉末是磷石膏在38-42°C烘干至恒重，碾磨过筛至粒度小于0. 08 mm制得。
3.根据权利要求1所述的多孔吸附材料的制备方法，其特征在于煤渣粉末是煤渣在98-102°C烘干至恒重，碾磨过筛至粒度小于0. 08 mm制得。
4.根据权利要求1所述的多孔吸附材料的制备方法，其特征在于底泥粉末是底泥自然预干化，然后在103-107°C烘干至恒重，碾磨过筛至粒度小于0.08 mm制得。
5.根据权利要求1所述的多孔吸附材料的制备方法，其特征在于石灰粉末是石灰在98-102°C烘干至恒重，过筛至粒度小于0. 08 mm制得。
6.根据权利要求1所述的多孔吸附材料的制备方法，其特征在于消泡剂为聚醚类消泡剂。
全文摘要
本发明公开了一种多孔吸附材料的制备方法，该方法是用磷石膏、煤渣和底泥作为主要原料，添加少量石灰及消泡剂经过水化、养护和煅烧等程序制备高强度多孔吸附材料，本发明方法简单，易操作，通过本方法制备得到的材料强度高，成本低，本发明实现了废物资源化和污染治理的双赢效益。
文档编号B01J20/02GK102553514SQ20121004725
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者宁平, 瞿广飞, 赵健蓉, 马懿星 申请人:昆明理工大学