一種具有供堿釋鈣能力的多功能陶粒、制備方法及其應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設及一種具有供堿釋巧能力并對水體的憐酸鹽和銅離子有化學吸附作用 的多功能陶粒及其制備方法，屬于無機固體廢棄物資源化利用和環(huán)境工程水處理的技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 造紙廠在堿回收過程中經(jīng)苛化反應會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物一-造紙白泥。其成分W 碳酸巧化C〇3為主，伴隨少量氨氧化巧化(OH) 2和未消解的石灰化0,W及由于原材料不同 而引入的微量鐘、鋼、娃、鐵、儘等礦物元素，含水率高，抑值在9. 7-13. 5,因此被歸為有毒 工業(yè)廢棄物。據(jù)估計，1噸的紙漿大約可W產(chǎn)生0.5噸的造紙白泥。2011年，中國的造紙白 泥產(chǎn)量就達到了 1000萬噸，并且隨著紙業(yè)需求的不斷增長，該產(chǎn)量還在不斷增加中。國外 造紙W木漿為主，而我國則W非木漿（稻草、麥草、龍須草、蘆韋等為原料）為主。非木漿 造紙得到的造紙白泥中雜質(zhì)娃（WSi〇2形式存在）含量高，當將其般燒成石灰在堿回收過 程的苛化反應中循環(huán)使用時，娃會與堿金屬氧化物形成水玻璃物質(zhì)，造成物料膠粘、設備腐 蝕、管道堵塞等問題。因此，我國的非木漿造紙白泥大多被隨地堆放或填埋處理，造成嚴重 的環(huán)境污染和資源浪費。
[0003] 農(nóng)業(yè)廢水、工業(yè)廢水W及城市生活污水是水體中憐的主要來源。典型的富營養(yǎng)化 水體中總憐含量為0. 02-0. 5mg/L(W憐計）；典型的生活污水中總憐含量在3-15mg/L(W 憐計）。在堿性水中加=9. 6-10. 8)，WCaHP〇4為主體的憐酸鹽是最活躍的組分。根據(jù)憐 酸根離子化學性質(zhì)，在堿性氛圍和提供足夠巧離子濃度的條件下可W實現(xiàn)陶粒的高效吸附 除憐。銅鋒礦的開采和冶煉、金屬加工、機械制造、鋼鐵生產(chǎn)等都會引起銅污染。典型的銅 礦山廢水中銅含量在lOOmg/L左右（W化2+計）；典型的微蝕工序產(chǎn)生的廢水中銅含量為 100-1000mg/L(W化2+計）。當銅含量達0.Img/L時，水中的生化耗氧過程明顯受到抑制； 當銅含量為0. 1-0. 2mg/L時，魚類即可死亡。中和沉淀法是處理含憐或含銅離子廢水最普 遍、最簡單的方法之一，它通過投加堿性藥劑將廢水的抑值調(diào)整至使憐酸根、銅離子具有 最小溶解度的范圍，使其沉淀下來，但是該方法產(chǎn)生的污泥會帶來二次污染問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種具有供堿釋巧和吸附截留能力的多功能陶粒及其制備 方法。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：一種具有供堿釋巧能力的多功能陶粒，所述 的多功能陶粒是W巧長石和巧侶黃長石為主要礦物相，W娃灰石為次要礦物相的多孔復相 陶瓷，其中，活性氧化巧質(zhì)量含量在0. 6%W內(nèi)。
[0006] 上述多功能陶粒的具體制備步驟是：
[0007] 第一步，將木屑和高嶺±分別粉磨成粒徑在100目W上的粉體； 陽00引第二步，按照造紙白泥：粉煤灰：木屑：高嶺±二（36-55) :(24-53) :(1-10): (1-20)的質(zhì)量百分比進行稱重，先將造紙白泥放入攬拌機中攬拌均勻，然后加入剩余原料 按水固比為0.02-0.10加水攬拌至均勻；
[0009] 第=步，將制備的混合物造粒制成料球；
[0010] 第四步，將料球在室溫下進行自然養(yǎng)護；
[0011] 第五步，將自然養(yǎng)護后的料球進行干燥，先于55±5°c下干燥1-2小時，然后再于 75±5°C下干燥1-2小時，最后于105 +5°C下干燥10-12小時；
[0012] 第六步，將干燥后的料球進行般燒，般燒溫度為950-110(TC，升溫速率是先W 10°C/min從室溫升到750-850°C，保溫30-60分鐘，然后W5°C/min繼續(xù)升至950-1100°C， 保溫0. 5-2小時后隨爐冷卻得到多功能陶粒。
[0013] 第二步中，造紙白泥中總的CaO質(zhì)量含量在44-52%范圍內(nèi)。
[0014] 第S步中，造粒的粒徑控制在0. 5-20mm內(nèi)。
[0015] 第四步中，自然養(yǎng)護的時間不少于24小時。
[0016] 一種供堿釋巧能力的多功能陶粒在處理含憐或含銅離子廢水中應用。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：（1)本發(fā)明W工業(yè)廢棄物造紙白泥為原料 生產(chǎn)附加值高的環(huán)保產(chǎn)品，滲量大，利用率高，解決了造紙白泥帶來的污染問題；（2)本發(fā) 明原料價格低廉，制備工藝簡單，生產(chǎn)設備成熟，運行成本低，適合大規(guī)模推廣應用；(3)本 發(fā)明制備出的陶粒具有釋放Ca2+和OH的能力，使水體達到堿性氛圍并可控，避免了堿性藥 劑直接投放帶來的出水抑值超標、二次污泥污染等問題；(4)本發(fā)明制備出的陶粒除憐效 果好，出水水質(zhì)可達城鎮(zhèn)污水處理廠綜合排放一級A標準，適用于市政污水、工業(yè)廢水的除 憐系統(tǒng)；（5)本發(fā)明制備出的陶粒除銅效果好、速度快，出水水質(zhì)達到污水綜合排放標準中 的=級標準，適合工業(yè)廢水的除銅系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0018] 圖1是利用造紙白泥制備具有供堿釋巧能力的多功能陶粒的工藝流程圖。
[0019] 圖2是利用造紙白泥制備的具有供堿釋巧能力的多功能陶粒的XRD圖譜。
[0020] 圖3是利用造紙白泥制備的具有供堿釋巧能力的多功能陶粒的光學顯微鏡照片 (放大150倍）。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合實例進一步說明本發(fā)明的制備和應用過程。
[0022] 本發(fā)明的原理是：（1)陶粒多孔性的獲得。800°C左右造紙白泥中的碳酸巧受熱 分解，見式（a)，產(chǎn)生大量的C〇2氣體并不斷逸出，在陶粒內(nèi)部形成5-15ym范圍的連通孔 隙，原料中的有機物木屑在般燒過程中燃盡則使陶粒中形成100-200ym范圍的大孔，陶 粒中的孔徑呈雙峰分布。（2)陶粒的低溫般燒機制。造紙白泥、粉煤灰等原料的混合物屬 于化〇-Al2〇3-Si化體系，經(jīng)過950-1100°C的般燒，可形成巧長石（CaAl2Si2〇8)、巧侶黃長石 (CazAlzSiO,)、娃灰石（CaSi〇3)等礦物化具體固相反應過程見式化)-(d)。首先，粉煤灰 等原料中的莫來石（AleSi2〇i3)、石英（Si〇2)與造紙白泥受熱分解得到的活性氧化巧CaO反 應，生成巧侶黃長石，見式化）。巧侶黃長石繼續(xù)結(jié)合莫來石、石英，生成巧長石，見式（C)。 若提高原料中造紙白泥含量，分解得到的活性氧化巧含量增加，陶粒中可反應得到更多的 巧侶黃長石和娃灰石，見式（d)。造紙白泥屬于化學沉積碳酸巧，顆粒細小（中位徑Ds。= 17. 58ym)，且其含有Si、化等雜質(zhì)，使得造紙白泥在陶粒中的分解溫度降低（780°C左右）， 礦物相合成的固相反應在ll〇〇°C前即可完成。（3)陶粒的供堿釋巧性能。由于低溫般燒及 Si、化等元素滲雜使陶粒中生成的巧長石和巧侶黃長石晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生部分缺陷，獲得一定 的水解能力，即接觸水溶液后，Ca2+和OH可從陶粒中不斷溶出，見式（e)和訊。本發(fā)明的 陶粒在與水接觸12小時后，可釋放145-321mg/L的Ca2+,抑范圍保持在9.7-10.9。在堿性 氛圍下，Ca2+與PO/或者OH與化2+結(jié)合形成沉淀并被陶粒吸附截留，見式（g)和化），達 到良好的除憐除銅效果，同時材料本身環(huán)境友好，不會產(chǎn)生二次污染問題。 W23]CaC〇3=CaO+C〇2t (a)
[0024] AleSi2〇i3+6CaO+Si〇2=SCazAlzSiO? (b)
[00巧]SC^AlzSlOy+AleSizOn巧Si〇2= 6CaAl zSizOs (c)
[0026]AleSi2〇i3+(n+6)CaO+(n+l)Si〇2= 3Ca2Al2Si〇7+nCaSi〇3 (d)
[0027] CaAl2Si2〇s+3H2〇=Ca2+巧OH+Al2[Si205] [0田4 (e)
[0028] 2Ca2Al2Si〇7+9H2〇 = 4Ca2++60H+2A1 [0田4+AI2[Si205] [0田4 (f)
[0029] Ca""+HP〇/ =CaHPO4(g)
[0030] 化2++2地=Cu(OH)2 化）
[0031] 本發(fā)明的原料造紙白泥取自江蘇徐州，粉煤灰取自江蘇南京，高嶺±取自浙江寧 波，具體化學成分見表1。造紙白泥總的CaO質(zhì)量含量為45. 18wt%，在44-52%范圍內(nèi)。
[0032] 表1制備具有供堿釋巧能力的多功能陶粒的原料的化學成分含量（wt% )
[0034] 實施例1 :結(jié)合圖1，本發(fā)明一種具有供堿釋巧能力的多功能陶粒的制備與應用 為：
[0035] 將粉磨好的原料按照造紙白泥：粉煤灰：木屑：高嶺±二36 :53 :10 :1的質(zhì)量百 分比進行稱重后攬拌，水固比為0.1;將攬拌均勻的混合物放入成球盤中造粒，制成粒徑為 2-5mm的料球；將料球在室溫下放置24小時進行自然養(yǎng)護；將自然養(yǎng)護后的料球放入預熱 害中進行干燥；將干燥后的料球放入賠燒害中進行般燒，般燒溫度為ll〇〇°C，升溫速率是 先W10°C/min從室溫升到800°C，保溫1小時后W5°C/min繼續(xù)升至Iiocrc，保溫0. 5小 時后隨爐冷卻。
[0036] 該陶粒的堆積密度為884kg/m3,表觀密度為1. 368g/cm