利用山东铝厂拜耳法赤泥、河道底泥基本等量添加制备水处理陶粒的技术方法探讨的毕业设计／论文 30页

由丁•拜耳法赤泥中不存在2CaO-SiO2等活性成分，另外含铁高，耐腐蚀性差，很难直接用于建材行业。针对拜耳法赤泥中铁含量较高的特点，国内外对拜耳法赤泥中回收铁进行了广泛研究，可以实现赤泥中铁的凹收利用，但拜耳法赤泥选铁，存在成木高，企业难以接受的问题。冃前对拜耳法赤泥处理的主要途径是筑坝堆存，不仅占用土地，污染环境，也造成了资源的浪费。河道底泥是由于河水流速变缓而沉积于河床中的淤泥，如不及时清理，将导致河床增高,严重影响河道的行洪能力，如淄博市孝妇河。冃前常见的城市河道清淤疏浚，可以解决河道的行洪能力，但疏浚后的底泥只是暂时的搬运，不能从根本上解决其对环境的影响，且占用土地。因此，对拜耳法赤泥、河道底泥进行处理利用，使其变废为宝，具有重大的现实意义。本次试验研究，以资源化利用为冃的，探讨利用拜耳法赤泥和有机质含量、粘土类含量较高的河道底泥为主耍原料，两者等量添加或基本等量添加，然后掺加少量煤粉等造孔剂混合制备水处理陶粒滤料的技术方法，并确定陶粒最住配方、烧结温度等对陶粒性能影响的工艺参数，使制备出的陶粒满足《水处理用人工陶粒滤料标准》，并且对水中的溶解油有较多的吸附位点和较高的去除效率。试验结果表明：陶粒中随着拜耳法赤泥用量的增加，水中溶解油的去除率降低；而随着有机质含量、粘土类含量较高的河道底泥的增加，水中溶解油的去除率升高。在试验条件下，对水中溶解油有较高去除率的物料配方为拜耳法赤泥45%、孝妇河底泥3()%、煤讦石17%、碳粉2%、碳酸钙3%、碳酸氢钠3%。混合料滚球时间为5min,喷水量为混合料30%,烧成制度为？(怎么烧的？)配方中各组分的含量为:SiO244.537%、CaO3・907%、A12O320.237%、Fe2O312.357%、MgO1.506%、K2O1.587%、Na2O4.077%。将最住配方进行陶粒性能的测定，得出：破碎率0.05%、盐酸可溶率0.54%＞堆积密度1.54g/cm3、粒内孔隙率55%、空隙率45%,比表面积8.56X104cm2/g,满足水处理用人:T•陶粒滤料标准；经过9小时的除油试验，对水中溶解油的去除率平均为？。关键词：拜耳法赤河道泥河道底泥陶粒滤料水处理溶解油的去除率\nABSTRACTThesolidwastenamedBayerprocessredmudisproductedfromtheprocedureofAbO3（alumina）.Aluminaproductionprocessofthesolidwasteintheredmudofourannualemissionsby4milliontoninmorethanacumulativetotaloftwobillionDecontaminatedt,buttheutilizationrateisonly15%.Redmudstorageusesalargenumberofoccupiedlandandfarmlandandredmudgiveoffsomeleachingofpollutantsintothewater,suchasfluoride,alkali,andthiswillbealargenumberofdissolution,pollutiontogroundwater.Theimpactofecologicalenvironmentandhumanhealthismorefurther.Thepilotstudyistouselargeresourcesforthepurposeofexploringtheuseofsolidwasteinaluminumplantofshandong,suchasBayerprocessredmud.redmudceramsitepreparationoftechnicalmethodsandformulastodeterminethebestceramsite,sinteringtemperature,holdingtimeandtheredceramsitemudcontentonthepropertiesofprocessparameters,etc.,sothattheceramicwaspreparedtomeettherequirementsofwatertreatment.Tsetresulrs:bowlingtimeis5min.Thefiringtmperaturedifferentsfiroml100°C,1110°C,1113°C,1115°C,1118°C,,whichistestingtemperaturesinordertoworkouttheformulatoexploreoneofthebestformulation,namely:Bayerprocessredmud45%,Xiaofu-riversediment30%.Ganguel7%,Toner2%,Calciumcarbonate3%,Sodiumbicarbonate3%.Formulationsofthecontentofeachcomponent:SiC）244.537%,CaO3.907%,A12O320.237%,Fe2O312.357%,MgO1.506%,K201.587%,Na204.077%.Thesinteringtemperatureis1115°C.Sowegetthebestformula:thebreakingrateis0.05%,thehydrochloricacidsolublerateis0.54%,thebulkdensityis1.54g/cm\theintragranularporosityrateis55%,thevoidrateis45%,thesurfaceareais8.56XlO’cm'/g.Ceramicwaterfiltertomeettheartificialstandards・\nKeywords:ceramicfilter;redmudofBaier;Ceramicwater\n第一章引言课题的背景和意义赤泥是氧化铝生产过程产生的最大废弃物，也是氧化铝厂最大的污染源。按照氧化铝生产过程不同，所产生的赤泥可分为烧结法赤泥和拜耳法赤泥。烧结法赤泥由于经过1200°C高温锻烧，其中含有大量的2CaO•SiO?等活性矿物组分，可以直接应用于建筑材料生产。拜耳法冶炼氧化铝采用的是强碱NaOH溶岀高铝、高铁、一水软铝石型和三水铝石型铝土矿，所产生的拜耳法赤泥中不存在2CaO・SiO2等活性成分，另外含铁高，耐腐蚀性差，很难直接用于建材行业。针对拜耳法赤泥中铁含量较高的特点，国内外对拜耳法赤泥中回收铁进行了广泛研究，可以实现赤泥中铁的回收利用，但拜耳法赤泥选铁，存在成本高，金业难以接受的问题。冃前对拜耳法赤泥处理的主要途径是筑坝堆存，不仅占用土地，污染环境，也造成了资源的浪费。粘土类含量较高的河道底泥为河水流速变缓而沉积于河床中的淤泥，如不及时清理，将导致河床增高，如淄博孝妇河，严重影响河道的行洪能力。冃前常见的城市河道清淤疏浚，可以解决河道的行洪能力，但疏浚后的底泥只是暂时的搬运，不能从根本上解决其对环境的影响，且占用土地。因此，利用拜耳法赤泥和河道底泥为主耍原料混合制备水处理陶粒滤料，使其变废为宝，具有重大的现实意义。用烧结法制备的陶粒由于密度小、内部多孔、有巨大的比表面积、且具有一定强度和坚固性，因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震、良好的隔绝性（保温、隔热、隔音、隔潮）和过滤性能好等多功能特点，广泛应用于建材、环境T程、食品饮料、耐火保温材料等领域。1.2国内外研究状况国内外学者对赤泥综合利用的研究工作集中在水泥、新型墙材、铺路材料、\n微晶玻璃、建筑陶瓷、塑料填料、合成硅肥、有价金屈凹收、废水、废气的处理以及赤泥催化剂等方面，用于烧制陶粒则是冃前研究的热点。虽然长期以来国内外对赤泥的综合利用进行了大量的研究，但是大量赤泥经排放后不加以利用，不仅占用大量的土地和农出，而且耗费较多的堆场建设和管理费用，而且赤泥中的氟化物、碱等污染物在浸泡和淋溶作用下会大量溶出，污染地下水，影响生态环境和人体健康。由于矿石成分和氧化铝生产方法的不同，赤泥的化学和矿物组成差别很大，赤泥利用的途径也因之而异。曾报道有很多综合利用赤泥的方案，但由于技术上和经济上的种种原因，大多数未付诸工业实践。一、国外拜耳法、水处理滤料研究动态国外主要是拜耳法赤泥，由于铁含量高，大多以具作为炼铁原料。其次在建材和化T方面应用也较多。下面就分别介绍一下国外赤泥的应用情况：拜耳法赤泥的应用：俄罗斯第聂伯铝厂利用赤泥生产水泥，生料屮赤泥配比可达14%。日木三井氧化铝公司与水泥厂合作，以赤泥为铁质原料配入水泥生料,水泥熟料可利用赤泥5〜20kg/（。原西德铝业公司从60年代末用赤泥作沥青填料；日本和美国用赤泥制造人T轻骨料混凝土，比天然卵石混凝土强度还高，己获国际专利；美国利用赤泥生产砖，英国把赤泥应用于陶瓷丁业和T.业砖，均获专利；前东德用赤泥生产混凝土轻型构件己获专利；前苏联把赤泥用作道路基层材料。美国、日本等将赤泥作橡胶、塑料的填料。另外，农业、环境等方面也有拜耳法赤泥利用方面的研究报导，如：德国北部平原，用赤泥作土壤改良剂，使荒地改造成肥沃的耕地，土壤的矿物质和养分均有增加。德国试验用赤泥作为筑路材料，用赤泥和软泥混合填充低H地,变贫痔的土地为良田。美国、日木利用赤泥作废水、废气的净化剂，效果良好,成本低等。随着人类对供水水质耍求的提高和供水量的增加，以及对污水排放标准的不断提高，已开发研究出了各种水处理滤料，包括石英砂，无烟煤，聚苯乙烯球粒等。由丁这类滤料部分存在着造价高或比表面积小等固有缺点，促使研究者不断开发新型滤料来代替。由于陶粒的材料廉价易得，而且具有轻质、多孔、易挂膜和生物相容性好等优点，是冃前生物滤料的研究重点。因此美国、口本、英国等许多国家对此作了大量研究。由于现代T农业的发展，现有水源正遭受着各种各\n样的环境污染威胁，许多水源水已转变为微污染水源，使具处理难度增大。陶粒滤料应具有以下要求：(1)吸附性能：陶粒滤料在生产中应注意选用具有高吸附性能的原材料，使生产的陶粒滤料对微污染水屮的有机污染物具有较强的吸附能力。(2)离子交换能力：水源中的金属离子含量由丁•污水的排放变得越来越高，有效地去除是净水工艺中的重要环节。采用具有离子交换能力的材料作为陶粒滤料的原材料，具有十分现实的意义。因此美国等一些国家对此作岀了一些技术改进：(1)改进配料方案及烧结工艺：一些国外专家就是用陶土掺加化工原料造孔，在1180°C左右烧出较理想的轻质球形陶粒滤料，强度较高，比表而积2X104〜1.5X105m2/go采用添加有机造孔剂的方法,以粉煤灰为主要原料,粘土为粘接剂，经造球和高温烧结等工艺，开发出轻质多孔球形生物滤料；制备的新型滤料产品孔径分布为5〜25nm,比表而积8-9m2/g,与传统的生物滤料相比具有视密度小，比表面积大和表面粗糙易生物挂膜等优点。这对新型滤料开发和废弃资源利用无疑具有很大意义。(2)对陶粒进行表而改性：改性的冃的就是增加陶粒表面吸附作用。当前改性方法主要有表面覆盖金属氧化物，金属氢氧化物和正离子集团。作用机理是表面静电作用和微孔的吸附作用。二、国内拜耳法赤泥、河道底泥、水处理陶粒研究动态多年来，我国针对赤泥的综合利用，开展了许多研究丁作，探索出了一些技术可行、效益较好的利用途径。在有的氧化铝厂，已具有相当的工业利用规模。但从整体上看，烧结法赤泥得到了不同程度的利用，拜耳法赤泥尚未解决大量利用的问题。由丁•拜耳法赤泥排量大，含水率高，碱性强等特点，综合利用进展不快。针对拜耳法赤泥屮铁含量较高的特点，国内对拜耳法赤泥中回收铁进行了广泛研究，可以实现赤泥中铁的冋收利用，但拜耳法赤泥选铁，存在成本高，金业难以接受的问题。冃前对拜耳法赤泥处理的主要途径是筑坝堆存，不仅占用土地，污染环境，也造成了资源的浪费。河道底泥是由丁河水流速变缓而沉积于河床中的淤泥，如不及时清理，将导致河床增高，严重影响河道的行洪能力。冃前常见的城市河道清淤疏浚，可以解\n决河道的行洪能力，但疏浚后的底泥只是暂时的搬运，不能从根本上解决其对环境的影响，且占用土地。水处理陶粒滤料具有一定的孔隙，表面粗糙，适宜于微生物的附着、固定和生长，是较理想的生物载体，H陶粒比表面积大，能获得较高的生物量，因而具有较强的生物氧化能力，可以用于城市污水处理，卬染废水处理等。多孔的陶粒也可以用纳米二氧化钛等改性处理，制备具有光催化活性的水处理材料和抗菌材料用于有机废水处理和养殖废水处理⑷。长期以来，我国污水处理T艺屮的滤池滤料主要采用砂、石、焦炭、矿渣、无烟煤等不规则填料以及塑料材质的蜂窝填料、波纹填料和纤维填料等。这些填料或滤料都不同程度地存在缺陷，如不规则滤料水流阻力大、容易堵塞；塑料滤料挂膜性能差，易老化等。近年来兴起的曝气生物滤池所用的陶粒滤料，主耍采用口然资源粘土烧制而成，这将消耗大量的粘土资源，成本高。拜耳法赤泥、河道底泥理论上均具备生产水处理陶粒滤料的条件，王平升等用山东铝厂烧结法赤泥进行了制备水处理用多孔陶粒滤料的研究，并将具用于含油废水处理，结果表明除油效果明显⑴。谢襄漓等用广西平果铝业公司生产氧化铝所产生的拜耳法赤泥，采取适当的烧结工艺制备了可以用于水处理的烧胀赤泥陶粒滤料⑵，该法的缺陷是需要耗费自然资源膨润土和淀粉，成本高。徐淑红等用上海市桃浦河河道底泥和城市污水处理厂脱水污泥为原料进行了烧制水处理陶粒的研究⑶。我院《环境工程专业毕业生》曾分别用山东铝厂拜耳法赤泥为主要原料和淄博孝妇河黄土崖段河道底泥为主要原料进行制备水处理陶粒滤料的试验研究，结果表明：用山东铝厂拜耳法赤泥为主耍原料、只掺加少量淄博孝妇河黄土崖段河道底泥和粉煤灰制备水处理陶粒滤料，所制备的陶粒虽然可以达标，但还存在陶粒密度大，显气孔率小、气孔孔径小的问题，这可能一是拜耳法赤泥加量过大，二是造孔剂加量不够而引起，若将上述陶粒用于废水处理，不仅增加水处理过程的水头损失，而且吸附效果也不好；用淄博孝妇河黄土崖段河道底泥为主耍原料，只掺加少量的粉煤灰、山东铝厂拜耳法赤泥及造孔剂，则可以制备出\n开口孔多、孔径大、密度小、且各项指标满足《水处理用人工陶粒滤料》产品标准的陶粒，但不能同时解决淄博市山东铝厂拜耳法赤泥大量堆积的问题。迄今为止，用拜耳法赤泥和有机质含量、粘土类含量较高的河道底泥为主耍原料，两者等量添加或基本等量添加，然后掺加少量煤粉等造孔剂混合制备水处理陶粒滤料，并用于水屮溶解油的吸附去除未见报道。1.3本课题的主要研究目的、内容和目标1.3.1研究目的本次试验研究，以资源化利用为冃的，探讨利用拜耳法赤泥和有机质含量、粘土类含量较高的河道底泥为主要原料，两者等量添加或基本等量添加，然后掺加少量煤粉等造孔剂混合制备水处理陶粒滤料的技术方法，并确定陶粒最佳配方、烧结温度、冷却方式等对陶粒性能影响的工艺参数，使制备出的陶粒满足《水处理用人工陶粒滤料标准》，并且对水中的溶解油有较多的吸附位点和较高的去除效率。1.3.1研究的主耍内容：1、确定陶粒制备工艺流程及物料配比方案，按照物料配比方案制备相应的生陶粒；2、将生陶粒按照烧结曲线进行烧结试验，测定试验结果并进行分析，确定对水屮的溶解油有较多的吸附位点和较高的去除效率的物料最佳配方及烧结最住工艺参数。二、冃标：（一）、要求制备的陶粒显气孔率$50%,气孔孔径H测达到毫米级，视密度1.3-1.6g/cm3o可以沉于水中。匚）、陶粒的其它齐项性能耍达到《水处理用人工陶粒滤料》的产品标\n准，标准编号为CJ/T229-2008o（三）、将制备的陶粒用于含溶解油废水处理，具有较高的除油效率。三、主要创新点及技术水平（-）木次试验的主耍创新点在于：1、用拜耳法赤泥和有机质含量、粘土类含量较高的河道底泥为主要原料,两者等量添加或基本等量添加，然后掺加少量煤粉等造孔剂混合制备水处理陶粒滤料。2、陶粒的显气孔率大、气孔孔径ri测达到毫米级，对废水中溶解油等污染物的吸附位点多，去除率高。（-）技术水平：国内领先。1.4拟解决的关键问题（一）、拜耳法赤泥、孝妇河河道底泥基本等量添加，制备水处理陶粒试验的最佳配方。（二）、拜耳法赤泥、孝妇河河道底泥制备水处理陶粒试验的成球制度。（三）、拜耳法赤泥、孝妇河河道底泥制备水处理陶粒试验的烧成制度。（四）、制备的陶粒对水中溶解油有持续、稳定、较高的去除率。\n第二章试验方法2.1仪器设备2.1.1实验设备表2-1实验用设备列表设备型号等圆盘粉碎机功率l.lkw,（南昌市力源矿冶设备有限公司生产）940转/分标准振筛机0200,XGB-70A行，柳州探矿机械厂，振击:1.47次/分；摇动:22次/分；旋转半径：12.5mm；功率：0.37kw120目，（浙江上虞市东华检测仪器厂）筛子DY-CO2O型糖衣机2BI01-in型，淄博仪农厂，电圧220,体积600*500*750mm电热鼓风干燥箱SX2斗10型（山东省龙口市先科仪器公司）箱式电阻炉（马弗炉）F-A2104型，（上海精科天平）万分之一天平托盘，琳璃或盅，干燥器，量筒，喷水器，铁子，胶头滴其它管，烧杯，铲子，毛刷等2.2试验原料221拜耳法赤泥本次试验所用赤泥取自山东铝厂。拜耳法赤泥的化学组成比较复杂，主耍包括A1O、Si02>Fe2O3>CaO>T12O.N&Q、KO此外，还含有少量稀有金属和\n放射性元素。表2-3列岀山东铝厂拜耳法赤泥化学成分。表2-2拜尔法赤泥的化学组成MgNa2矿物Si02AI2O3Fe203CaOK20烧失SO0质量分数/%21.4821.9228.842.930.20.099.169.4695.97222孝妇河底泥孝妇河底泥的其化学组成见表2-4o表2-4孝妇河底泥的化学组成矿物Si02ALO3Fe203CaOMgOK20Na20烧失X质量分数/%6117.223.586.783.42.262.59.4106.142.2.3煤石干石煤肝石取自淄博市某煤矿，主要矿物为高岭石、伊利石、长石、石英、磁铁矿、云母等，主要化学成分见下表。煤价石试样经破碎、细磨，过100冃筛后测定T•艺性能，其可塑性指数为14.23〜18.40,熔融范囤为1020°C〜1230°C。1表2-5煤硏石的化学组成矿物Si02AI2O3Fe203CaOMgOK2ONa20烧失质量分数/%51.1321.574.652.010.922.410.5715.8899.142.2.4造孔剂\n本次试验研究还用到了一些造孔剂如碳粉、碳酸钙、碳酸氢钠等。添加冃的用来提高水处理陶粒的空隙率。2.6陶粒制备技术路线陶粒制备技术路线示意图如下:图2-2陶粒制备技术路线示意图2.3陶粒原料制备2.3.1原料的磨碎先将赤泥在电热鼓风干燥箱内烘5-6小吋，将原料取出冷却至室温，用锤子把大块赤泥破碎至适当大小使其可进入盘式破碎机。具体操作步骤如下：将破碎后的较小物料倒入圆盘粉碎机屮后，打开电源，开始磨料，圆盘粉碎机的转速为940转/分，磨出的最细颗粒可达到0.15mm,待添加的料磨完后取出物料倒入备用装料袋内，继续添加待磨物料，重复该操作过程，直到够用为止。最后使用标准筛振筛机加上120冃筛子过筛，当筛余达到三5%,则满足要求。将孝妇河底泥先用盘式破碎机磨碎，其步骤同上。将通过盘式破碎机破碎的底泥用锥形球磨机（240*90规格）磨碎，取出物料后使用标准筛振筛机加上160冃筛子过筛，当筛余达到＜5%,则满足要求。物料和磨球的质量比为1：4,物料和球总共占球磨机容积的35%-40%,X球要满足人球和小球少，中间球多\n的原则，磨碎时间为30mino232原料的烘干将磨碎达到耍求的物料放入电热鼓风干燥箱内，调节电热鼓风干燥箱上的旋钮使得干燥箱内温度在100°C左右。烘干，至恒重，并于干燥器中冷却至室温后称量，重复进行至最后两次称量Z差不大于所称样品质量的0.1%时，即为恒量。取最后一次质量作为计量依据，待用。2.3.3原料的储存将磨碎的物料放入干燥的塑料袋内扎紧口后放入干燥的环境中储存。以备后用。2.4原料配比本研究的主要是为了探索赤泥和孝妇河底泥的利用，因此在配比上耍尽量保证赤泥和孝妇河底泥在混合物屮的最大含量，但也耍保证制备出的陶粒具有良好的除油性能及适当的密度。为此，采用了不同的原料配比进行试验，其中赤泥的含量从30%〜50%不等。以赤泥、孝妇河底泥以及煤斫石为主要原料，经成球机成型、马弗炉内高温烧结，制备成表而粗糙、比表而积大、孔隙率高、抗压强度高的陶粒。陶粒的主要化学成分为Si()2、AL03>FeA、Ca0>MgO等，不含对人体有害的重金属离子及其他有害物质。表2不同实验方案的原料组成和主要化学成分陀方主要原料百分比/%主要化学组成/%编号赤泥煤不T石底泥造孔剂SiCLCaOALOBFezO：；PF1\nPF2PF62.5成球制度2.5.1喷水制度查阅相关资料和文献后,得到试验的范用为含水率20%-30%o经预试验30%的水最为合适。配制200g物料，取物料100g放入糖衣机内，然后在物料表面喷洒一部分水，使所喷的水尽量均匀，打开电源待糖衣机转起来后每隔10秒左右喷一次水，直到物料屮有大量直径在lT・5mni左右的小球时将剩余的物料分批次加入。并同时不断喷水保持小球表面湿润，待小球滚圆并达到一定粒径时取出。2.5.2滚球制度现将充分混匀物料的40%-50%倒入滚球机中，剩余50%-60%备用°喷壶内装入100ml自来水，将压力加至最大，放在仪器旁边，待用。打开机器以既定的速率转动，按照上述喷水制度喷入定量水分Z后，再转动1-2min,自启动机器起，保证膵内物料有不少于十分钟的滚动，后关机器，此吋即可保证陶粒的硬度。如需耍大量生产统一配方的陶粒时还可采用“二次成球制度”其方法如下：将前一批滚好的陶粒过筛，取小丁粒径耍求的陶粒再次放入滚球机内，分批次加入干料，并不断的喷水，保持小球表面湿润（有利于粘附大颗粒碳粉），当粒径达到所需要求时，即可将滚好的小球取出，烘干备用。2.5.3筛分\n取出成球后的陶粒放入直径10mm、5mm、2.5mm的筛了中，筛子安放顺序为10mm在上，5mm为中间，2.5mm在下。然后震荡儿分钟。取出2.5mm到5mmZ间的陶粒（2.5mm・5mm粒径Z间的陶粒实际应用的最多）。2.5.4烘干粒状陶粒先放入高温干燥箱干燥（温度100°C,时间为3〜4h）,至恒重既重复进行至最后两次称量Z差不大丁所称样品质量的0.1%时，即为恒重。取岀筛分不同粒径后放入马弗炉中进行烧制。2.6烧成制度陶粒的制备工艺关键是烧结的过程。将烘干好的陶粒移入马弗炉中，设定一定升温速率，经过一段时间后，温度升至一定温度，然后在此温度处保温一段吋间。这一过程为预热过程，也可以将陶粒中的结晶水去掉。设定每组陶粒最高烧结温度，此时以另一升温速率继续升温，达到最高烧结温度后，保温一段时间Z后关闭马弗炉不再加热，让陶粒在炉内自然冷却？。2.8陶粒性能测定方法2.8.1破碎率和磨损率一、操作称取经洗净干燥并截留丁•孔径0.5mm试验筛上的陶粒滤料样品约100g,置丁内径50mm、高150mm的金属圆筒内。加入6颗直径8mm的轴承钢珠，盖紧筒盖，在行程为140mm.频率为150次/min的振荡机上振荡15mino称量通过孔径0.5mm试验筛的样品质量。\n二、计算破碎及磨损率按式(2-1)计算。C；=^X1OOm(2-1)式屮：G,——破碎率与磨损率Z和，%；mb——通过孔径0・5価分样筛的样品质量，g；m-----陶粒滤料样品总质量，go2.8.2含泥量的测定一、操作称取干燥陶粒滤料样品约500g,置T-lOOOmL烧杯中，加入水，充分搅拌5min,浸泡2h,然后在水中搅拌淘洗样品，约lmin后，把浑水慢慢倒入孔径为0.08mm的试验筛屮。测定前，试验筛的两而先用水湿润。在整个操作过程中,应避免陶粒滤料损失。再向筒中加入水，重复上述操作，直至筒屮的水清澈为止。用水冲洗截留在筛上的颗粒，并将筛放在水中来回摇动，以充分洗除小丁0.08mni颗粒。然后将筛上截留的颗粒和杯中洗净的样品一并倒入已恒量的搪瓷盘屮，置于105°C〜110°C的干燥箱屮干燥至恒量。二、计算含泥量按式(2-2)计算。(2-2)xlOO式中：Cs------含泥量，%;m-----淘洗前陶粒滤料样品的质量，g;ms——淘洗后陶粒滤料样品的质量，go\n2.8.3密度的测定一、操作向李氏比重瓶中加入煮沸并冷却至约20°C的水至零刻度，塞紧瓶盖。在20°c±rc的恒温水槽中静置lh后，调整水面准确对准零刻度，擦干瓶颈内壁附着水，通过长颈玻璃漏斗慢慢加入洗净干慄的陶粒滤料样品约30g,边加边向上提升漏斗，避免漏斗附着水及瓶颈内壁粘附样品颗粒。旋转并用手轻拍比重瓶，以驱除气泡。塞紧瓶盖，在20°c±rc的恒温水槽中静置lh后，再用手轻拍比重瓶，以驱除气泡，记录瓶中水面刻度。二、计算方法密度按式（2-3）计算。mP=—v（2-3）式屮：p--------密度，g/cm3；m-----陶粒滤料样品的质量，g;v——李氏比重瓶中水面刻度，cm%2.8.4堆积密度的测定一、操作取陶粒滤料约0.8L,放入干燥箱内干燥至恒量。用取样勺将试样从离容量筒（容量筒用金属制作，其内部直径与高度均为100mm）上方50mm处（或采用标准漏斗）均匀倒入，让试样自然落下，不得碰撞容量筒。装满后使容量筒口上部试样成锥体，然后用直尺沿容量筒边缘从屮心向两边刮平，表面凹陷处用粒径较小的滤料填平后，称量。二、计算方法堆积密度按式（2-4）计算。\nm厂叫(2-4)式中：Pp-----堆积密度，g/cm3；叫——陶粒滤料样品和容量筒的质量，g;mv——容量筒的质量，g;K-——容量筒的容积，cm3o取两次试验结果的算术平均值作为测定值。如两次结果Z差大于平均值的2%时，应重新取样进行试验。2.8.5表观密度的测定一、操作称取洗净干燥的陶粒滤料样品约30g,放入量筒中浸水lh(如有颗粒漂浮丁•水上，必须用带柄的圆形金属板将其圧入水中)后取出，倒入孔径为0.08mm的筛子上，沥水1〜2mino然后倒在拧干的湿毛山上，用手握住毛山两端，使其成为槽形，让试样在毛巾上来回滚动8〜10次后，倒入瓷盘里。将试样倒入水面为零刻度的李氏比重瓶中，读出水面刻度。二、计算方法表观密度按式(2-5)计算Pw=705)式中：Pap------表观密度，g/cm"；m--------干燥陶粒样品质量，g;V——李氏比重瓶中水面刻度，cm'。取两次试验结果的算术平均值作为测定值。如两次结果Z差大于平均值的2%时，应重新取样进行试验。2.8.6空隙率的测定\n一、操作在测定滤料堆积密度和表观密度的基础上，通过计算，确定滤料在自然堆积状态下颗粒间的空隙率。二、计算方法空隙率按式（2-6）计算”=（1一仏）x100（2-6）Pap式中U——空隙率，％；P3P------堆积密度，g/crn；pa!>----表观密度，g/cm\2.8.7陶粒滤料主要性能参照标准参照人工陶粒滤料项冃指标，见表2-7：表2-7参照标准序号项目参数值破碎率与磨损率之和，Cb/%W612含泥量，Cs/%W13盐酸可溶率,Cha/%W24比表面积，S2/g20.5X10"H./cm5空隙率，v/%$402.9含溶解油废水处理试验采用自配含溶解油废水，将陶粒装柱吸附过滤含油废水，选定含油废水流量为？mL/min,废水停留时间为？min,连续除油9个小时。油的含量采用紫外分光光的法进行测定，滤料的除油率按下式计算：\n除油率（％）=100%X（Co—C』/Co式中：Co，含油废水的的初始浓度，mg/L；G，吸附一定时间后油的残留浓度，mg/Lo\n第三章结果与讨论3.3不同配方下的烧结结果表3-1不同试验方案的原料组成和烧结结果1序号拜耳法河道底碳粉碳酸煤肝碳酸鈣烧结粗糙ji除油赤泥泥(%)(%)氢钠石(%)(%)情况度泡效果(%)(%)率PF1404033欠烧———212PF2433243153欠烧———PF3453023173欠烧———PF4463023302欠烧———PF5503014欠烧———222表1的烧结温度为：0°C~650°C升温速率控制在约30°C/min,当温度到达650°C的时候恒温10分钟,650°C~900°C升温速率控制在约10°C/min,当到达900°C的时候恒温10分钟,900°C-1100T升温速率控制在约10oC/min,当到达1100°C的时候恒温20分钟，然后关掉电源，让其自然冷却。表3-2不同试验方案的原料组成和烧结结果2序号河道底碳粉碳酸碳酸钙烧粗除拜耳法煤肝石冒油泥(%)(%)氢钠(%)结糙赤泥(%)泡效果(%)(%)情度率况9PF1404023123较中中•好等等PF2433243153欠———烧\nPF3453023173欠---烧PF44630330欠———22烧———PF5503022142欠烧表2的烧结温度为：0°C〜600°C升温速率控制在约20°C/min,当温度到达600°C的时候恒温10分钟，600°C~1000°C升温速率控制在约20°C/min,当到达1000°C的时候恒温10分钟,1000°C-1110°C升温速率控制在约20°C/min,当到达1110°C的时候恒温20分钟，然后关掉电源，让其自然冷却。表3-3不同试验方案的原料组成、烧制制度和烧结结果3序河道碳粉碳酸钙烧粗冒除拜耳法碳酸号底泥(%)石(％)(%)结糙泡油赤泥氢钠(%)(%)(%)情度率效况果PF1404033好中中9•212等等PF2433243153较中9中•好等等PF345303173欠———2烧PF44630330欠———22烧PF5503014欠————222烧表3的烧结温度为：0七〜600°C升温速率控制在约20°C/min,当温度到达\n600°C的时候恒温10分钟,600°C-1000°C升温速率控制在约20°C/min,当到达1000°C的时候恒温10分钟，1000°C-1113°C升温速率控制在约20°C/min,当到达1113°C的时候恒温20分钟,然后关掉电源，让其自然冷却。表3-4不同试验方案的原料组成、烧制制度和烧结结果4序拜耳河道碳粉碳酸煤肝碳酸烧粗冒除号法赤底泥(%)氢钠石钙(%)结糙泡油（％）泥(%)(%)(%)情度率效况果9PF1404023123过中中•烧等等PF2433243153部中屮9分等等过烧9PF3453023173好较较•好好9PF4463023302较中中■好等等PF5503014欠———222—烧表4的烧结温度为：（TC~650°C升温速率控制在约20°C/min,当温度到达650°C的时候恒温15分钟，6509~900°C升温速率控制在约20°C/min,当到达900°C的时候恒温15分钟，9009〜1115°C升温速率控制在约20°C/min,当到达1115°C的时候恒温20分钟，然后关掉电源，让其自然冷却。表3-5不同试验方案的原料组成、烧制制度和烧结结果5序拜耳河道碳粉碳酸煤肝碳酸烧粗冒除\n油号法赤底泥(%)氢钠石(％)钙(%)结糙泡效泥(%)(%)(%)情度率况果PF1404033过中差——212烧等PF2433243153过中差—烧等PF345303173较较较9•2好好好PF4463023172部较差分好过烧PF5503014较中中9•222好等等表5的烧结温度为：0°C〜600°C升温速率控制在约20°C/min,当温度到达600°C的时候恒温10分钟，600°C~1000°C升温速率控制在约20°C/min,当到达1000°C的时候恒温10分钟，1000°C-1118°C升温速率控制在约20°C/min,当到达1118°C的时候恒温20分钟，然后关掉电源，让其自然冷却。综合上表将所有烧成效果较好的陶粒进行除油性能比较得岀，陶粒的最住配方?最好,其烧结制度为0°C~650°C:升温速率为30°C/min,650°C保温15分钟，650°C~900°C:升温速率为5°C/min,900°C保温15分钟,900°C-1115°C：升温速率为5°C/min,1115°C保温20分钟。表3-6最住配料比例和最佳烧结制度时是否加入碳酸氯钠对陶粒的影响6拜耳河道碳粉碳酸碳酸煤I；干烧结粗糙冒泡除油\n法赤底泥(%)钙(%)氢钠石(%)情况度率效果泥(%)(%)(%)9453023317较好较好较好■9453023—17较好差差•3.4陶粒性能测定将除油性能最好的陶粒进行性能测定，具测定结果如下表:表3-陶粒的性能及比较序号项冃指标实验产品博山陶粒厂成品破碎率与磨损率0.0510.08Z和C/%2含泥量Cs/%0.1340.2563盐酸可溶率C人玄/%0.550.674密度g/cm31.591.455表观密度g/cm31.141.096堆积密度g/cm31.541.397孔隙率/%45—8显气孔率/%55429承受压力/KN0.250.14\n10比表面积/cm'/g8.56X101——本章小结一、陶粒的烧成温度随着拜耳法赤泥的含量增加而增高。二、粘结剂、造孔剂、矿化剂的掺量都应该控制在10%以下。三、基于烧成陶粒表面结构和成球丁艺考虑水的最佳配比为30%。卩q、在烧成过程中受热均匀和阶段性保温对生成陶粒的膨胀性能有很大影响。五、陶粒的配方为？时，除油效率最高。七、将除油效呆最好的陶粒进行性能测定，结果表明，陶粒的其它各项性能要达到《水处理用人工陶粒滤料》的产品标准，标准编号为CJ/T229-2008o结论一、本次试验研究，以大宗资源化利用为冃的，探讨利用山东铝厂拜耳法赤泥、河道底泥基本等量添加制备水处理陶粒的技术方法。二、经过除油试验，最终得出了去除水中溶解油陶粒的最住配方，即拜耳法赤泥45%、孝妇河底泥30%、煤斫石17%、碳粉2%、碳酸钙3%、碳酸氢钠3%。配方中各组分的含量为:Si0237.927%.5025.582%、Al2038.718%、FeO\n7.034%。三、最佳配方烧成制度是？。四、将最佳配方进行陶粒性能的测定，得岀：破碎率0.005%、抗压强度0.25KN、盐酸可溶率0.55%、粒内孔隙率55%、含泥量0.134%、密度1.59g/cm\表观密度1.14g/cm\堆积密度1.54g/cnf、空隙率45%。满足《水处理用人工陶粒滤料》的产品标准，标准编号为CJ/T229-2008。五、最佳配方下烧成的陶粒，在废水流量为？，停留时间为？时，有连续、稳定的除油效率，运行周期长。\n参考文献[1]徐淑红，马春燕,张静文，等•止交设计与冋归分析在底泥陶粒松散容重研究中的应用[J]・中国陶瓷，2008,44(9)：54-57.XUShu-hong,MAChun-yan,ZHANGJing-wen,etal.TheApplicationofOrthogonalDesgnandRegressionAnalysisonTheStudyofLosseBulkDensityofCeramsite[J].CHINACERAMICS,2008,44(9)：54-57.[2]谢襄漓，王林江,赵建新，等.烧胀赤泥陶粒的制备[J]•桂林工学院学报,2008,28(2)：196-199.XIEXiang-lia,WANGLin-jiangb,ZHAOJian-xin,etdl.ProductionofSintering-ExpandedHayditewithRedMud[JJ.JournalofGuilinUniversityofTechnology,2008,28(2)：196-199.[3]相会强，李冬，巩有扯,曹亚玲.粉煤灰陶粒在废水处理中的应用，辽宁工程技术大学学报,2006年11月，第25卷:290-292[4]刘燕芳,林波，余莹，夏雨.高比表面积水处理陶粒填料的研制,江西科学,2004年6月第22卷第2期：97-100[5许珂敬，杨赞中，董抒华.以多孔陶粒为载体的纳米Ag/N-Ti02光催化膜的制备与表征[J]•硅酸盐学报,2009,37(8)：1362-1366.XUK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