CN102701785B - 粉煤灰免烧陶粒、制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉煤灰免烧陶粒、制备方法及其用途。免烧陶粒含粉煤灰、水泥和金属硫化物原材料，免烧陶粒为5-20mm球形颗粒，密度1.35g/cm3，堆积密度875kg/m3，强度达5MPa，比表面积为12m2/g，整体形态完好，孔隙发达，内部孔隙连通。本发明优点是：制备方法和设备结构简单，运行方便，具有优异的重金属离子吸附性能，在废水中Hg2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Cr6+等负荷较大的情况下，均能得到较高的去除效率99%，且出水符合地表水国家三类标准，对重金属的吸附容量高，达到25-30mg/g。本发明免烧陶粒用做重金属废水处理的吸附载体。
Description
技术领域
本发明涉及重金属废水的处理，具体地说是涉及一种粉煤灰免烧陶粒、制备方法及其用途。
背景技术
燃煤发电历史较悠久，是一种较为重要的发电形式。在今后的一段较长时期内，燃煤发电还将会是我国的主要电力能源。因而燃煤发电的产物——粉煤灰的产量将会持续地增加。2010年，我国粉煤灰排放量达到2亿吨，其占地面积将达到133.4万平方米以上。
粉煤灰主要由硅、铝、铁、钙、镁、硫、钾、钠等元素组成，此外，还含有一定量的镉、砷、铬、铅、汞、铜、锌、镍等对人体健康有害的微量元素。这些微量元素的存在限制了粉煤灰的综合利用，并对周边水环境造成威胁。
早期，粉煤灰一直被视为一种有毒、有害物质，一些粉煤灰建材制品甚至被怀疑为生活、工作场所的放射性来源。根据大量的研究结果，使人们对粉煤灰的危害作出了比较客观的评价，不再认为粉煤灰为危险废渣。
当前，虽然很多国家已经将粉煤灰排除在有毒、有害废渣之外，但并不意味粉煤灰就是无毒、无害的，如果处理不当或者使用不当也有可能对环境甚至对人类的生存造成危害。
不正当处置利用粉煤灰可能对环境和人体健康造成如下几个方面的影响：占用土地、污染空气、污染水体、污染土壤、具有放射性，而且影响人群健康。粉煤灰中所含的重金属元素、有毒物质、放射性物质等有害物质若通过污染空气、水体、土壤及农作物后进入人体，则会对人体健康产生影响。
如何提高粉煤灰的综合利用率越来越受到国家、政府和企业的广泛关注。因此如何在粉煤灰利用率较高的条件下生产附加值高的产品，成为了减少粉煤灰污染的关键因素。
在我国，粉煤灰在建材、建工、道路、填筑的应用技术己经较为成熟。此外，粉煤灰还被应用于农业方面，用来改良土壤、制作农肥、农药载体。还可以从粉煤灰中提取漂微珠、碳、铁、铝等。随着对粉煤灰研究的不断深入，其综合利用途径也在不断拓展，近些年随着人们环保意识的增强，它在环保领域的应用研究己成为环境科学的一个热点。
另外，随着水体和土壤被重金属污染，我国重金属污染事件正进入高发期。随着“镉大米”事件的曝光，警示着重金属已经爬上了我们的餐桌，中国人对重金属污染的关注也达到了前所未有的高度。
造成重金属污染的原因非常多，主要是采矿、金属冶炼、电镀工业、化工、金属加工、IT行业和废旧电器回收等领域产生和排放重金属污染物，尤其是重金属废水的排放直接污染土壤、地表水和地下水。目前对于重金属废水的治理主要通过物理/化学吸附、阳离子交换法、化学沉淀结合混凝分离的方法进行。
物理/化学吸附主要采用活性炭、分子筛等多孔材料作为吸附剂，这些吸附剂不仅成本高、而且很难再生循环利用。
阳离子交换法主要采用阳离子交换树脂，将水中的重金属离子吸附在树脂表面，再经过盐酸反洗实现树脂的再生。该方法的处理成本高，而且只适合于小规模的重金属废水处理。
化学沉淀结合混凝分离：在重金属废水中加入石灰、纯碱等剑星化学药剂，将pH值调节到碱性环境，使重金属离子转化为沉淀物，再加入聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等混凝剂，经沉淀分离去除水中的重金属离子。这种处理工艺不仅消耗大量的碱性药剂、产生大量的重金属污泥，而且对于重金属离子的去除效率较低，只能满足预处理的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供了一种用于重金属废水处理的陶粒、制备方法及其用途。
本发明的技术方案如下：粉煤灰免烧陶粒含粉煤灰、水泥和金属硫化物原材料，免烧陶粒为5-20mm球形颗粒，密度1.35g/cm3，堆积密度875kg/m3，强度达5MPa，比表面积为12m2/g，整体形态完好，孔隙发达，内部孔隙连通。
粉煤灰免烧陶粒的制备方法，该制备方法包括下列顺序步骤：
1）、原材料预处理：将原材料干燥后，过60-100目筛；
2）、原材料混合：按下列重量份配比将原材料混合均匀：粉煤灰40-80份、水泥10-30份、金属硫化物1-30份,用重量计；
3）、造粒：将重量浓度0.1-1%水泥发泡剂的水溶液加入到混合均匀的原材料中，水溶液的加入量为原材料的10-40%，搅拌、造粒成为5～20mm的陶粒坯料；
4）、养护：将陶粒胚料在自然条件下养护1～5h；
5）、蒸养：将经养护的陶粒胚料在100-180℃的高温蒸汽条件下蒸养6-12h，即制得本发明陶粒。
所述金属硫化物为硫化钠、硫化钾、硫化钙、硫化镁、硫化铁或硫化亚铁，或其中的两种或两种以上的组合。
所述水泥发泡剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂。
粉煤灰免烧陶粒的用途，主要作重金属废水处理的吸附载体，能够高效去除水体中Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Cr6+重金属离子，需要处理的废水中的重金属污染物含量范围为：Cu2+、Zn2+1-1000mgL；Pb2+0.05-100mg/L；Cd2+0.005-10mg/L；Hg2+0.001-0.1mgL；Cr6+0.05-1mg/L；重金属废水与粉煤灰免烧陶粒的接触时间为2-4小时。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
（1）本发明是以粉煤灰、水泥、金属硫化物、水泥发泡剂为原料，通过自然养护、高温蒸养制备的免烧陶粒，在粉煤灰利用率较高的条件下生产了附加值高的产品。
（2）制备方法简单、易行，具有优异的重金属离子吸附性能。
（3）免烧陶粒用做重金属废水处理的吸附载体，在废水中Hg2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Cr6+等负荷较大的情况下，均能得到较高的去除效率99%，且出水符合地表水国家三类标准，对重金属的吸附容量高，达到25-30mg/g。
（4）利用本发明免烧陶粒进行重金属废水处理，设备结构简单，运行方便。
附图说明
图1：本发明粉煤灰免烧陶粒的制备方法流程示意图。
图中：1.模拟重金属废水；2.泵；3.重金属废水净化池；4.粒径为2mm的免烧陶粒层；5.粒径为5mm的免烧陶粒层；6.粒径为8mm的免烧陶粒层；7.砾石层；8.净化后的废水排放。
具体实施方式
下面列举3个实施例，对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这些实施例。
实施例1
1）、原材料预处理：将原材料干燥后，过60目筛；
2）、原材料混合：按下列重量配比将原材料混合均匀：粉煤灰80公斤、水泥8公斤、硫化钠2公斤；
2）、造粒：将十二烷基硫酸钠重量浓度为0.2%的水溶液20公斤加入到100公斤混合均匀的原材料中，水溶液的加入量为原材料的20%，搅拌、造粒成为5mm的陶粒坯料；
3）、养护：将陶粒胚料在自然条件下养护2h；
4）、蒸养：将经养护的陶粒胚料在100-180℃的高温蒸汽条件下蒸养6-12h；
制备的粉煤灰免烧陶粒整体形态完好，孔隙发达，内部孔隙连通。密度1.35g/cm3，堆积密度875kg/m3，强度达5MPa，比表面积为12m2/g。
实施例2
1）、原材料预处理：将原材料干燥后，过100目筛；
2）、原材料混合：按下列重量份配比将原材料混合均匀：粉煤灰40公斤、水泥10公斤、硫化钾和硫化钙重量比1:1的混合物共计1公斤；
2）、造粒：将重量浓度0.5%的十六烷基三甲基氯化铵水溶液30公斤加入到100公斤混合均匀的原材料中，水溶液的加入量为原材料的30%，搅拌、造粒成为10mm的陶粒坯料；
3）、养护：将陶粒胚料在自然条件下养护4h；
4）、蒸养：将经养护的陶粒胚料在160℃的高温蒸汽条件下蒸养10h。实施例3
1）、原材料预处理：将原材料干燥后，过80目筛；
2）、原材料混合：按下列重量份配比将原材料混合均匀：粉煤灰60公斤、水泥15公斤、硫化钠、硫化钾、硫化钙、硫化镁、硫化铁、硫化亚铁重量比的混合物，（各硫化物重量比为1:1:1:1∶1）共5公斤；
2）、造粒：将重量浓度0.8%烷基酚聚氧乙烯醚的水溶液40公斤加入到100公斤混合均匀的原材料中，水溶液的加入量为原材料的40%，搅拌、造粒成为10mm的陶粒坯料；
3）、养护：将陶粒胚料在自然条件下养护3h；
4）、蒸养：将经养护的陶粒胚料在150℃的高温蒸汽条件下蒸养8h。
粉煤灰免烧陶粒的用途，主要作重金属废水处理的吸附载体，如图1，模拟重金属废水1经泵2进入重金属废水净化池3，经
免烧陶粒层4、
免烧陶粒层5和免烧陶粒层6的连续净化后，进入砾石排水层7，得到净化后的排水8。
模拟废水在重金属废水净化池中停留时间为3小时，与免烧陶粒层的接触时间为2小时。废水中重金属含量为Cu2+、Zn2+1-1000mg/L；Pb2+0.05-100mg/L；Cd2+0.005～10mgL；Hg2+0.001-0.1mgL；Cr6+0.05-1mg/L。对所有重金属离子的去除效率均达到99%以上，且出水符合国家地表水环境质量标准中的三类水质要求。
本发明所述免烧陶粒重金属废水处理运行效果（mg/L，pH除外）
Claims (4)
1.粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于：免烧陶粒含粉煤灰、水泥和金属硫化物原材料，免烧陶粒为5-20mm球形颗粒，密度1.35g/cm3，堆积密度875kg/m3，强度达5MPa，比表面积为12m2/g，整体形态完好，孔隙发达，内部孔隙连通；陶粒的制备方法，包括下列顺序步骤：
1）、原材料预处理：将原材料干燥后，过60～100目筛；
2）、原材料混合：按下列重量份配比将原材料混合均匀：粉煤灰40～80份、水泥10～30份、金属硫化物1～30份，用重量计；
3）、造粒：将含重量浓度0.1-1%水泥发泡剂的水溶液加入到混合均匀的原材料中，水溶液的加入量为原材料的10-40%，搅拌、造粒成为5～20mm的陶粒坯料；
4）、养护：将陶粒胚料在自然条件下养护1～5h；
5）、蒸养：将经养护的陶粒胚料在100-180℃的高温蒸汽条件下蒸养6-12h，即制得陶粒。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于：所述金属硫化物为硫化钠、硫化钾、硫化钙、硫化镁、硫化铁或硫化亚铁，或其中的两种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于：所述水泥发泡剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂。
4.如权利要求1所述的粉煤灰免烧陶粒的制备方法制得的陶粒的用途，作重金属废水处理的吸附载体，能够高效去除水体中Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Cr6+重金属离子，需要处理的废水中的重金属污染物含量范围为：Cu2+、Zn2+1-1000mg/L；Pb2+0.05-100mg/L；Cd2+0.005-10mg/L；Hg2+0.001-0.1mg/L；Cr6+0.05-1mg/L；重金属废水与粉煤灰免烧陶粒的接触时间为2-4小时。
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