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钨尾砂生物陶粒的制备及性能研究

2019-02-11    来源:    
    生物陶粒也称为高效挂膜轻质生物陶粒,具有化学功能安稳、耐磨擦、抗冲击、耐腐蚀、耐高温、比表面积大、截污能力强、不向水体开释有毒有害物质等特色,是现代水处理工艺的抱负滤料。
 
    现在用页岩及粘土、等制备生物陶粒的报导较多,用钨尾砂制备生物陶粒在国内没有见报导。本实验选用江西大余下垄钨矿尾砂库的尾砂进行了生物陶粒的制备研讨。
 
   一、实验材料及设备仪器
 
    制备生物陶粒的尾砂质料为取自江西大余下垄钨矿尾砂库的新鲜尾砂,经荧火分析仪分析,其首要化学成分如表1所示。
         
表1  钨尾矿首要化学成分





成分

SiO2

Al2O3

CaO

K2O

Na2O

Fe2O3

其它


含量

79.6

8.5

0.11

1.43

1.02

1.75

6.31
 
    其它辅助材料为浓、炉渣、粉煤灰、粘土、造孔材料(木屑或泡沫塑料)、粘结剂(改性淀粉)、酸树酯型白色涂料、二溶剂等。
 
    实验所用首要设备仪器有AE200电子分析天平、球磨机、造粒机、电热恒温枯燥箱、马弗炉、ASAP比表面积及孔隙度分析仪、XRF-1700X荧光分析仪、LTDX-650扫描电镜等。
 
    二、生物陶粒的制备
 
    (一)制备工艺
 
    生物陶粒制备工艺流程如图1所示。

图1  生物陶粒制备工艺流程
 
    用20%的溶液对尾砂进行改性处理,使其具有很多的孔洞。将改性尾砂与炉渣、粉煤灰、粘土按必定份额混合拌和均匀并添加少数造孔材料和粘结剂,在造粒机上制成球形陶粒生料。将陶粒生料放入电热恒温枯燥箱于120℃下烘1h,然后转入马弗炉,在1h内逐步升温至500℃,恒温10min,再将温度调至800~1200℃焙烧30min,出炉天然冷却至常温。将焙烧产品置于球磨机中以自磨方法打磨表面后,用喷喷涂经二稀释的酸酯型白色涂料,常温枯燥后即得终究生物陶粒产品。
 
    实验中炉渣与粉煤灰的体积比固定为1∶1,(炉渣+粉煤灰)与粘土的体答比固定为3∶1,将(炉渣+粉煤灰+粘土)界说为辅料,进行质料配比实验时首要调查尾砂与辅料的体积比V尾矿/V辅料对陶粒功能的影响。
 
    喷涂酸酯型白色涂料时空压机压力为0.2~0.5MPa,喷雾化视点为30°~50°,喷口离陶粒间隔为15~50cm,常温枯燥时刻为0.5~1.5h,涂层干膜厚度为20~30μm。
 
    (二)质料配比对陶粒物理功能的影响
 
    改动尾砂与辅料的体积比V尾矿/V辅料,在1100℃温度下进行焙烧,所得生物陶粒制品的物理功能见表2。
 
表2  不同质料配比下生物陶粒的物理功能




样品号

V尾砂/V辅料

粒子密度/(g/cm3)

堆积密度/(g/cm3)

比表面积/(m2/g)

酸可溶液/%

碱可溶率/%

筒压强度/MPa


1
2
3
4

1.50
1.25
1.00
0.75

3.60
1.67
1.61
1.59

2.30
1.00
1.10
0.97

3.1
10.5
9.7
11.5

0.26
0.22
0.17
0.17

0.47
0.43
0.33
0.31

5.1
8.9
8.1
9.1
 
    由表2可知:钨尾砂用量大时,制备的生物陶粒筒压强度较小,粒子密度和堆积密度较大,这是由于钨尾矿的熔炼性较差,用量大时使晶粒微观结构的细密性受到影响;跟着钨尾砂用量削减,粉煤灰的份额添加,烧制的生物陶粒结晶程度高,结构细密性得到改进,表面润滑,气孔均匀,筒压强度较高,比表面积增大,堆积密度减小。
 
    (三)焙烧温度对陶粒物理功能的影响
 
    按照表2中样品3的质料配比,在不同温度下进行焙烧,所得生物陶粒制品的物理功能见表3。
 
表3  不同焙烧温度下生物陶粒的物理功能





焙烧温度
/℃

粒子密度/(g/cm3)

堆积密度/(g/cm3)

比表面积/(m2/g)

酸可溶液/%

碱可溶率/%

筒压强度/MPa


800
900
1000
1100
1200

2.30
1.80
1.60
1.57
1.52

1.30
1.30
1.01
0.91
0.93

7.5
9.2
10.5
12.5
12.8

0.25
0.21
0.19
0.18
0.17

0.45
0.41
0.32
0.22
0.23

6.7
7.8
8.8
8.9
9.1
 
    由表3可知:跟着焙烧温度的上升,生物陶粒的堆积密度逐步减小,筒压强度逐步进步,比表面积逐步增大;当温度到达1100℃后,各项目标趋于安稳。因而,焙烧温度为1100℃左右较为合理。
 
    (四)陶粒样品的XRD分析
 
    制得的陶粒滤料为球形颗粒,粒度均匀,外观呈红褐色,表面多微孔,内部网犬牙交错,具有很强的吸附效果。在25℃和50%相对湿度条件下,用D/Max-3B型X射线粉晶衍射仪对表2中的陶粒样品1和样品3进行测验(Ni滤波,管电压30kV,管电流30mA,扫描速度2°/min),得到定向X射线衍射图谱如图2所示。

图2  样品的XRD图谱
 
    由图2可见,生物陶粒样品的非晶体散射特征体现很弱,陶粒晶体的衍射特征杰出,首要晶相为CaSiO3,阐明在本实验条件下,制品的结晶程度很高,具有较大硬度。
 
    (五)陶粒样品的SEM分析
 
    图3为表2中的样品1和样品3的SEM相片。可见:样品结晶较充沛,这与XRD分析结果是共同的;晶体首要呈粒状集合体描摹,全体结构均匀共同,微观结构比较细密。依据开裂理论,晶粒显微结构的细密化可为力学功能的进步发明有利的根底条件,故从理论上分析,制备的生物陶粒具有较好的力学功能,即具有较高的抗压和抗折强度。

 图3  样品的SEM相片
 
 
    三、生物陶粒挂膜实验
 
    挂膜实验选用V尾砂/V辅料=1.00、焙烧温度为1100℃的陶粒制品;实验装置由高位水槽、生物陶粒流化床及流量计组成,如图4所示。流化床由有机玻璃制成,直径30cm,填料高度200cm,下端40cm陶粒粒径为16~20mm,中间60cm陶粒粒径为10~15mm,上端100cm陶粒粒径为6~10mm。
 

 
图4  生物陶粒挂膜实验装置
 
    实验以学校食堂排污口听日子污水为处理目标,水力停留时刻为5h,水温为20~23℃。挂膜期间进水CODcr为817mg/L,挂膜开如6d内CODcr下降率仅17%左右,15d时到达80%,20d时到达93%以上,尔后接连几天测定的数据都较安稳,阐明陶粒的挂膜已基本完成,流化床进入安稳运转阶段。
 
    挂膜实验标明:生物陶粒制品的表面可供生物膜成长,其比表面积的巨细影响着生物膜量的多少;陶粒表面的孔洞有利于微生物附着、固定,一起对已附着的微生物起到屏蔽维护,使其免受水的剪切冲刷效果。
 
    实验过程中还将表面不喷涂白色涂料的陶粒制品与表面喷涂白色涂料的陶粒制品进行了比较,结果标明:在相同的条件下,表面喷涂白色涂料的陶粒挂膜速度稍快,反冲刷也比较简单,并且陶粒的耐酸、耐碱、耐磨性添加,破碎率削减。
 
    四、定论
 
    (一)以大余下垄钨矿的钨尾砂为质料,辅之以炉渣、粉煤灰、粘土,选用焙烧法可制备出强度高、孔隙率和比表面积大、化学和物理安稳性好的生物陶粒。
 
    (二)挂膜实验标明,所制备的钨尾砂生物陶粒挂膜功能杰出,微生物附着力强、附着速度快,反冲刷简单。
 
    (三)表面喷涂白色涂料可使生物陶粒的功能得到进步。
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