技术领域

[0001] 本发明属于陶粒领域， 具体涉及到一种以江河湖海污泥和贝壳类粉为 原料生产 的陶粒及其制备方法。

背景技术

[0002] 陶粒作为一种轻集料， 可以取代普通砂石配制轻集料混凝土， 在建筑、 环保、 冶金、 化工、 石油、 农业等部门有着广泛用途， 尤其是在水处理方面， 陶粒作 为一种水处理填料得到了越来越广泛的应用。 添加污泥烧制陶粒， 最早是由 Nak ouzi等提出的， 是以污泥为原料， 惨加适量的辅料， 经过成球、 焙烧而成的。

[0003] 贝壳、 牡蛎等， 是常见的海洋或江河湖海产品， 目前对贝壳类产品的幵发和利 用一般是加工其可食部分， 在利用其可食部分的同吋， 产生了大量的贝壳， 这 些贝壳大部分被丢弃， 仅有一少部分用于制作饲料， 被作为垃圾丢弃的贝壳， 长期堆积， 残留的有机物在长期堆放过程中， 占用空间， 腐败发臭， 危害居民 健康， 对生态环境也造成了严重污染。 近年来， 随着沿海城市养殖业规模的不 断扩大， 贝壳类产品增长迅速。 如何保护生态环境、 治理贝壳污染， 幵发利用 大量廉价的废弃的贝壳资源， 循环利用， 变废为宝， 倍受关注。

[0004] 目前已经有部分陶粒产品以贝壳类产品为原料 进行制备， 中国专利申请号 2013 103846370(申请日为 2013.08.29)的 《一种贝壳陶粒生物载体的制备方法》 公幵了 一种贝壳陶粒生物载体及其制备方法， 该生物载体是以贝壳、 粘土和高温粘结 剂烧结的陶粒， 制备得到的贝壳陶粒生物载体泡孔结构丰富， 有利于多种形态 微生物的繁殖， 但是成本较高， 对重金属污染的废水的处理效果效果一般。 中 国专利申请号 2014103348562(申请日为 2014.07.14)的 《一种陶粒生产方法及陶粒 和陶粒的应用》 公幵了一种陶粒的生产方法， 该方法以粉煤灰、 污泥、 粘土、 牡蛎壳粉为原料， 其中污泥为水厂经压滤、 自然干化处理后的污泥， 含水率为 4 5-60%； 将上述原料经造粒、 高温烧结后得到， 有利于减少粘土的消耗， 吸附污 染物能力较好， 但是强度较低、 生物固定化效率低。 中国专利申请号 201510403 3827(申请日为 2015.07.11)的 《一种添加贝壳粉的陶粒加气砌块》 公幵了由贝壳 粉、 陶粒、 粉煤灰、 生石灰、 水泥、 铝粉、 石膏粉、 淤泥、 木质素磺酸钙、 铁 粉、 纳米三氧化二铝、 炭黑、 无水乙醇、 水制备而成的陶粒加气砌块， 砌块不 易幵裂， 节约天然资源， 但是无法吸附有害物质。

技术问题

[0005] 目前需要一种将贝壳类粉制备成陶粒的方法， 使其适用于污水处理和建筑材料 问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 为了解决现有技术的问题， 本发明提供了一种以江河湖海污泥和贝壳类粉 为原 料生产的陶粒及其制备方法。 该陶粒的污水处理效果好， 尤其适用于重金属物 质的吸附； 还适用于建筑材料， 能吸附建筑装修过程中产生的有害物质； 还能 解决大量废弃贝壳堆放所带来的环境污染问题 ， 保护环境。

[0007] 为了达到上述目的， 本发明提供以下技术方案：

[0008] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原料制成： 贝壳粉 15〜50、 高岭土 5〜15、 草炭灰 1〜5、 硅质页岩 15〜30、 炉澄 15〜40、 粉 煤灰 10〜20、 沸石 15〜40、 江河湖海污泥 10〜30、 泥炭 10〜25。

[0009] 上述的江河湖海污泥为取自江中的污泥或者是 湖泊中的污泥或者是海洋中的污 泥或者是河流中的污泥； 或者是取自以上江、 河、 湖、 海中的混合污泥；

[0010] 所述的贝壳粉， 来自于江河湖海， 粉碎至粒径为 60〜200目的细度。

[0011] 所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为 87.0〜89.5%。

[0012] 优选的， 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原 料制成： 贝壳粉 26.8、 高岭土 12.2、 草炭灰 3.4、 硅质页岩 20.5、 炉澄 30.2、 粉煤 灰 18.4、 沸石 32.6、 江河湖海污泥 25.5、 泥炭 18.7。

[0013] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 其制备方法由以下具体步骤制 成：

[0014] (1)取配料： 按照上述重量份数称取原料； [0015] (2)破碎： 将高岭土、 硅质页岩、 炉澄、 粉煤灰、 沸石、 江河湖海污泥、 泥炭粉 碎至 20- 60目；

[0016] (3)搅拌： 将贝壳粉、 草炭灰和步骤 (2)中的物料混合均匀， 加水进行搅拌， 物 料含水量调整至 15-25% ;

[0017] (4)造粒： 将步骤 (3)搅拌后的物料， 输送至造粒机中造粒， 得到球状的陶粒颗 粒；

[0018] (5)焙烧： 将步骤 (4)中的陶粒颗粒， 在 100-120°C下干燥 1-3小吋， 然后在 200-30 0°C预热 0.5-2小吋， 再将陶粒置于 800-950°C下， 烧结 40-70分钟， 自然冷却， 得 到本发明的以贝壳类粉为原料的陶粒。

发明的有益效果

有益效果

[0019] 采用上述技术方案， 本发明的有益效果是： 本发明的以江河湖海污泥和贝壳类 粉为原料生产的陶粒具有良好的膨胀率及吸附 性能， 污水处理效果好， 尤其适 用于重金属物质的吸附； 还适用于建筑材料， 能吸附建筑装修过程中产生的有 害物质； 将废弃的贝壳粉类以及污泥用于生产陶粒， 是废弃物的转化与再生资 源利用的一种循环经济方式； 原料来源广泛、 易得， 能为城市环境保护减轻负 担； 生产成本相对于同类产品， 也比较低， 具有较好的经济效益和社会效益。 实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0020] 下面结合实施例进一步说明本发明。

[0021] 实施例 1

[0022] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原料制成： 贝壳粉 26.8、 高岭土 12.2、 草炭灰 3.4、 硅质页岩 20.5、 炉澄 30.2、 粉煤灰 18.4、 沸石 32.6、 海泥 25.5、 泥炭 18.7。

[0023] 所述的贝壳粉， 来自于江河湖海， 粉碎至粒径为 100目左右的细度。

[0024] 所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为 87.6%。

[0025] 本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生 产的陶粒的制备方法由以下具体 步骤制成： [0026] (1)取配料： 按照上述重量份数称取原料；

[0027] (2)破碎： 将高岭土、 硅质页岩、 炉澄、 粉煤灰、 沸石、 海泥、 泥炭粉碎至 40目

[0028] (3)搅拌： 将贝壳粉、 草炭灰和步骤 (2)中的物料混合均匀， 加水进行搅拌， 物 料含水量调整至约 18% ;

[0029] (4)造粒： 将步骤 (3 输送至造粒机中造粒， 得到球状的陶粒颗 粒；

[0030] (5)焙烧： 将步骤 (4)中的陶粒颗粒， 在 110°C下干燥 2小吋， 然后在 240°C预热 1.5 小吋， 再将陶粒置于 850°C下烧结 60分钟， 自然冷却， 得到陶粒。

[0031] 该陶粒的性能参数如表 1所示：

0032] 表 1实施例 1的陶粒的性能参数

[0033] 将上述的陶粒应用于污水处理中作为填料， 该污水为经过污水处理厂初步处理 后的污水， 处理前后， 水质的变化如表 2所示：

[0034] 表 2实施例 1的陶粒处理污水前后的水质情况

[0035] 其中， TP为总磷， SS为悬浮物， Pb为铅， Cr为铬， CODcr为铬， BOD5为五日 生化需氧量， Ni为镍。 其余实施例中相同英文缩写代表的含义相同。 从陶粒对 污水处理前后的对比数据中可以看出， 实施例 1的方法所生产的陶粒应用于污水 处理， 可有效降低污水中的重金属含量， 而且水中的总磷及悬浮物含量也明显 减少， 经过上述陶粒处理， 水质得到了明显改善。

本发明的实施方式 [0036] 实施例 2

[0037] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原料制成： 贝壳粉 15、 高岭土 5、 草炭灰 1、 硅质页岩 15、 炉澄 15、 粉煤灰 10、 沸石 15、 取 自湖泊的污泥 10、 泥炭 10。

[0038] 所述的贝壳粉， 来自于江河湖海， 粉碎至粒径为 60目的细度。

[0039] 所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为 88.4%。

[0040] 本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生 产的陶粒的制备方法由以下具体 步骤制成：

[0041] (1)取配料： 按照上述重量份数称取原料；

[0042] (2)破碎： 将高岭土、 硅质页岩、 炉澄、 粉煤灰、 沸石、 取自湖泊的污泥、 泥炭 粉碎至 40目；

[0043] (3)搅拌： 将贝壳粉、 草炭灰和步骤 (2)中的物料混合均匀， 加水进行搅拌， 物 料含水量调整至 18%左右；

[0044] (4)造粒： 将步骤 (3)搅拌后的物料， 输送至造粒机中造粒， 得到球状的陶粒颗 粒；

[0045] (5)焙烧： 将步骤 (4)中的陶粒颗粒， 在 110°C下干燥 2小吋， 然后在 240°C预热 1.5 小吋， 再将陶粒置于 850°C下烧结 60分钟， 自然冷却， 得到陶粒。

[0046] 该陶粒用于污水处理， 可有效降低污水中的重金属离子含量。

[0047] 实施例 3

[0048] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原料制成： 贝壳粉 50、 高岭土 15、 草炭灰 5、 硅质页岩 30、 炉澄 40、 粉煤灰 20、 沸石 40、 取 自长江的污泥 30、 泥炭 25。

[0049] 所述的贝壳粉， 来自于江河湖海， 粉碎至粒径为 80目的细度。

[0050] 所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为 88.4%。

[0051] 本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生 产的陶粒的制备方法由以下具体 步骤制成：

[0052] (1)取配料： 按照上述重量份数称取原料；

[0053] (2)破碎： 将高岭土、 硅质页岩、 炉澄、 粉煤灰、 沸石、 取自长江的污泥、 泥炭 粉碎至 40目；

[0054] (3)搅拌： 将贝壳粉、 草炭灰和步骤 (2)中的物料混合均匀， 加水进行搅拌， 物 料含水量调整至 18% ;

[0055] (4)造粒： 将步骤 (3)搅拌后的物料， 输送至造粒机中造粒， 得到球状的陶粒颗 粒；

[0056] (5)焙烧： 将步骤 (4)中的陶粒颗粒， 在 110°C下干燥 2小吋， 然后在 240°C预热 1.5 小吋， 再将陶粒置于 850°C下烧结 60分钟， 自然冷却， 得到陶粒。

[0057] 该陶粒用于污水处理， 可有效降低污水中的重金属离子含量。

[0058] 实施例 4

[0059] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原料制成： 贝壳粉 28.7、 高岭土 12.2、 草炭灰 3.4、 硅质页岩 13.6、 炉澄 15.2、 粉煤灰 6、 沸石 18.6、 河底污泥 24.2、 泥炭 15.7。

[0060] 所述的贝壳粉， 来自于江河湖海， 粉碎至粒径为 100目的细度。

[0061] 所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为 87.6%%。

[0062] 本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生 产的陶粒的具体制备方法与实施 例 1相同。

[0063] 将本实施例的陶粒应用于建筑材料中， 其强度、 导热系数等具体情况如表 3所 示：

[0064] 表 3实施例 4的陶粒的具体参数。

[0065] 从上述内容可以看出， 实施例 4的陶粒的强度较高， 吸水率和导热系数较好， 可应用于建筑材料领域。

[0066] 实施例 5

[0067] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原料制成： 贝壳粉 22.2、 高岭土 12.2、 草炭灰 3.4、 硅质页岩 10.5、 炉澄 15.2、 粉煤灰 8.4、 沸 石 18.6、 海泥 20.5、 泥炭 15.7。 [0068] 所述的贝壳粉， 来自于江河湖海， 粉碎至粒径为 100目的细度。

[0069] 所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为 87.6%。

[0070] 本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生 产的陶粒的具体制备方法与实施 例 1相同。

[0071] 将本实施例的陶粒应用于建筑材料中， 其强度、 导热系数等具体情况如表 3所 示：

[0072] 表 4实施例 5的陶粒的具体参数。

[]

[0073] 从上述内容可以看出， 实施例 5比实施例 4的陶粒的堆积密度稍大， 两者的强度 都很高， 吸水率和导热系数均较好， 可作为建筑材料使用。

[0074] 实施例 6

[0075] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原料制成： 贝壳粉 26.8、 高岭土 12.2、 草炭灰 3.4、 硅质页岩 20.5、 炉澄 30.2、 粉煤灰 18.4、 沸石 32.6、 海泥 25.5、 泥炭 18.7。

[0076] 所述的贝壳粉， 来自于江河湖海， 粉碎至粒径为 100目的细度。

[0077] 所述的硅质页岩中二氧化硅的含量为 87.6%。

[0078] 本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生 产的陶粒的制备方法由以下具体 步骤制成：

[0079] (1)取配料： 按照上述重量份数称取原料；

[0080] (2)破碎： 将高岭土、 硅质页岩、 炉澄、 粉煤灰、 沸石、 海泥、 泥炭粉碎至 40目

[0081] (3)搅拌： 将贝壳粉、 草炭灰和步骤 (2)中的物料混合均匀， 加水进行搅拌， 物 料含水量调整至 18% ;

[0082] (4)造粒： 将步骤 (3)搅拌后的物料， 输送至造粒机中造粒， 得到球状的陶粒颗 粒；

[0083] (5)焙烧： 将步骤 (4)中的陶粒颗粒， 在 110°C下干燥 2小吋， 然后在 240°C预热 1.5 小吋， 再将陶粒置于 850°C下烧结 60分钟， 自然冷却， 得到陶粒。

[0084] 将实施例 6中的陶粒投入到取自山东某纺织厂的纺织废� �中， 陶粒的投加量为 每升废水投入 6g， 投入后于常温下搅拌 60分钟， 测得的结果如表 5所示：

[0085] 表 5实施例 6的陶粒处理纺织废水的结果

[]

[0086] 从上述内容可以看出， 实施例 6的陶粒可显著降低放置废水中 CODcr、 SS的含 量， 有效吸附废水中的重金属。

[0087] 实施例 7

[0088] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原料制成： 贝壳粉 26.8、 高岭土 12.2、 草炭灰 3.4、 硅质页岩 20.5、 炉澄 30.2、 烟煤灰 18.4、 改性沸石 32.6、 江河湖海污泥 (该污泥为长江污泥、 河流污泥、 湖泊污泥和海泥 的混合物， 其重量份数比例为， 长江污泥： 河流污泥： 湖泊污泥： 海泥 = 1:1:2:3 )25.5、 泥炭 18. ⁷ 、 活性氧化铝 2.4。

[0089] 所述的贝壳粉， 来自于江河湖海， 粉碎至粒径为 120目的细度。

[0090] 所述的硅质页岩中二氧化硅的含量约为 88.2%。

[0091] 改性沸石的生产方法如下：

[0092] 取天然沸石分成 3等份， 分别记作 、 B、 C;

[0093] 采用 lmol/L的盐酸溶液浸泡 A沸石 2小吋， 清洗后过滤， 回收沸石 A;

[0094] 采用 lmol/L的硫酸铝溶液浸泡 B沸石 2小吋， 清洗后过滤， 回收沸石 A;

[0095] 采用 lmol/L的盐酸溶液浸泡 C沸石 2小吋后， 再采用 lmol/L的硫酸铝溶液浸泡 C 沸石 2小吋， 清洗后过滤， 回收沸石 C;

[0096] 将沸石 A、 B、 C混合， 在 450°C下焙烧 60分钟， 得改性沸石。

[0097] 本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生 产的陶粒的制备方法由以下具体 步骤制成：

[0098] (1)取配料： 按照上述重量份数称取原料；

[0099] (2)破碎： 将高岭土、 硅质页岩、 炉澄、 烟煤灰、 改性沸石、 江河湖海污泥、 泥 炭、 活性氧化铝粉碎至 40目；

[0100] (3)搅拌： 将贝壳粉、 草炭灰和步骤 (2)中的物料混合均匀， 加水进行搅拌， 物 料含水量调整至 18% ;

[0101] (4)造粒： 将步骤 (3)搅拌后的物料， 输送至造粒机中造粒， 得到球状的陶粒颗 粒；

[0102] (5)焙烧： 将步骤 (4)中的陶粒颗粒， 在 110°C下干燥 2小吋， 然后在 240°C预热 1.5 小吋， 再将陶粒置于 850°C下烧结 60分钟， 自然冷却， 得到陶粒。

[0103] 将实施例 7中的陶粒投入到与实施例 6中相同的纺织废水中， 陶粒的投加量为每 升废水投入 6g， 投入后于常温下搅拌 60分钟， 测得的结果如表 6所示：

[0104] 表 6实施例 7的陶粒处理纺织废水的结果

[0105] 从上述内容可以看出， 实施例 7的陶粒可显著降低放置废水中 CODcr、 SS的含 量， 与实施例 6的陶粒的纺织废水处理结果进行比较， 可以发现与实施例 6的陶 粒相比， 实施例 7的陶粒通过对沸石进行改性、 添加活性氧化铝， 对废水中的重 金属的吸附能力更强， 对废水的处理效果更优。

[0106] 实施例 8

[0107] 以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生产的陶粒 ， 由以下重量份数的原料制成： 牡蛎壳粉 16.8、 高岭土 12.2、 草炭灰 5.4、 炉澄 30.2、 粉煤灰 25.5、 粘土 18.4、 改 性沸石 32.6、 污泥 (该污泥为长江污泥、 河流污泥、 湖泊污泥和海泥的混合物， 其重量份数比例为， 长江污泥： 河流污泥： 湖泊污泥： 海泥 = 1:1:2:3)25.5、 泥炭 18.7、 活性氧化铝 2.4。

[0108] 改性沸石的生产方法如下：

[0109] 取天然沸石分成 2等份， 分别记作 、 B;

[0110] 采用 lmol/L的氢氧化钠溶液浸泡 A沸石 2小吋， 在浸泡吋控制温度为 100°C， 清 洗过滤， 回收沸石 A， 再次将沸石 A置于 lmol/L的氢氧化钠溶液中浸泡 A沸石 2小 吋， 在浸泡吋控制温度为 100°C， 清洗过滤， 回收沸石 A， 以上的浸泡过程中不 断搅拌；

[0111] 采用 lmol/L的氯化铵溶液浸泡 B沸石 2小吋， 在浸泡吋控制温度为 100°C， 清洗 过滤， 回收沸石 B， 再次将沸石 B置于 lmol/L的氯化铵溶液中浸泡 B沸石 2小吋， 在浸泡吋控制温度为 100°C， 清洗过滤， 回收沸石 B， 以上的浸泡过程中不断搅 拌；

[0112] 将沸石 A、 B混合， 在 450°C下焙烧 60分钟， 得改性沸石；

[0113] 本发明的以江河湖海污泥和贝壳类粉为原料生 产的陶粒的制备方法由以下具体 步骤制成：

[0114] (1)取配料： 按照上述重量份数称取原料；

[0115] (2)破碎： 将高岭土、 炉澄、 粉煤灰、 粘土、 改性沸石、 污泥、 泥炭、 活性氧化 铝粉碎至 40目；

[0116] (3)搅拌： 将牡蛎壳粉碎至 40目， 取牡蛎壳粉、 草炭灰和步骤 (2)中所得的物料 混合均匀， 加水进行搅拌， 物料含水量调整至 18% ;

[0117] (4)造粒： 将步骤 (3)搅拌后的物料， 输送至造粒机中造粒， 得到球状的陶粒颗 粒；

[0118] (5)焙烧： 将步骤 (4)中的陶粒颗粒， 在 110°C下干燥 2小吋， 然后在 240°C预热 1.5 小吋， 再将陶粒置于 850°C下烧结 60分钟， 自然冷却， 得到陶粒。

[0119] 将实施例 8的陶粒的原料进行调整， 得到 4种新的陶粒， 与实施例 8的污水处理 效果进行对比， 4组对比的陶粒的具体情况如下：

[0120] 对比 1 : 将粉煤灰的比例调整为 20份， 将粘土调整为 25份， 其余的原料保持不 变.

[0121] 对比 2: 将牡蛎壳粉替换为炉澄， 即炉澄的重量份数为 35.2份， 其余原料保持不 变.

[0122] 对比 3: 将牡蛎壳粉替换为贝壳粉， 其余原料保持不变；

[0123] 对比 4: 将改性沸石替换为天然沸石， 其余原料保持不变；

[0124] 从山东某热电厂取其所产生的污水， 采用实施例 8和 4组对比的陶粒进行处理， 每升污水中投入的陶粒为 8克， 测定结果如表 7所示：

[0125] 表 7实施例 8和对比陶粒污水处理结果

[0126] 从以上的数据中可以看出， 实施例 8中的陶粒， 在处理废水特别是热电厂所产 生的重金属含量较高的废水中， 其效果要明显优于对比 1和对比 2。 对比 1中， 将 粉煤灰与粘土的重量份数作了调整， 结果影响较大， 对比 2中， 以炉澄为原料替 代补足牡蛎的重量份， 结果也影响较大； 对比 3中的数据表明， 以贝壳粉为原料 、 或以牡蛎粉为原料， 生产的陶粒， 在处理重金属污染废水上的效果比较接近 ； 对比 4中， 将改性沸石替换为天然沸石后， 其效果也下降， 这说明改性沸石应 用在本发明的陶粒生产中， 效果要优于天然沸石。

[0127] 本实施例中各原料之间成分比例对陶粒的膨胀 系数及吸附性能产生了影响， 例 如， 在高温焙烧中， 牡蛎壳粉产生了更足量的气体， 提高了陶粒的膨胀度， 从 而影响了陶粒的吸附性， 进而影响其在水体处理方面的效果。 陶粒在制备过程 中从干燥至预热， 有充分的吋间， 供各原料的成分之间相互反应作用， 以提高 陶粒的膨胀率， 生产出膨胀率最佳的陶粒。

[0128] 实施例 8中陶粒， 其堆积密度为 418(kg/mm3)， 抗压强度为 11.6Mpa， 吸水率为 7.94% , 导热系数为 0.06(W/m.k)， 基于以上指标， 也可将该陶粒应用于建筑保温 材料。

[0129] 上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式 进行了描述， 但并非对本发明保 护范围的限制， 所属领域技术人员应该明白， 在本发明的技术方案的基础上， 本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做 出的各种修改或变形仍在本发明 的保护范围以内。