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1、The pilot study is to use large resources for the purpose of exploring the use of solid waste in aluminum plant of shandong, such as Bayer process red mud. red mud ceramsite preparation of technical methods and formulas to determine the best ceramsite, sintering temperature, holding time and the red

2、 ceramsite mud content on the properties of process parameters, etc., so that the ceramic was prepared to meet the requirements of water treatment.Tset resulrs:bowling time is 5min. The firing tmperature differents from1100C, 1110C, 1113C,1115C, 1118C, ,which is testing temperatures in order to work

3、 out the formula to explore one of the best formulation, namely: Bayer process red mud 45% ,Xiaofu-river sediment 30%,Gangue17%，Toner2%，Calcium carbonate3%，Sodium bicarbonate3%.Formulations of the content of each component: SiO2 44.537%,CaO 3.907%,Al2O3 20.237%,Fe2O3 12.357%，MgO 1.506，K2O 1.587，Na2O

4、 4.077.The sintering temperature is 1115C. So we get the best formula: the breaking rate is 0.05%, the hydrochloric acid soluble rate is 0.54%, the bulk density is 1.54 g/cm3,the intragranular porosity rate is 55% , the void rate is 45%, the surface area is 8.56104cm2/g. Ceramic water filter to meet

5、 the artificial standards.Keywords: ceramic filter ; red mud of Baier; Ceramic water第一章 引 言1.1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1200C高温煅烧，其中含有大量的2CaOSiO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溶出高铝、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等活性成分，另外含铁高，耐腐蚀性差，很

6、难直接用于建材行业。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。因此，利用拜耳法赤泥和河道底泥为主要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、环境工程、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、微晶玻璃、建筑陶瓷、塑料填料、合

7、成硅肥、有价金属回收、废水、废气的处理以及赤泥催化剂等方面，用于烧制陶粒则是目前研究的热点。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田，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，大多以其作为炼铁原料

8、。其次在建材和化工方面应用也较多。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，生料中赤泥配比可达14%。日本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520kg/t。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工轻骨料混凝土，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工业和工业砖，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：

9、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凹地，变贫痔的土地为良田。美国、日本利用赤泥作废水、废气的净化剂，效果良好，成本低等。随着人类对供水水质要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。由于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，是目前生物滤料的研究重点。因此美国、日本、英国等许多国家对此作了大量研究。由于现

10、代工农业的发展，现有水源正遭受着各种各样的环境污染威胁，许多水源水已转变为微污染水源，使其处理难度增大。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中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于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出了一些技术改进：（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1180C左右烧出较理想的轻质球形陶粒滤料，强度较高，比表面积

11、21041.5105m/g。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525nm，比表面积89 m/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）对陶粒进行表面改性：改性的目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，开展了许多研究工作，探索出了一些

12、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。由于拜耳法赤泥排量大，含水率高，碱性强等特点，综合利用进展不快。针对拜耳法赤泥中铁含量较高的特点，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回收利用，但拜耳法赤泥选铁，存在成本高，企业难以接受的问题。目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。水处理陶粒滤料具有一定的孔隙，表面粗糙，适宜

13、于微生物的附着、固定和生长,是较理想的生物载体，且陶粒比表面积大,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，印染废水处理等。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4。长期以来，我国污水处理工艺中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，主要采用自然资源粘土烧制而成，这将消耗大量的粘土资源，成本高。

14、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，并将其用于含油废水处理，结果表明除油效果明显1。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2，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3。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要原料、

15、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要原料，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要原料，两者等量添加或基本等量添加

16、，然后掺加少量煤粉等造孔剂混合制备水处理陶粒滤料，并用于水中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，以资源化利用为目的，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 研究的主要内容：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、

17、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，确定对水中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佳工艺参数。二、目标：（一）、要求制备的陶粒显气孔率50%，气孔孔径目测达到毫米级，视密度1.31.6g/cm3。可以沉于水中。（二）、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/T229-2008。（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（一）本次试验的主要创新点在于：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

18、备水处理陶粒滤料。2、陶粒的显气孔率大、气孔孔径目测达到毫米级，对废水中溶解油等污染物的吸附位点多，去除率高。（二）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。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1.1kw，（南昌市力源矿冶设备有限公司生产）940转/分标准振筛机筛子糖衣

19、机电热鼓风干燥箱箱式电阻炉（马弗炉）万分之一天平其它200，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）DY-CO2O型2B101-型，淄博仪表厂，电压220，体积600*500*750mmSX2-4-10型（山东省龙口市先科仪器公司）F-A2104型，（上海精科天平）托盘，坩埚或盅，干燥器，量筒，喷水器，镊子，胶头滴管，烧杯，铲子，毛刷等2.2 试验原料2.2.1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，主要包括A12O3、SiO2、Fe2O3、CaO、T

20、12O、Na2O、K2O。此外，还含有少量稀有金属和放射性元素。表2-3列出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矿物 SiO2 A12O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 烧失 质量分数/% 21.48 21.92 28.84 2.93 0.2 0.09 9.16 9.46 95.972.2.2孝妇河底泥孝妇河底泥的其化学组成见表2-4。表2-4 孝妇河底泥的化学组成矿物SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O烧失质量分数/%61 17.223.586.783.42.262.59.4106.142.2.3煤矸石煤矸石取自淄博市某煤矿，主要矿物为

21、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。煤矸石试样经破碎、细磨，过100目筛后测定工艺性能，其可塑性指数为14.2318.40，熔融范围为1020C1230C。表2-5 煤矸石的化学组成Na2O 51.1321.574.652.010.922.410.5715.8899.142.2.4造孔剂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。添加目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小时，将原料取出冷却至室温，用锤

22、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中后，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目筛子过筛，当筛余达到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目筛子过筛，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

23、%，且球要满足大球和小球少，中间球多的原则，磨碎时间为30min。2.3.2原料的烘干将磨碎达到要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之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,因此在配比上要尽量保证赤泥和孝妇河底泥在混合物中的最大含量,但也要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，

24、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、孝妇河底泥以及煤矸石为主要原料，经成球机成型、马弗炉内高温烧结，制备成表面粗糙、比表面积大、孔隙率高、抗压强度高的陶粒。陶粒的主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3 、CaO、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配方编号主要原料百分比/% 主要化学组成/%赤泥 煤矸石 底泥 造孔剂 SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3PF1 PF2 PF3 PF4 PF5 PF6 2.5 成球制度2.5.1 喷水制度 查阅相关资料和文献后，得到试验的范围为含水率20%-

25、30%。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，直到物料中有大量直径在1-1.5mm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之后，再转动1-2min，自启动机器起，保证膛内物料有不少于十分钟的滚动，后关机器，此时即可保证陶粒的硬度。如需要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，取小于粒径要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筛分取出成球后的陶粒放入直径10mm、5 mm、2.5 mm的筛子中，筛子安放顺序为10mm在上，5mm为中间，2.5mm在下。然