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专利名称：一种水处理陶粒及其制备方法和应用

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311686863.4

专利申请（专利权）人：四川君和环保股份有限公司
权利人地址：四川省乐山市高新区南新路12号

专利发明（设计）人：陈龙,邱晶,袁莹,彭青松

专利摘要：本发明涉及一种水处理陶粒及其制备方法和应用，具体涉及油气固废综合利用技术领域。该水处理陶粒，包括内核和包覆于内核外的外壳，其特征在于，内壳和外壳均由以下质量份数的原料制备而成：油基岩屑干渣84～86份；托马琳粉6～10份；凹凸棒石粘土粉4～6份；黏土1～3份。本发明还公开了该水处理陶粒的制备方法及作为滤料在水处理中的应用。本发明采用油气固废油基岩屑为主要原料，制备得到了固废基水处理陶粒，资源化利用了油基岩屑固废，降低了制备水处理陶粒的原料成本，能够获得水处理效果较佳的水处理陶粒。

主权利要求：
1.一种水处理陶粒，包括内核和包覆于内核外的外壳，其特征在于，所述内核和外壳均由以下质量份数的原料制备而成：油基岩屑干渣84～86份；
托马琳粉6～10份；
凹凸棒石粘土粉4～6份；
黏土1～3份；
所述油基岩屑干渣的含油率为3‰～5‰；
所述油基岩屑干渣包括以下质量百分数的化学成分：
40～55wt%SiO2；
7～15wt%Al2O3；
10～20wt%CaCO3；
1～3wt%MgO；
2～4wt%Fe2O3；
14～30wt%BaSO4；
所述水处理陶粒的破碎率与磨损率之和≤6%；
所述水处理陶粒的盐酸可溶率≤2%；
所述水处理陶粒的孔隙率40～52%；
4 4 2
所述水处理陶粒的比表面积0.5×10～28×10cm/g。
2.根据权利要求1所述的水处理陶粒，其特征在于：所述托马琳粉的粒径为325～1250目；所述凹凸棒石粘土粉的粒径为325～800目；所述黏土的粒径≤45μm。
3.如权利要求1或2所述的水处理陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）磨粉：按质量份数，分别取油基岩屑干渣、托玛琳粉、凹凸棒石粘土粉和黏土进行磨粉，混和均匀，得到磨粉料；
2）造内核：造粒机中，将步骤1）磨粉的一部分磨粉料进行湿式造粒，破碎得到造球核心；
3）造粒：造粒机中，将步骤1）磨粉的另一部分磨粉料和步骤2）造内核的造球核心混合进行干式造粒，获得坯球；
4）焙烧：回转窑中，将步骤3）的坯球依次进行烘干和焙烧，冷却后分级筛分，得到水处理陶粒。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤1）磨粉，所述磨粉的粒径≥250目。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤2）造内核，所述湿式造粒的含水率控制为25～30%；
所述湿式造粒的时间为25～35min；
所述造球核心为30～70目。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述湿式造粒的时间为30min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述造球核心为50目。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤3）造粒，所述干式造粒的粉末料为步骤1）磨粉的磨粉料的30～40wt%；所述坯球的直径为0.5～3mm。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤4）焙烧，所述烘干的温度为100～
200℃，烘干时间为1.5～2.5h；
所述焙烧的温度为950～1000℃，所述焙烧的时间为50～60min。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述烘干时间为2h。
11.如权利要求1或2所述的水处理陶粒作为滤料在水处理中的应用。 说明书 : 一种水处理陶粒及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明涉及一种水处理陶粒及其制备方法和应用，具体涉及油气固废综合利用技术领域。背景技术[0002] 随着我国原油开采技术的改进，石油产量增加的同时，油污泥产生量也随之增加，对油污泥处理得到后的干渣属于一般固体废弃物，由于其中含有较高含量的硫酸钡，因此作为水泥掺料等应用场景均受到限制，目前国内外的油污泥干渣处置以可井场铺路、水泥掺料、制砖原料等低附加值利用为主。[0003] 由于油气开采产生的油基岩屑通过无害化处置后，其剩余干渣仍然是一般废弃物，目前主要利用方式为井场铺路、作为水泥或制砖的辅料等，利用场景受限，利用价值低。另一方便，由于防洪排涝、水质改善、环境保护、生态恢复等诸多方面的要求，河流生态系统修复逐渐引起人们的重视，水体生态修复活动广为开展。[0004] 现有技术中，中国专利CN113429193A公开了一种新型蓄水环境功能材料及其制备方法，具体公开了所制备的原材料由以下各组分的材料组成，按重量百分比包括：河湖淤泥40?75％，油基岩屑10?45％，有机纤维5?25％，物相调整复配剂0?20％，增塑剂0.2?2％和发泡剂0.3?2％。本发明基于油基岩屑的资源化处理制备了新型环境蓄水功能材料，有效降低了固体废物处理处置的环境风险，同时获得了蓄水陶粒用于水资源涵养，有利于环境保护。然而该技术仅仅解决了蓄水问题。[0005] 鉴于此，提供一种新的水处理陶粒及其制备方法和应用，具有十分重要的意义。发明内容[0006] 为克服以上技术缺陷，本发明一种水处理陶粒及其制备方法和应用，不仅解决了水处理填料成本高的问题，还完成了油污泥干渣的资源化利用，可以完全替代制备水处理陶粒填料传统工艺，规避成本高的问题。[0007] 为实现上述目的，本发明的第一个目的是提供一种水处理陶粒，包括内核和包覆于内核外的外壳，所述内壳和外壳均由以下质量份数的原料制备而成：[0008] 油基岩屑干渣84～86份；[0009] 托马琳粉6～10份；[0010] 凹凸棒石粘土粉4～6份；[0011] 黏土1～3份。[0012] 在本发明的一个具体实施方式中，所述油基岩屑干渣的含油率为3‰～5‰。[0013] 在本发明的一个具体实施方式中，所述油基岩屑干渣包括以下质量百分数的化学成分：[0014] 40～55wt％SiO2；[0015] 7～15wt％Al2O3；[0016] 10～20wt％CaCO3；[0017] 1～3wt％MgO；[0018] 2～4wt％Fe2O3；[0019] 14～30wt％BaSO4。[0020] 本发明中，采用的油基岩屑干渣可以是两种及以上的油基岩屑干渣混合而成；其中，至少要求将硫酸钡的含量控制在14～30wt％，如果油基岩屑干渣中的硫酸钡含量＞30％，会影响水处理陶粒的强度。[0021] 在本发明的一个具体实施方式中，所述托马琳粉的粒径为325～1250目；所述凹凸棒石黏土粉的粒径为325～800目；所述黏土的粒径≤45μm。[0022] 本发明的第二个目的，提供上述的水处理陶粒的制备方法，包括以下步骤：[0023] 1)磨粉：按质量份数，分别取油基岩屑干渣、托玛琳粉、凹凸棒石粘土粉和黏土进行磨粉，混和均匀，得到磨粉料；[0024] 2)造内核：造粒机中，将步骤1)磨粉的一部分磨粉料进行湿式造粒，破碎得到造球核心；[0025] 3)造粒：造粒机中，将步骤1)磨粉的另一部分磨粉料和步骤2)造内核的造球核心混合进行干式造粒，获得坯球；[0026] 4)焙烧：回转窑中，将步骤3)的坯球依次进行烘干和焙烧，冷却后分级筛分，得到水处理陶粒。[0027] 在本发明的一个具体实施方式中，步骤1)磨粉，所述磨粉的粒径≥250目。[0028] 在本发明的一个具体实施方式中，步骤2)造内核，所述湿式造粒的转速为20～30Hz。[0029] 在本发明的一个具体实施方式中，所述湿式造粒的转速为25Hz；所述湿式造粒的含水率控制为25～30％；所述湿式造粒的时间为25～35min；[0030] 在本发明的一个具体实施方式中，所述湿式造粒的时间为30min。[0031] 在本发明的一个具体实施方式中，所述造球核心为30～70目。[0032] 在本发明的一个具体实施方式中，所述造球核心为50目。[0033] 在本发明的一个具体实施方式中，步骤3)造粒，所述干式造粒的粉末料为步骤1)磨粉的磨粉料的30～40wt％；所述坯球的直径为0.5～3mm。[0034] 在本发明的一个具体实施方式中，步骤4)焙烧，所述烘干的温度为100～200℃，烘干时间为1.5～2.5h。[0035] 在本发明的一个具体实施方式中，所述烘干时间为2h；所述焙烧的温度为950～1000℃，所述焙烧的时间为50～60min。[0036] 本发明中，冷却获得的水处理陶粒进行筛分，对于尺寸不合格的水处理陶粒，磨粉后作为制备水处理陶粒的原料使用，形成闭路循环。[0037] 本发明的第三个目的，提供上述制备方法制备的水处理陶粒，所述水处理陶粒的破碎率与磨损率之和≤6％；[0038] 所述水处理陶粒的盐酸可溶率≤2％；[0039] 所述水处理陶粒的孔隙率40～52％；[0040] 所述水处理陶粒的比表面积0.5×104～28×104cm2/g。[0041] 本发明的第四个目的，提供上述的水处理陶粒作为滤料在水处理中的应用。[0042] 本发明中，油基岩屑含有部分的碳酸钙和少量含油基质，经高温分解使得陶粒产生了空隙；烧结时，随着焙烧温度的上升，含有机质首先在400～600℃进行分解及燃烧，碳酸钙在800～850℃进行高温分解，两者均会有助于形成不同程度的微小气孔，，此时会产生约3～5％液相，该液相不断包括气体，且在烧结过程中形成晶体骨架，使得可具有一定的强度，同时碳酸钙的分解，也有利于提升陶粒的强度，最终经过焙烧获得的水处理陶粒，具有较佳的强度。[0043] 本发明中，托玛琳粉的加入增加了水处理陶粒吸附污染物的性能；凹凸棒石粘土粉可进一步增强水处理陶粒的强度。[0044] 本发明水处理陶粒的孔隙则决定水处理陶粒对污染物(COD、氨氮、重金属等)的吸收能力；水处理陶粒的比表面积则决定生物量，即正常挂膜量，此与污染物(COD、氨氮、重金属等)的分解能力成正比例关系；镁增加1％的比表面积，则污染物分解速率亦增加1％，而孔隙率却要因空隙的大小而定，不同成分的陶粒空隙大小分布大为不同，但是一般情况，孔隙率越大，对水处理效果越好。[0045] 本发明的有益效果是：1、本发明采用油气固废油基岩屑为主要原料，制备得到了固废基水处理陶粒，资源化利用了油基岩屑固废，降低了制备水处理陶粒的原料成本；2、本发明中油基岩屑的含油基质和碳酸钙，在焙烧过程中可形成大量的微小气孔，使得水处理陶粒具有较佳的水处理能力，尤其是吸附处理水中的污染物；3、本发明制备水处理陶粒的方法局域湿法造球，获得的水处理陶粒具有一定的强度，也大大的降低了水处理陶粒产品的磨损率，因此烘干和烧结可在同一回转窑中进行，简化了水处理陶粒的工艺流程，生产效率高。具体实施方式[0046] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。[0047] 一种水处理陶粒，包括内核和包覆于内核外的外壳，所述内壳和外壳均由以下质量份数的原料制备而成：油基岩屑干渣84～86份；托马琳粉6～10份；凹凸棒石粘土粉4～6份；黏土1～3份。[0048] 在一些实例中，所述油基岩屑干渣的含油率为3‰～5‰。[0049] 在一些实例中，所述有机岩屑干渣包括以下质量百分数的化学成分：[0050] 40～55wt％SiO2；7～15wt％Al2O3；10～20wt％CaCO3；1～3wt％MgO；2～4wt％Fe2O3；14～30wt％BaSO4。[0051] 在一些实例中，所述托马琳粉的粒径为325～1250目；所述凹凸棒石黏土粉的粒径为325～800目；所述黏土的粒径≤45μm。[0052] 上述的水处理陶粒的制备方法，包括以下步骤：[0053] 1)磨粉：按质量份数，分别取油基岩屑干渣、托玛琳粉、凹凸棒石粘土粉和黏土进行磨粉，混和均匀，得到磨粉料；[0054] 2)造内核：造粒机中，将步骤1)磨粉的一部分磨粉料进行湿式造粒，破碎得到造球核心；[0055] 3)造粒：造粒机中，将步骤1)磨粉的另一部分磨粉料和步骤2)造内核的造球核心混合进行干式造粒，获得坯球；[0056] 4)焙烧：回转窑中，将步骤3)的坯球依次进行烘干和焙烧，冷却后分级筛分，得到水处理陶粒。[0057] 在一些实例中，步骤1)磨粉，所述磨粉的粒径≥250目。[0058] 在一些实例中，步骤2)造内核，所述湿式造粒的转速为20～30Hz；优选的，所述湿式造粒的转速为25Hz；[0059] 所述湿式造粒的含水率控制为25～30％；[0060] 所述湿式造粒的时间为25～35min；优选的，所述湿式造粒的时间为30min；[0061] 所述造球核心为30～70目；优选的，所述造球核心为50目。[0062] 在一些实例中，步骤3)造粒，所述干式造粒的粉末料为步骤1)磨粉的磨粉料的30～40wt％；所述坯球的直径为0.5～3mm。[0063] 在一些实例中，步骤4)焙烧，所述烘干的温度为100～200℃，烘干时间为1.5～2.5h；优选的，所述烘干时间为2h；[0064] 所述焙烧的温度为950～1000℃，所述焙烧的时间为50～60min。[0065] 基于上述制备方法制备的水处理陶粒，该水处理陶粒的破碎率与磨损率之和≤6％；所述水处理陶粒的盐酸可溶率≤2％；所述水处理陶粒的孔隙率40～52％；所述水处理4 4 2陶粒的比表面积0.5×10～28×10cm/g。[0066] 上述水处理陶粒作为滤料在水处理中的应用。[0067] 为进一步说明本发明的水处理陶粒在改善水处理的效果，提供了如下实施例和对比例：[0068] 实施例1[0069] 本实施例提供一种水处理陶粒的制备方法，步骤包括：[0070] 1、准备油基岩屑干渣，该油基岩屑来自于四川省宜宾市某地获得的油基岩屑干渣，该油基岩屑干渣的主要化学成分分析结果统计如表1所示。[0071] 表1[0072][0073] 2、取85份油基岩屑干渣、8份托玛琳粉、5份凹凸棒石粘土粉和2份黏土，用球磨机磨粉至粒径≤61μm(250目)，混合均匀，得到磨粉料。[0074] 3、将69.5wt％的磨粉料进行湿式造粒，成球机的转速为25Hz，转动是不断喷水，含水率控制为25.9％，30min后将成球的湿球破碎至0.282mm(50目)以下，得到造球核心；[0075] 4、将30.5％的磨粉料和造球核心输入造球机中，其中30.5％的磨粉料不间断投加，控制成球后的坯球直径为0.5～3mm，获得坯球。[0076] 5、将痞子啊在回转窑内烘干和烧结，其中，烘干段为150℃，持续2h；烧结温度为960℃，时间为50min；烧结完成后，在冷却机中冷却至≤60℃，得到水处理陶粒。[0077] 实施例2[0078] 本实施例提供一种水处理陶粒的制备方法，步骤包括：[0079] 1、准备油基岩屑干渣，该油基岩屑来自于四川省遂宁市某地获得的油基岩屑干渣，该油基岩屑干渣的主要化学成分分析结果统计如表1所示。[0080] 表1[0081][0082] 2、取油基岩屑干渣85份、托玛琳粉8份、凹凸棒石粘土粉5份和粘土2份，用球磨机磨粉至粒径≤61μm(250目)，混合均匀，得到磨粉料。[0083] 3、将69.5wt％的磨粉料进行湿式造粒，成球机的转速为25Hz，转动是不断喷水，含水率控制为25.9％，30min后将成球的湿球破碎至0.282mm(50目)以下，得到造球核心；[0084] 4、将30.5％的磨粉料和造球核心输入造球机中，其中30.5％的磨粉料不间断投加，控制成球后的坯球直径为0.5～3mm，获得坯球。[0085] 5、将痞子啊在回转窑内烘干和烧结，其中，烘干段为150℃，持续2h；烧结温度为960℃，时间为50min；烧结完成后，在冷却机中冷却至≤60℃，得到水处理陶粒。[0086] 实施例3[0087] 本实施例提供一种水处理陶粒的制备方法，步骤包括：[0088] 1、准备油基岩屑干渣，该油基岩屑来自于重庆市某地获得的油基岩屑干渣，该油基岩屑干渣的主要化学成分分析结果统计如表1所示。[0089] 表1[0090][0091][0092] 2、取油基岩屑干渣85份、托玛琳粉8份、凹凸棒石粘土粉5份和粘土2份，用球磨机磨粉至粒径≤61μm(250目)，混合均匀，得到磨粉料。[0093] 3、将69.5wt％的磨粉料进行湿式造粒，成球机的转速为25Hz，转动是不断喷水，含水率控制为25.9％，30min后将成球的湿球破碎至0.282mm(50目)以下，得到造球核心；[0094] 4、将30.5％的磨粉料和造球核心输入造球机中，其中30.5％的磨粉料不间断投加，控制成球后的坯球直径为0.5～3mm，获得坯球。[0095] 5、将痞子啊在回转窑内烘干和烧结，其中，烘干段为150℃，持续2h；烧结温度为960℃，时间为50min；烧结完成后，在冷却机中冷却至≤60℃，得到水处理陶粒。[0096] 对比例1[0097] 本对比例与实施例2相比，不同之处在于：油基岩屑干渣采用87份，凹凸棒石粘土粉采用3份。[0098] 对比例2[0099] 本对比例与实施例1相比，不同之处在于：向油基岩屑干渣中掺杂纯硫酸钡，得到的油基岩屑干渣的化学成分分析结果如表2所示。[0100] 表2[0101][0102] 性能测试[0103] 1、根据CJT299?2008《水处理用人工陶粒滤料规范》附录A.3.2提供的方法检测实施例1?3和对比例1?2水处理陶粒的破碎率和磨损率；[0104] 2、根据CJT299?2008《水处理用人工陶粒滤料规范》附录A.3.4提供的方法检测实施例1?3和对比例1?2水处理陶粒的盐酸可溶率；[0105] 3、根据CJT299?2008《水处理用人工陶粒滤料规范》附录A.3.8提供的方法检测实施例1?3和对比例1?3水处理陶粒的孔隙率；[0106] 4、基于BET法中的气相色谱法检测实施例1?3和对比例1?2水处理陶粒的比表面积。[0107] 实施例1?3和对比例1?2水处理陶粒的破碎率和磨损率之和、盐酸可溶率、孔隙率以及比表面积结果统计如表3所示。[0108] 表3[0109][0110] 由表3可见，与对比例1相比，实施例2采用油基岩屑干渣的用量在85份时，水处理陶粒的破碎率和磨损率之和以及孔隙率均优于对比例1，这表明增加油基岩屑干渣用量并减少凹凸棒石粘土粉用量，对水处理陶粒的强度不利；与对比例2相比，实施例1的油基岩屑干渣中的硫酸钡含量低，获得的水处理陶粒具有较好的强度，这表明油基岩屑干渣中随着硫酸钡成分的增加，一旦超过临界值，会导致水处理陶粒的强度明显下降，因此控制硫酸钡成分含量是烧结成功的关键因素之一。

专利地区：四川

专利申请日期：2023-12-11

专利公开日期：2024-09-10

专利公告号：CN117623802B