一种利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法

1.本发明属于人工湿地填料技术领域，具体涉及到一种利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法。


背景技术：

2.尾矿是矿产开发过程中排放的固体废渣。
3.目前，国内外对尾矿的综合利用主要包括：生产建筑材料(水泥、建筑陶瓷、砖瓦、耐火材料、轻骨料、免烧砖、微晶玻璃、木塑板材等)、玻璃制品、生产高分子聚合物的填料、回收有价金属、生产矿物肥料、土壤复垦改良剂、覆土造田、作为矿井和矿山采空区的回填填料。将尾矿作为矿井回填填料貌似是其最佳的处置方法，但在矿产开发周期中仍需要堆积在尾矿库中，且并不是所有尾矿都可以作为回填填料。此外，尾矿作为回填填料还需经过筛分、加入粘结剂和搅拌等处理过程，这不仅增加了回填成本、也降低了回填效率。其他几种处置方式对尾矿成分要求较高、且消耗能力有限，要解决尾矿问题，仍然任重而道远。
[0004][0005]
湿地是一种重要的、多功能的生态系统，对全球的生态平衡具有极其重要的作用，被誉为“地球之肾”。人工湿地是参考自然形成的湿地，由人工建造和运行管理的类似天然湿地的废水处理系统，是近年来新兴的污水处理工艺。它具有投资、运行费用低，系统维护简单，处理效果稳定等特点，集环境景观效益和经济效益于一体。人工湿地水处理技术由于其明显的优势在我国发展迅速，目前已广泛应用于城市生活污水处理过程中。人工湿地由填料、植物、布水系统等单元组成，填料是人工湿地的基质和载体，一般是由土壤、细砂、粗砂、砾石、天然碎石或其他岩石矿物材料等介质中的一种或几种构成，既为湿地植物提供支撑，又可为植物和微生物提供营养。填料的物理化学性质对湿地的顺利启动和污水处理效果具有十分重要的作用。
[0006]
目前，人工湿地系统所用填料存在成本较高、水力传导系数低、比表面积小，有机质积累较慢等问题，所以提高人工湿地填料性能和降低填料成本对人工湿地水处理技术的推广具有重要意义。
[0007]
因此，针对尾矿资源化利用和现有人工湿地填料价格昂贵、水力传导率低、比表面积小，有机质等营养物积累较慢等问题，本发明提出一种利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，为尾矿的综合利用另辟蹊径，与其他尾矿利用方式相比，具有对尾矿种类和成分要求低，制备工艺简单等的优点。


技术实现要素：

[0008]
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种制备成本低、水力传导系数高、比表面积大、孔隙分布较均匀、对水中磷元素的去除能力较高的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法。
[0009]
解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种利用尾矿制备高性能人工湿地填料
的制备方法包括以下步骤：
[0010]
s1，磨碎尾矿：在尾矿中加入清水清洗，放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，将干燥后的尾矿磨碎，通过标准筛筛分后得到尾矿；
[0011]
s2，制备木屑粉：将木屑粉放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，通过标准筛筛分后得到木屑粉；
[0012]
s3，配制黏结剂水溶液：在99～93ml蒸馏水中加入1～7g黏结剂后搅拌，并加热至温度为85～95℃后保温2小时，使黏结剂完全溶胀，冷却后得到黏结剂水溶液；
[0013]
s4，混合：分别称取尾矿100g、木屑粉18～42g、氢氧化铝5～10g、1％～7％的黏结剂水溶液28～61g，混合均匀成泥后制成填料泥胚；
[0014]
s5，造粒、干燥和焙烧：将填料泥胚制成球形颗粒后晾干，放入温度为1000～1300℃的马弗炉中下烧结20min～1h，随炉冷却后得到高性能尾矿人工湿地填料。
[0015]
进一步的，所述的步骤s1中的尾矿与清水的体积比为1：2。
[0016]
进一步的，所述的步骤s1中的标准筛依次为200目和400目，留用粒径为200～400目的尾矿。
[0017]
进一步的，所述的步骤s1中的标准筛依次为250目和300目，留用粒径为250～300目的尾矿。
[0018]
进一步的，所述的步骤s1中的标准筛依次为300目和350目，留用粒径为300～350目的尾矿。
[0019]
进一步的，所述的步骤s2中标准筛依次为200目和400目，留用粒径为200～400目的木屑粉。
[0020]
进一步的，所述的步骤s2中标准筛依次为250目和300目，留用粒径为250～300目的木屑粉。
[0021]
进一步的，所述的步骤s2中标准筛依次为300目和350目，留用粒径为300～350目的木屑粉。
[0022]
进一步的，所述的步骤s3中黏结剂为聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠。
[0023]
进一步的，所述的步骤s5中球形颗粒的直径为1～3cm。
[0024]
本发明的有益效果如下：(1)本发明采用了以尾矿、木屑粉、水、聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠、氢氧化铝等为主要原料，经磨碎、混合、造粒、干燥、焙烧等过程制成尾矿人工湿地填料，具有制备成本低、水力传导系数高、比表面积大、孔隙分布较均匀、对水中磷元素的去除能力较高等优点，适用于各种人工湿地水处理工艺中，具有良好的发展前景和实用意义。
[0025]
(2)本发明选用尾矿废渣为主要原料，具有制备成本低、对尾矿种类和成分要求低、制备工艺简便等优点，可以使用铁尾矿、钼尾矿、铅锌尾矿等各种尾矿，可达到“以废治废”的目的。
具体实施方式
[0026]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]
实施例1
[0028]
本实施例采用铁尾矿，利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法包括以下步骤：
[0029]
s1，磨碎尾矿：在铁尾矿中加入清水清洗3遍，尾矿与清水的体积比为1：2，放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，用球磨机将干燥后的尾矿磨碎，依次使用200目和400目标准筛筛分后，留用粒径为200～400目的尾矿。
[0030]
s2，制备木屑粉：将木屑粉放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，依次使用200目和400目标准筛筛分后，留用粒径为200～400目的木屑粉。
[0031]
其中木屑粉可以购买，也可以采用将木材清洗干净后用粉碎机将其粉碎。
[0032]
s3，黏结剂水溶液：在99ml蒸馏水中加入5g聚乙烯醇后搅拌，并加热至温度为85～95℃后保温2小时，使聚乙烯醇完全溶胀，冷却后得到聚乙烯醇水溶液。
[0033]
s4，混合：分别称取铁尾矿100g、木屑粉26.6g、氢氧化铝8g、5％的聚乙烯醇水溶液46.2g，混合均匀成泥后制成填料泥胚。
[0034]
其中木屑粉为致孔剂，具有制孔作用，能够提高填料的渗透系数。聚乙烯醇溶液是黏结剂，具有致微孔作用。氢氧化铝的作用是强化磷酸盐吸附效果和小致孔，能够提高填料对污染物的吸附效果。因此由于木屑粉、聚乙烯醇溶液、氢氧化铝的分子大小不一样，致孔的孔大小也不一样，制孔由大到小依次为：木屑粉、聚乙烯醇溶液、氢氧化铝。
[0035]
s5，造粒、干燥和焙烧：用搓丸机将填料泥胚制成直径为1cm球形颗粒后晾干，放入温度为1180℃的马弗炉中下烧结30min，随炉冷却后得到灰色球状铁尾矿人工湿地填料。
[0036]
对制成的铁尾矿人工湿地填料进行理化性质测定，测定结果为：其外观为灰色球体，直径约为1cm，孔隙率为48.26％，采用n2吸脱附比表面积测定仪测得比表面积为133.79m2/g，孔隙较通透且分布较均匀，对水中磷酸盐的吸附量为56.44mg/g，将所制得的填料进行静态吸附试验，结果如表1所示，
[0037]
表1 50mg/l磷酸盐废水处理效果
[0038][0039]
实施例2
[0040]
本实施例采用铁尾矿，利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法包括以下步骤：
[0041]
s1，磨碎尾矿：在铁尾矿中加入清水清洗3遍，尾矿与清水的体积比为1：2，放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，用球磨机将干燥后的尾矿磨碎，依次使用250目和300目标准筛筛分后，留用粒径为250～300目的尾矿。
[0042]
s2，制备木屑粉：将木屑粉放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，依次使用250目和300目标准筛筛分后，留用粒径为250～300目的木屑粉。
[0043]
其中木屑粉可以购买，也可以采用将木材清洗干净后用粉碎机将其粉碎。
[0044]
s3，黏结剂水溶液：在96ml蒸馏水中加入4g聚乙烯醇后搅拌，并加热至温度为85～95℃后保温2小时，使聚乙烯醇完全溶胀，冷却后得到聚乙烯醇水溶液。
[0045]
s4，混合：分别称取铁尾矿100g、木屑粉28.1g、氢氧化铝7.5g、4％的聚乙烯醇水溶
液46.5g，混合均匀成泥后制成填料泥胚。
[0046]
其中木屑粉为致孔剂，具有制孔作用，能够提高填料的渗透系数。聚乙烯醇溶液是黏结剂，具有致微孔作用。氢氧化铝的作用是强化磷酸盐吸附效果和小致孔，能够提高填料对污染物的吸附效果。因此由于木屑粉、聚乙烯醇溶液、氢氧化铝的分子大小不一样，致孔的孔大小也不一样，制孔由大到小依次为：木屑粉、聚乙烯醇溶液、氢氧化铝。
[0047]
s5，造粒、干燥和焙烧：用搓丸机将填料泥胚制成直径为1.5cm球形颗粒后晾干，放入温度为1150℃的马弗炉中下烧结40min，随炉冷却后得到灰色球状铁尾矿人工湿地填料。
[0048]
对制成的铁尾矿人工湿地填料进行理化性质测定，测定结果为：其外观为灰色球体，直径约为1.5cm，孔隙率为49.49％，采用n2吸脱附比表面积测定仪测得比表面积为125.81m2/g，孔隙较通透且分布较均匀，对水中磷酸盐的吸附量为50.06mg/g，将所制得的填料进行静态吸附试验，结果如表2所示，
[0049]
表2 50mg/l磷酸盐废水处理效果
[0050][0051]
实施例3
[0052]
本实施例采用钼尾矿，利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法包括以下步骤：
[0053]
s1，磨碎尾矿：在钼尾矿中加入清水清洗3遍，尾矿与清水的体积比为1：2，放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，用球磨机将干燥后的尾矿磨碎，依次使用300目和350目标准筛筛分后，留用粒径为300～350目的尾矿。
[0054]
s2，制备木屑粉：将木屑粉放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，依次使用300目和350目标准筛筛分后，留用粒径为300～350目的木屑粉。
[0055]
其中木屑粉可以购买，也可以采用将木材清洗干净后用粉碎机将其粉碎。
[0056]
s3，配制黏结剂水溶液：在94.5ml蒸馏水中加入5.5g羧甲基纤维素钠后搅拌，并加热至温度为85～95℃后保温2小时，使羧甲基纤维素钠完全溶胀，冷却后得到羧甲基纤维素钠水溶液。
[0057]
s4，混合：分别称取钼尾矿100g、木屑粉25g、氢氧化铝9g、5.5％的羧甲基纤维素钠水溶液46.5g，混合均匀成泥后制成填料泥胚。
[0058]
其中木屑粉为致孔剂，具有制孔作用，能够提高填料的渗透系数。羧甲基纤维素钠是黏结剂，具有致微孔作用。氢氧化铝的作用是强化磷酸盐吸附效果和小致孔，能够提高填料对污染物的吸附效果。因此由于木屑粉、羧甲基纤维素钠溶液、氢氧化铝的分子大小不一样，致孔的孔大小也不一样，制孔由大到小依次为：木屑粉、羧甲基纤维素钠、氢氧化铝。
[0059]
s5，造粒、干燥和焙烧：用搓丸机将填料泥胚制成直径为1cm球形颗粒后晾干，放入温度为1150℃的马弗炉中下烧结40min，随炉冷却后得到灰色球状钼尾矿人工湿地填料。
[0060]
对制成的钼尾矿人工湿地填料进行理化性质测定，测定结果为：其外观为灰色球体，直径约为1cm，孔隙率为46.81％，采用n2吸脱附比表面积测定仪测得比表面积为189.33m2/g，孔隙较通透且分布较均匀，对水中磷酸盐的吸附量为16.19mg/g，将所制得的填料进行静态吸附试验，结果如表3所示，
[0061]
表3 50mg/l磷酸盐废水处理效果
[0062][0063]
实施例4
[0064]
本实施例采用钼尾矿，利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法包括以下步骤：
[0065]
s1，磨碎尾矿：在钼尾矿中加入清水清洗3遍，尾矿与清水的体积比为1：2，放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，用球磨机将干燥后的尾矿磨碎，依次使用200目和250目标准筛筛分后，留用粒径为200～250目的尾矿。
[0066]
s2，制备木屑粉：将木屑粉放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，依次使用200目和250目标准筛筛分后，留用粒径为200～250目的木屑粉。
[0067]
其中木屑粉可以购买，也可以采用将木材清洗干净后用粉碎机将其粉碎。
[0068]
s3，配制黏结剂水溶液：在93ml蒸馏水中加入7g羧甲基纤维素钠后搅拌，并加热至温度为85～95℃后保温2小时，使羧甲基纤维素钠完全溶胀，冷却后得到羧甲基纤维素钠水溶液。
[0069]
s4，混合：分别称取钼尾矿100g、木屑粉18g、氢氧化铝5g、7％的羧甲基纤维素钠水溶液28g，混合均匀成泥后制成填料泥胚。
[0070]
其中木屑粉为致孔剂，具有制孔作用，能够提高填料的渗透系数。羧甲基纤维素钠是黏结剂，具有致微孔作用。氢氧化铝的作用是强化磷酸盐吸附效果和小致孔，能够提高填料对污染物的吸附效果。因此由于木屑粉、羧甲基纤维素钠溶液、氢氧化铝的分子大小不一样，致孔的孔大小也不一样，制孔由大到小依次为：木屑粉、羧甲基纤维素钠、氢氧化铝。
[0071]
s5，造粒、干燥和焙烧：用搓丸机将填料泥胚制成直径为3cm球形颗粒后晾干，放入温度为1100℃的马弗炉中下烧结20min，随炉冷却后得到灰色球状钼尾矿人工湿地填料。
[0072]
对制成的钼尾矿人工湿地填料进行理化性质测定，测定结果为：其外观为灰色球体，直径约为3cm，孔隙率为38.55％，采用n2吸脱附比表面积测定仪测得比表面积为89.67m2/g，孔隙较通透且分布较均匀，对水中磷酸盐的吸附量为8.77mg/g，将所制得的填料进行静态吸附试验，结果如表4所示，
[0073]
表4 50mg/l磷酸盐废水处理效果
[0074][0075]
实施例5
[0076]
本实施例采用铁尾矿，利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法包括以下步骤：
[0077]
s1，磨碎尾矿：在铁尾矿中加入清水清洗3遍，尾矿与清水的体积比为1：2，放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，用球磨机将干燥后的尾矿磨碎，依次使用350目和400目标准筛筛分后，留用粒径为350～400目的尾矿。
[0078]
s2，制备木屑粉：将木屑粉放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，依次使用350目和400目标准筛筛分后，留用粒径为350～400目的木屑粉。
[0079]
其中木屑粉可以购买，也可以采用将木材清洗干净后用粉碎机将其粉碎。
[0080]
s3，配制黏结剂水溶液：在99ml蒸馏水中加入1g聚乙烯醇后搅拌，并加热至温度为85～95℃后保温2小时，使聚乙烯醇完全溶胀，冷却后得到聚乙烯醇水溶液。
[0081]
s4，混合：分别称取铁尾矿100g、木屑粉42g、氢氧化铝10g、1％的聚乙烯醇水溶液61g，混合均匀成泥后制成填料泥胚。
[0082]
其中木屑粉为致孔剂，具有制孔作用，能够提高填料的渗透系数。聚乙烯醇是黏结剂，具有致微孔作用。氢氧化铝的作用是强化磷酸盐吸附效果和小致孔，能够提高填料对污染物的吸附效果。因此由于木屑粉、聚乙烯醇溶液、氢氧化铝的分子大小不一样，致孔的孔大小也不一样，制孔由大到小依次为：木屑粉、聚乙烯醇、氢氧化铝。
[0083]
s5，造粒、干燥和焙烧：用搓丸机将填料泥胚制成直径为1cm球形颗粒后晾干，放入温度为1000℃的马弗炉中下烧结1h，随炉冷却后得到灰色球状铁尾矿人工湿地填料。
[0084]
对制成的铁尾矿人工湿地填料进行理化性质测定，测定结果为：其外观为灰色球体，直径约为1cm，孔隙率为57.34％，采用n2吸脱附比表面积测定仪测得比表面积为196.71m2/g，孔隙较通透且分布较均匀，对水中磷酸盐的吸附量为58.73mg/g，将所制得的填料进行静态吸附试验，结果如表5所示，
[0085]
表5 50mg/l磷酸盐废水处理效果
[0086][0087]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，磨碎尾矿：在尾矿中加入清水清洗，放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，将干燥后的尾矿磨碎，通过标准筛筛分后得到尾矿；s2，制备木屑粉：将木屑粉放入温度为110
±
5℃的干燥箱中干燥2小时，通过标准筛筛分后得到木屑粉；s3，配制黏结剂水溶液：在99～93ml蒸馏水中加入1～7g黏结剂后搅拌，并加热至温度为85～95℃后保温2小时，使黏结剂完全溶胀，冷却后得到黏结剂水溶液；s4，混合：分别称取尾矿100g、木屑粉18～42g、氢氧化铝5～10g、1％～7％的黏结剂水溶液28～61g，混合均匀成泥后制成填料泥胚；s5，造粒、干燥和焙烧：将填料泥胚制成球形颗粒后晾干，放入温度为1000～1300℃的马弗炉中下烧结20min～1h，随炉冷却后得到高性能尾矿人工湿地填料。2.根据权利要求1所述的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中的尾矿与清水的体积比为1：2。3.根据权利要求1所述的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中的标准筛依次为200目和400目，留用粒径为200～400目的尾矿。4.根据权利要求1所述的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中的标准筛依次为250目和300目，留用粒径为250～300目的尾矿。5.根据权利要求1所述的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中的标准筛依次为300目和350目，留用粒径为300～350目的尾矿。6.根据权利要求1所述的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s2中标准筛依次为200目和400目，留用粒径为200～400目的木屑粉。7.根据权利要求1所述的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s2中标准筛依次为250目和300目，留用粒径为250～300目的木屑粉。8.根据权利要求1所述的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s2中标准筛依次为300目和350目，留用粒径为300～350目的木屑粉。9.根据权利要求1所述的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s3中黏结剂为聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠。10.根据权利要求1所述的利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，其特征在于：所述的步骤s5中球形颗粒的直径为1～3cm。

技术总结
本发明公开了一种利用尾矿制备高性能人工湿地填料的制备方法，属于湿地填料技术领域，包括以下步骤：磨碎尾矿、制备木屑粉、配制黏结剂水溶液、混合、造粒、干燥和焙烧，本发明通过以尾矿、木屑粉、水、聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠、氢氧化铝等为主要原料，经磨碎、混合、造粒、干燥、焙烧等过程制成尾矿人工湿地填料，具有制备成本低、水力传导系数高、比表面积大、孔隙分布较均匀、有机质积累速度快，对水中磷元素的去除能力较高等优点，适用于各种人工湿地水处理工艺中，具有良好的发展前景和实用意义。义。


技术研发人员：叶媛媛 王君 何正昌 周春生
受保护的技术使用者：商洛学院
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/7/12