【正文】 粘結(jié)劑均可制得鹽酸可溶率符合行業(yè)標準的輕質(zhì)礦物多孔材料。 圖 不同粘結(jié)劑材料的表觀密度關(guān)系曲線 圖 不同粘結(jié)劑材料的壓碎力關(guān)系曲線 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 24 圖 不同粘結(jié)劑材料的吸水率和鹽酸可溶率關(guān)系關(guān)系曲線 由圖 可知， 在 不 同 溫 度 下 焙 燒 時 ， 1 號 樣 品 的 表 觀 密 度 為~， 2 號樣品的表觀密度為 ~，即隨著焙燒溫度的增加其二樣品的表觀密度都呈上升趨勢，且 1 號樣品的表觀密度高于 2 號樣品，相同焙燒溫度下差值約為 ，兩樣品表觀密度的差異是由于粘結(jié)劑種類的不同造成的，凹土相對于水玻璃來說，本身密度更小、質(zhì)量輕且有較大的比表面積，制得的輕質(zhì)礦物多孔材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松，孔洞較為發(fā)達，因此 表觀密度較低。由圖 5（ a） ~（ c）可知，輕質(zhì)礦物多孔材料的空洞在材料內(nèi)部分布比較均勻，孔徑分布較廣，以介孔和大孔為主。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 20 圖 輕質(zhì)礦物多孔材料 XRD 圖譜 由圖 可知，輕質(zhì)礦物多孔材料的主要礦物組成是石英、斜方錳石和輝石。 （ 6）碳粉的同步熱分析結(jié)果如圖 所示。 圖 輕質(zhì)礦物多孔材料制備工藝流程圖 上圖的制備的工藝流程是： 樣品編號 鐵尾礦 碳酸鈣 碳粉 凹土 水玻璃 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 18 （ 1）用電子天平稱取高硅鐵尾礦若干，放入球磨機內(nèi)的磨罐中，磨球材質(zhì)為剛玉，球與料質(zhì)量比為 2:1，大球與小球質(zhì)量比為 1:2，放入磨球 400g、鐵尾礦 200g。 圖 Riley 相圖中 具有良好燒脹性能 的原料化學(xué)成分范 圍 如圖可知，具有良好燒脹性能的原料化學(xué)范圍是： SiO2和 Al2O3的總和，及硅鋁組分含量應(yīng)處于 60%~87%范圍內(nèi)。另一方面，碳粉在燃燒過程中還能提供熱能，使其他原料在燃燒過程中變成溶質(zhì)。 （ 2） 凹土。 圖 模擬 生物曝氣 反應(yīng)器結(jié)構(gòu) 示意圖 水處理實驗 （ 1）本實驗所用污水配方如表 所示，將各種藥品準確稱量后與 5L 自來水混合均勻，調(diào)節(jié)其 pH 在 。 ④ 將洗凈的樣品在 干燥箱 100176。 ② 將烘干后的輕質(zhì)礦物多孔材料浸沒入水中，浸泡 1h。其測試步驟如下： ① 將 輕質(zhì)礦物多孔材料洗凈，在 燥箱中 100176。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 11 2 實驗 實驗原料 本實驗所用原料見下表 ： 表 實驗用原料 名稱 規(guī)格 來源 鐵尾礦 100 目 河北承德 凹土 100 目 江蘇 碳酸鈣 工業(yè)級 天津大學(xué)科威公司 水玻璃 工業(yè)級 天津大學(xué)科威公司 碳粉 工業(yè)級 天津大學(xué)科威公司 鹽酸 分析純 天津大學(xué)科威公司 活性污泥 工業(yè)級 天津市某污水處理 廠 水處理多孔材料 工業(yè)級 金峰凈水 實驗儀器 本實驗所需的主要 儀器及 設(shè)備 見下表： 表 實驗用主要儀器設(shè)備 儀器名稱 型號 生產(chǎn)廠家 微粒球磨機 WLIA 天津軍晟電器設(shè)備有限公司 標準篩 100 目 浙江省上虞市沙篩廠 電子天平 BS224S 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司 電熱恒溫干燥箱 DL201BS 天津市中環(huán)試驗電爐有限公司 馬弗爐 SXG12163 天津市中環(huán)試驗電爐有限公司 李氏比重瓶 250ml 天津大學(xué)科威公司 微機控制電子萬能拉力實驗機 CMT610 深圳市新三思計量技術(shù)有限公司 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 12 X 射線衍射儀 Rigaku Dmax2500Pc 日本理學(xué) Rigaku 掃描電子顯微鏡 Hitachi S4800 日本日立公司 熱重 差熱聯(lián)用儀 DIAMOD TG/DTA 美國 PerkinElmer 公司 溶氧量測試儀 AZ8403 臺灣衡欣儀器廠 實驗方法 （ 1） XRD 分析 采 用 日本理學(xué) Rigaku 公司生產(chǎn)的 Rigaku Dmax2500Pc 型 X 射線衍射儀測試樣品的晶體結(jié)構(gòu)， 分析其物相組成。 當木質(zhì)素和水玻璃作為粘結(jié)劑燒制陶粒時，不僅陶粒散落減少， COD 的去除率和吸附容量都有所增加， COD 去除率達到了 %，從而達到了“以廢治廢”的目的。 Liu Yangsheng[18]等采用添加造孔劑法制備了輕質(zhì)礦物多孔材料，其制備工藝是：以高硅鐵尾礦為主要原料，市政污水污泥和粉煤灰作為添加劑，鐵尾礦與粉煤灰比例為 45:55，焙燒溫度為 1150176。 （ 3）有機泡沫浸漬法 該工藝是用有機泡沫浸漬漿料，利用有機泡沫體的開孔三維網(wǎng)狀的特殊結(jié)構(gòu)，將料漿均勻地涂覆在有機泡沫網(wǎng)狀體上 , 干燥后燒掉有機泡沫體從而獲得多孔材料。 礦物多孔材料研究進展 礦物多孔材料 多孔材料是由相互貫通或封閉孔洞構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料，主要包括多孔陶瓷材料、多孔金屬材料和泡沫塑料等 [13]。 貴金屬的回收 Liu Bailong[11]等人討論了氰化尾礦的預(yù)處理對其后期貴金屬回收的影響，并且結(jié)合礦物結(jié)構(gòu)和焙燒原理解釋了金的浸出機制。因隨意堆置的尾礦所造成的揚塵還會對區(qū)域環(huán)境和居民身體健康造成傷害，與此同時其中的有毒有害物質(zhì)還會進入河流及污染地下水，當尾礦數(shù)量過多時可形成高勢能的人造泥石流，隨時危及周邊居民的生河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 7 命財產(chǎn)安全。近年來，我國對 BAF 的流程也展開了深入研究并不斷優(yōu)化其結(jié)構(gòu)與凈水效果。通過粘結(jié)劑及造孔劑含量、焙燒溫度和保溫時間對輕質(zhì)礦物多孔材料表觀密度、壓碎力、吸水率及鹽酸溶解率等性能的影響，探討最佳原料配比和生產(chǎn)工藝，并將輕質(zhì)礦物多孔材料作為曝氣池濾料，評價 其水處理效果。據(jù)不完全統(tǒng)計， 全世界每年所排尾礦及廢石超過 100 億 t。該瓷磚和傳統(tǒng)瓷磚相比具有高強度和高硬度的優(yōu)點，并且其指標符合歐洲標準。 工業(yè)水處理 劉宏 [6]等將鐵尾礦經(jīng)磁選后篩分，選取粒級在 ～ mm 范圍內(nèi)的尾礦顆粒作為載體，添加到普通氣池模型中，對 COD 為 400 mg/ L 的模擬生活污水進行處理。特別是礦物多孔材料作為生物濾料時，當其密度與水的密度相當，可以在曝氣作用下在水中均勻分布 時，可稱為輕質(zhì)礦物多孔材料，與其他種類生物濾料相比具有質(zhì)輕、耐沖刷、易掛膜等優(yōu)勢，因此在生活污水治理及工業(yè)廢水處理中備受人們的重視和青睞 [15]。此工 藝得到的多孔材料孔徑較小，易于控制并且分布均勻，但是生產(chǎn)率較低。之后又分析了添加劑的制孔機理：原料中的無機碳和粉煤灰中的有機碳在焙燒過程中燃燒，生成二氧化碳氣體，在材料內(nèi)部產(chǎn)生氣孔，降低材料的密度。 本課題擬用高硅鐵尾礦為主要原料，經(jīng)高溫焙燒、膨化等制備一種輕質(zhì)礦物多孔河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 10 材料，用于曝氣生物濾池中做生物濾料?！?90176。 ③ 將輕質(zhì)礦物多孔材料從水中取出，瀝水后倒在擰干的濕毛巾上，讓試樣在毛巾上來回滾動 8~10 次，以此擦拭其表面水分。 ① 輕質(zhì)礦物多孔材料洗凈，在 干燥箱 100176。 其中（ 4） ~（ 6）項測試過程均參照行業(yè)標準《水處理用人工陶粒濾料》（ GJ/T 299— 2020） [20]。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 15 表 實驗污水配方 3 輕質(zhì)礦物多孔材料的制備及性能 原料的優(yōu)選 實驗所用鐵尾礦及凹凸棒土（以下簡稱凹土）的化學(xué)成分如表 所示。 凹土屬粘土類礦物，在輕質(zhì)礦物多孔材料的制備過程中能夠賦予材料良 好的粘結(jié)性和可塑性，使其易于成型，并且具有一定的初始強度。 碳酸鈣在高溫分解生成 CaO 和 CO2氣體，起到造孔劑的作用。 為獲得最佳原料配比，本實驗共設(shè)計 10 組配方（見表 ） 。 （ 2）將 100 目的鐵尾礦粉末和凹土、碳粉、碳酸鈣按比例混合，放入球磨罐中，用球磨機混勻，以 800r/min 的轉(zhuǎn)速運 行 15min，然后取出混勻的粉料。因為在此溫度階段發(fā)生了碳粉的燃燒，碳粉轉(zhuǎn)變成為二氧化碳氣體。 圖 輕質(zhì)礦物多孔材料宏觀結(jié)構(gòu)圖 （ a） 外觀 （ b）剖面 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 21 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 22 圖 3. 6 輕質(zhì)礦物多孔材料 SEM 分析圖： （ a） 放大 250 倍 （ b）放大 500 倍 （ b） 放大 10000 倍 （ d）孔壁 多孔材料中與外界連通的孔稱為開孔，不與外界連通的稱為閉孔，在材料內(nèi)部相互聯(lián)通的孔為通孔。吸水率為 4~10%。 分析圖 可知， 1 號樣品在溫度為 1000~1100℃ 時其 吸水率由 15%下降至 0，而2 號樣品在溫度為 1000~1150℃ 時 的吸水率由 30%下降至 0。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 25 圖 不同凹土含量材料的表觀密度曲線 圖 不同凹土含量材料的壓碎力曲線 圖 不同凹土含量材料的吸水率和鹽酸可溶率曲線 由圖 可知， 凹土含量由 5%增加到 20%時，輕質(zhì)礦物多孔材料的表觀密度由，增加 凹土成分含量，可起到降低原料燒成溫度的作用，但凹土本身密度較小，比表面較大，所以增加凹土含量，不會使材料的表觀河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 26 密度有大幅度提高趨勢 。 由圖 可知，壓碎力與表觀密度變化趨勢相同，溫度為 1115℃時，壓碎力最小其值為 ，之后壓碎力隨溫度增加而增加，當溫度 升至 1145℃時，壓碎力數(shù)值為 。隨著保溫時間的延長，樣品內(nèi)外的溫度達到一致，并且在該溫度下液相含量逐漸增多，表面具有一定粘結(jié)性，氣體在材料內(nèi)部形成氣孔，材料體積發(fā)生膨脹，表觀密度下降；保溫 30min 時，材料表觀密度 為 。 圖 不同造孔劑含量材料的表觀密度曲線 圖 不同造孔劑含量材料的壓碎力曲線 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)論文 31 圖 不同造孔劑含量材料的吸水率、鹽酸可溶率曲線 造孔劑含量增加，高溫時由于造孔劑燃燒或分解產(chǎn)生的氣體數(shù)量就會增加，因而會在材料內(nèi)部留下更多的孔隙，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加疏松，表觀密度隨之降低。市售水處理多孔材料外觀為深灰色，平均粒徑 5cm，表觀密度為 ，用 XRD 分析其礦物組成，其主要礦物組成為石英、磷鋁礦、斜硅石。 加入實驗制備輕質(zhì)礦物多孔材料的反應(yīng)池 僅在 18 天就達到了高達 87%并能繼續(xù)穩(wěn)定運行， 比市售水處理用多孔材料的 COD 去除率多 16%， 說明掛膜數(shù)量較多。 （ 3） 由圖 （ d）可看出，輕質(zhì)礦物多孔材料具有粗糙的孔壁，與光滑表面相比，粗糙面可以增加微生物與材料的接觸面積，增大掛膜面積。此時微生物已經(jīng)大量繁殖，而環(huán)境中的有機負荷有限，限制了微生物進一步生長，而輕質(zhì)礦物多孔材料內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)也對微生物起到屏蔽保護作用，因此生物膜生長穩(wěn)定， COD 去除率也基本維持在定值。 （ 4）制備的輕質(zhì)礦物多孔材料水處理效果佳，是由于材料本身對污染物的機械截留和微生物的分解以及絮凝共同作用的結(jié)果。 梁 老師豐厚的學(xué)術(shù)背景，嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)使我深受啟迪。 感謝我的父母親人，因為您們的無私支持才使我順利完成學(xué)業(yè)。 感謝 在畢業(yè)設(shè)計階段， 杜倩倩師姐、呂愛菊師姐和穆小占師兄認真教授操作實驗設(shè)備的方法， 對我的 實驗 提出了很多寶貴意見，并在畢業(yè)設(shè)計和日常生活中 給予了 我很多關(guān)懷與幫助；我的 同學(xué)劉奇、楊小雪和張瑤 等人也對我的 實驗 給予了支持 和 幫助。從課題開始到最后論文的提交，丁老師都給予了我極大的幫助。C 焙燒 30min。一方面，微生物生長要從污水中吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進而分解水中部分污染物，另一方 面，新陳代謝產(chǎn)生的胞外聚合物對水中污染物有絮凝作用，可除去水中的部分污染物，另外，