【文章內(nèi)容簡介】 干燥箱100176。C下干燥至恒重，其干質(zhì)量為m1（單位：g）。2　 將烘干后的輕質(zhì)礦物多孔材料浸沒入水中，浸泡1h。3　 取出浸泡后的輕質(zhì)礦物多孔材料，用毛巾擦拭其表面的水分，立刻稱重，濕質(zhì)量為m2（單位：g）。4　 吸水率計(jì)算：輕質(zhì)礦物多孔材料的吸水率W（單位：%）按如下公式計(jì)算：% （）（6）鹽酸可溶率鹽酸可溶率是材料在鹽酸中溶出物的質(zhì)量百分率，用C（單位：%）表示。① 輕質(zhì)礦物多孔材料洗凈，在干燥箱100176。C下干燥至恒重，其質(zhì)量為m1（單位：g）。② 用1+1鹽酸（1體積分析純鹽酸和1體積水混合）將樣品浸漬。在室溫下靜置30min。③ 傾倒出鹽酸，反復(fù)洗滌樣品直至洗凈水為中性。④ 將洗凈的樣品在干燥箱100176。C下干燥至恒重，其質(zhì)量為m2（單位：g）。⑤ 結(jié)果計(jì)算：鹽酸可溶率按下式計(jì)算：% （）（7）壓碎力壓碎力即物料被壓碎破壞所能承受的最大壓力，是反應(yīng)物料抵抗破壞的性能指標(biāo)，用F表示（單位：kN）。其中（4）~（6）項(xiàng)測試過程均參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水處理用人工陶粒濾料》（GJ/T 299—2008）[20]。 輕質(zhì)礦物多孔材料水處理實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置由反應(yīng)池、填料、曝氣盤和氣泵組成。其中反應(yīng)池的容量為600ml，曝氣盤位于其底部，與氣泵相連。填料在氣泵的氣流沖擊作用下可在水中做懸浮狀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，與污水充分混合接觸。 模擬生物曝氣反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖 （1），將各種藥品準(zhǔn)確稱量后與5L自來水混合均勻。（2）將輕質(zhì)礦物多孔材料置于105℃恒溫干燥箱中干燥至恒重，稱取100g加入到模擬曝氣反應(yīng)器中，同時(shí)加入20g活性污泥和500ml稀釋6倍的實(shí)驗(yàn)污水，在不曝氣的條件下悶曝3天； （3）3天后將反應(yīng)器中的污水與污泥倒掉，向反應(yīng)池中加入新的稀釋6倍的污水；（4）打開氣泵，調(diào)節(jié)氣泵氣閥，使水中的溶氧量維持在8mg/L左右，水中溶氧量采用溶氧測試儀測試；（5）將實(shí)驗(yàn)裝置在1625℃的環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行，每隔12h更換一次污水，24h后采用COD測試裝置測試反應(yīng)池中COD數(shù)值并計(jì)算COD去除率。（6）重復(fù)步驟（4）直至COD數(shù)值穩(wěn)定。 實(shí)驗(yàn)污水配方組分名稱淀粉葡萄糖(NH4)2CO3K2HPO4自來水質(zhì)量（g）362253 輕質(zhì)礦物多孔材料的制備及性能 原料的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)所用鐵尾礦及凹凸棒土（以下簡稱凹土）。 鐵尾礦及凹土化學(xué)成分（%）原料 SiO2Fe2O3 Al2O3CaOMgOK2O鐵尾礦凹土 原料組分及作用 材料在制備過程中若要達(dá)到較好的膨化效果，形成輕質(zhì)多孔材料，除了加入適當(dāng)?shù)脑炜讋┩?，還應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件[21]：一是在膨脹溫度下能產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼扯群捅砻鎻埩Γ欢桥c此同時(shí)產(chǎn)生足夠的氣體。而決定材料膨脹性的主要因素是原料的種類和用量，這對制備的輕質(zhì)礦物多孔材料的性能有著至關(guān)重要的影響。輕質(zhì)礦物多孔材各原料的作用如下[22~23]：（1） 高硅鐵尾礦。%，是輕質(zhì)礦物多孔材料中硅成分的主要來源及基本組分，在焙燒過程中起支撐骨架作用，其決定材料強(qiáng)度的大小。（2） 凹土。% % Al2O3，也是提高材料強(qiáng)度的重要組成成分之一。同時(shí)凹土中還含有較多的MgO、K2O、CaO等熔劑組分，這類組分可起到調(diào)節(jié)原料熔點(diǎn)的作用，以降低材料的燒成溫度，減少能耗，還可使燒成帶變寬，提高成品率。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(qiáng)度。（3） 水玻璃。水玻璃即硅酸鈉，又稱泡花堿，在輕質(zhì)礦物多孔材料中起粘結(jié)劑作用。（4） 碳粉。在輕質(zhì)礦物多孔材料的煅燒過程中，當(dāng)溫度較高時(shí)碳粉會燃燒，生成CO2或CO氣體，此時(shí)材料中便可產(chǎn)生孔隙，使材料在后續(xù)升溫過程中易于膨脹。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)。所以碳粉在原料中起到了造孔劑和燃料的作用。（5）碳酸鈣。碳酸鈣在高溫分解生成CaO和CO2氣體，起到造孔劑的作用。生成CaO是熔劑組分，可以降低原料的熔點(diǎn)，起到助熔的作用。 樣品配方及編號Riley 提出，當(dāng)陶粒原料的成分處于特定范圍內(nèi)時(shí)，在合適的溫度下，陶粒會具有良好的燒脹性，能形成孔隙率較高，質(zhì)量較輕的材料。并提出了用三元法表示原料化學(xué)成分的 Riley 三角形。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)。由此可以制得高溫下具有良好膨脹性的材料。本實(shí)驗(yàn)中的原料配比使原料化學(xué)成分均在上述范圍內(nèi)。為獲得最佳原料配比，本實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)10組配方（）。表 各組配方編號及原料成分質(zhì)量（g）樣品編號鐵尾礦碳酸鈣碳粉凹土水玻璃12345678910 輕質(zhì)礦物多孔材料的制備工藝輕質(zhì)礦物多孔材料多為陶粒。陶粒外觀大部分為圓形或橢圓形球體，其表面是一層陶質(zhì)或釉質(zhì)的較為堅(jiān)硬的外殼，起到隔水保氣作用，并使陶粒具有較高的強(qiáng)度。陶粒的粒徑一般為 5~20mm范圍內(nèi)[24]。 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：（1）用電子天平稱取高硅鐵尾礦若干，放入球磨機(jī)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。，轉(zhuǎn)速為1200r/min。球磨結(jié)束后，將罐中粉末與磨球分離，再將鐵尾礦粉末過100目標(biāo)準(zhǔn)篩，取篩下部分備用。（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(jī)混勻，以800r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)行15min，然后取出混勻的粉料。（3）向混合均勻的粉料中加入適量水（約占粉料總質(zhì)量的20%~30%），用玻璃棒攪拌使物料與水分混合均勻。（4）將具有粘結(jié)性與可塑性的泥料制成粒徑為5~8mm的小球。（5）成型后的球狀物料在自然條件下晾干4h，然后在電熱恒溫干燥箱100176。（6）。由圖可知，碳粉在400176。C~600℃出現(xiàn)明顯失重，最大失重速率對應(yīng)的溫度約為550℃。因?yàn)樵诖藴囟入A段發(fā)生了碳粉的燃燒，碳粉轉(zhuǎn)變成為二氧化碳?xì)怏w。因此，本實(shí)驗(yàn)的工藝制度為用馬弗爐在550℃預(yù)燒15min，使碳粉充分燃燒，盡可能完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳?xì)怏w，充分造孔。預(yù)燒后高溫焙燒，之后隨爐冷卻。 碳粉的熱重分析圖。表 試樣焙燒制度樣品編號焙燒溫度（℃）保溫時(shí)間（min）21000302105030211003021150303~61100303~61115303~61130303~61145303113015311303031130453113060 輕質(zhì)礦物多孔材料的性能制備的輕質(zhì)礦物多孔材料（9號樣品）。 輕質(zhì)礦物多孔材料XRD圖譜，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。焙燒后生成的新物相斜方錳石和輝石使輕質(zhì)礦物多孔材料具有一定的強(qiáng)度。由輕質(zhì)礦物多孔材料（9號樣品）的外觀（）和微觀形貌（）可分析其內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)及孔分布。圖 輕質(zhì)礦物多孔材料宏觀結(jié)構(gòu)圖（a） 外觀 （b）剖面圖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。（a）可見，輕質(zhì)礦物多孔材料的部分孔延伸至表面，與外界相通，（a）、（b）可知，材料內(nèi)部部分孔呈封閉的橢圓形，部分孔相互連通形成孔道。因此，輕質(zhì)礦物多孔材料中孔類型多樣，包括開孔、閉孔和通孔，且開孔與通孔所占比例大于50%。按照孔徑可將多孔材料的孔分為微孔、介孔和大孔。其中孔徑2 nm的為微孔，孔徑為2 ～ 50 nm范圍內(nèi)的為介孔，孔徑50 nm的為大孔。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。由圖5（d）可知，輕質(zhì)礦物多孔材料的孔壁很粗糙，有大面積的結(jié)晶凸起，且孔內(nèi)填充大量細(xì)小顆粒。對所得輕質(zhì)礦物多孔材料的理化性質(zhì)進(jìn)行測試，： 輕質(zhì)礦物多孔材料的基本性質(zhì)測試項(xiàng)目粒徑（mm）顏色表觀密度（g/cm3）壓碎力（kN）鹽酸可溶率（%）吸水率（%）測試結(jié)果3~8深灰色~~4~10，輕質(zhì)礦物多孔材料的粒徑為3~8mm，~。吸水率為4~10%。其表觀密度與水的密度接近并且略重與水，粒徑大小適中，在曝氣過程中可在氣體沖擊作用下在水中運(yùn)動，與水均勻充分接觸，吸水率適中，