页岩陶粒的制造及应用
目前，用于生物载体的优质陶粒滤料多依赖进口，李国昌等利用国内丰富的页岩制备了较高孔隙率、一定孔径分布的基本性能优良的陶粒滤料。该陶粒用于水处理，因其低廉的价格和优异的性能受到越来越密切的关注，应用也越来越广泛，尤其是在利用微生物对水中的污染物进行吸附和氧化分解处理的曝气生物滤池(BIOFOR)中发挥着重要作用。
页岩陶粒是以页岩陶粒为基本原料经高温始烧而成，其主要成分是SiO2和Al2O3，具有活性高、微孔多、比表面积大和吸附能力强等特点，因而是污水生态处理系统中常用的
滤料之一。
页岩陶粒的结构材料
页岩陶粒滤料的主要原料为页岩，页岩的主要矿物组成为伊利石、高岭石、长石、石英、磁铁矿、云母、方解石和白云石等，淄博市博山区页岩的主要化学成分见表。
淄博市博山区页岩的主要化学成分
单位%
| 样号 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
烧矢 |
| 2 |
55.15 |
19.42 |
8.73 |
1.29 |
1.13 |
3.82 |
1.33 |
9.13 |
| 1 |
56.70 |
17.45 |
8.41 |
2.16 |
1.42 |
4.13 |
1.52 |
8.21 |
将上述页岩经破碎、细磨，过100目筛测定工艺性能，可塑性指数12.23-16.40，熔融范围1020-1180℃。
页岩陶粒的制备
(1)破碎法；破碎法是将页岩原料直接破碎，放入高温炉中加热焙烧制得产品。破碎法制备页岩陶粒成本低，但样品层理方向膨胀较大，使得气孔沿层理方向定向分布，内部结构不均匀。目前由于经济因素的影响，生产中多采用破碎法，但破碎原料过程会产生大量的页岩细粉，如不加利用，不但造成资源的浪费，还会因堆积占用土地并带来环境污染。
①配料造粒。将页岩用破碎机破碎成为不同粒级后过筛分级，取2-5mm样在干燥箱中于100℃下干燥6-8h，作为陶粒滤料生料。
②烧制成形。生料的焙烧一般采用快升温和慢升温两种方式。快升温(快烧)是将页岩生料在110℃下干燥4h，在电阻炉中预热至600℃并保温10min，然后迅速将预热料移至高温炉中，分别在900℃、940℃、980℃、1020℃、1060℃、1100℃、1140℃、1180℃、1220℃、1260℃温度下焙烧5-25min，得到成品；慢升温(慢烧)是将干燥好的页岩生料置于高温炉中，然后分别逐渐升温至900℃、940℃、980℃、1020℃、1060℃、1100℃、1140℃、1180℃、1220℃、1260℃焙烧5-25min，得到成品。
(2)成球法(也称可塑法)；成球法是将页岩原料粉磨成球后再加热焙烧。成球法样品的内部结构较均匀，气孔分布无明显的方向性，但成本较高。从环境保护的角度考虑，成球法制备陶粒滤料是将来必须要考虑的生产方法。
①配料造粒。将原料粉碎、过100目筛、成球，成球方式采用圆盘成球机，成球机转速、圆盘倾角同煤砰石陶粒滤料的制备。
②烧制成形。生料的焙烧制度与破碎法相同。
页岩陶粒的特征
(1)页岩陶粒的外观特征；焙烧后陶粒的颜色由页岩的黄褐色变为深浅不同的红褐色，气孔大小和分布也有所不同。快速焙烧的陶粒滤料，较低温度900-980℃时颜色较浅，呈现土黄、浅砖红色，气孔和膨胀不明显；继续升温至980-1060℃，烧成制品颜色出现黄褐、深黄褐色，可以观察到气孔和膨胀明显；当到高温1060-1180℃时，颜色变深，出现褐色、红褐色，气孔和膨胀明显；当温度升至1180-1220℃时出现局部熔融烧结成块，大孔明显增加，且多为闭口气孔。慢速焙烧陶粒滤料的外观特征与快速焙烧陶粒滤料的基木相同，主要区别是慢速焙烧制品的膨胀不明显。
(2)页岩陶粒的气孔率和气孔孔径分布；页岩陶粒的气孔率和气孔孔径分布特征基本上同煤矸石陶粒的气孔率和气孔孔径分布特征。
(3)页岩陶粒的比表面积；比表面积反映了样品的孔隙率和孔径的综合特征，样品的比表面积变化特征与孔隙率的变化特征极为相似，在低温时样品具有较小的比表面积，随着温度的升高比表而积增加而达到极大值；之后温度升高，烧结充分，内部结构致密。导致孔隙率减小，比表面积减小。成球法样品的比表面积比破碎法样品大，且受温度的影响也较大；快升温焙烧样品的比表面积在实验温度范围内的变化幅度较慢升温焙烧样品低，而且出现最大表面积的温度也较低。
(4)页岩陶粒的酸碱可溶率；页岩陶粒的酸碱可溶率基本上同煤矸石陶粒的酸碱可溶率。
页岩陶粒在水处理方面的应用研究
页岩陶粒从实际应用的角度来讲，1100℃以上焙烧的陶粒滤料因孔径较小，适合作为吸附过滤的滤料；而用于生物膜法处理污水的生物陶粒载体则需要1100℃以上焙烧，这时样品的孔径适合于生物的挂膜生长。
赵桂瑜等研究了页岩陶粒滤料(研磨成30目、60目和100目备用)在人工湿地污水生态处理系统中对水溶液中磷的吸附情况，考察了溶液初始浓度、页岩陶粒粒径和温度对吸附除磷作用的影响。结果表明，页岩陶粒对磷的吸附等温特征符合Langmuir方程，由Lang-muir方程计算出页岩陶粒对磷的最大吸附量为131.58mg/kg，最大缓冲容量为27.32L/KG。溶液中磷的初始浓度越大，温度越高，页岩陶粒对磷的吸附量就越大。随着粒径的减小，页岩陶粒对磷的平衡吸附量先增大后减小，60目时对磷的平衡吸附量最大。
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