專利名稱：天然沸石湖泊面源污染防治粘土燒結吸附襯板的制造方法
技術領域：
我國是一個多湖之國，全國大于0. 5平方公里的各類型湖泊有28000多個，從自然 景觀方面來看，一個湖泊包含了兩個截然不同但又相互聯(lián)系的部份流域和湖體。兩者必須 統(tǒng)籌考慮，沒有前者，后者就不可能存在。湖泊是地球上最生動和最美麗的景觀，也是內陸水系統(tǒng)最具變化的水體。而且它 們是動態(tài)的水生生態(tài)系統(tǒng)，湖泊同時也是最為脆弱的水域生態(tài)系統(tǒng)。它們是所有排放物的 接收器，要接的來自全流域范圍的泥砂、各種礦物質、水生植物營養(yǎng)物質和有機物質等。這 些物質在水體中或湖底不斷積累。在人口密度不大的流域中，這個過程較為緩慢，但在人 口稠密或工業(yè)化程度較高的流域中，人類的活動將會大大加速這一本來較為漫長的自然過 程，使得水質和湖底環(huán)境不斷退化。湖泊退化主要是由于對科學知識的缺乏、技術的落后、 愚味、資金和技術資源不足，以及不恰當?shù)拈_發(fā)和管理方式。世界人口預計到2050年將由現(xiàn)在的60億增加到90億，這給各地政府和規(guī)劃者為 滿足不斷增加的城鄉(xiāng)供水和衛(wèi)生需求帶來了很大的壓力。未經(jīng)處理或者沒有經(jīng)過充分處理 的廢水事實上已經(jīng)成為所有發(fā)展中國家的一個主要的水污染問題，特別是在那些急劇發(fā)展 的城市。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工業(yè)用水需求也將不斷增加。而且人口增加將導致農(nóng)業(yè)需 水增加。據(jù)估計，為了滿足全球人口對食物的基本要求，在未來30年內全球的食物生產(chǎn)必 須翻一番。對食物需求的增加正使得許多地方的農(nóng)民耕種那些邊緣的土地，以及不斷增加 肥料和其它化學物資的使用，這使得湖泊的富營養(yǎng)化和殘留農(nóng)藥不斷增加，從而導致生態(tài) 問題。因為無論是工業(yè)用水還是農(nóng)業(yè)用水，從湖泊和河流中的取水大部分最終都要直接和 間接排回去。因此，據(jù)有關部門統(tǒng)計，湖泊水體污染物和污染元素對其貢獻量最大的是來自 于湖泊的水體數(shù)百倍甚至數(shù)千倍的流域區(qū)域，也就是環(huán)境保護部門常用的術語——面源污染。公眾缺乏意識會使得湖泊的利用價值降低。公眾意識的缺乏表現(xiàn)在公民、地方政 府、決策者、媒體等對湖泊所面臨的問題的起因和在參與解決這些問題方面缺乏充分的知 識和信息。湖泊面源污染自然是湖泊水體污染的最大貢獻者，就必須從這個貢獻者源頭的 問題加以解決。隨著人們對食物的要求劇增，人們加大了對土地的充分利用耕作，為達到此 目的，保持土地土壤對農(nóng)作物的生長需求，人們加大對土壤中人造養(yǎng)份的供應，大量地施用 各種各樣的肥料，在隨著城市的擴張，大量占用平原的平地建設從而導致人們不斷地向山 丘進軍，開懇坡地以滿足人們對耕地面積的需求。無論就平原和坡地而言，大量施用的肥料 儲存在土壤之中，而又無法使農(nóng)作物充分地吸收，遇到澆灌水量過大或者是暴雨大暴雨的 沖刷，本身應該是對人類所需食物貢獻的諸如氮、磷等元素，卻隨著雨水的流失經(jīng)田間坡地 的水渠溝渠源源不斷地貢獻給了湖泊，從而加劇了湖泊水體的富營養(yǎng)化進程。環(huán)境保護學者專家們通過多年研究表明有效地控制面源的污染是湖泊治理工作 中的重要一環(huán)，在污染元素在流域中處于運動狀態(tài)和經(jīng)停狀態(tài)下有效地將其固定于某一物 體之中，使其不能隨著水流的運動流向湖泊，因而這就是本發(fā)明產(chǎn)生的技術背景。

發(fā)明內容
沸石(Oolite)是沸石族礦物的總稱，是一種架狀結構含水的堿或堿土金屬鋁硅 酸鹽礦物，種族較多，主要濁沸石、斜發(fā)沸石、輝沸石、毛沸石、絲光沸石、菱沸石、鈉沸石、鈣 十字沸石、方沸石等。到目前為止，全世界發(fā)現(xiàn)天然沸石有34種，中國已發(fā)現(xiàn)的天然沸石有 斜發(fā)沸石、絲光沸石、堿菱沸石、鈣十字沸石等十多種。已被大量應用的是斜發(fā)沸石和絲光 沸石。沸石的密度為1. 92-2. 80g/cm3，莫氏硬度5_5. 5，呈淺綠色有時為肉紅色和其他淺色。沸石的化學組成十分復雜，因成因不同種類不同有很大差異。一般化學式為 AmBpO2P · ηΗ20，結構式為 Ax/g [ (AlO2) x (SiO2) y] ηΗ20，其中 A 為 Ca、Na、K、Ba、Sr 等陽離子；B 為 Al和Si ；g為陽離子電價；m為陽離子數(shù)；η為水分子數(shù)；χ為Al原子數(shù)；y為Si原子數(shù)；y/ χ通常在1-5之間；(x+y)是單位晶胞中四面體的個數(shù)。例如，斜發(fā)沸石的化學式為(Na，K， Ca)2_3[Al3(Al，Si)2Si13036] · 12H20，絲光沸石化學式為 Na2Ca [AlSi5O12J4 · 12H20。沸石的結構一般由三維硅(鋁)氧格架組成，硅(鋁)氧四面體是沸石骨架中最基 本的結構單元，四面體中每個硅(鋁)原子周圍有四個氧原子形成四面體配位。硅氧四面 體中的硅可被鋁原子置換而構成鋁氧四面體，為了補償電荷的不平衡，一般由堿金屬或堿 土金屬離子來補償，如Na、Ca、Sr、K、Ba、Mg等金屬離子。沸石的結構水和一般結構水(OH) 不同，由于其作為水分子存在，故在特定溫度下加熱，脫水后結構不破壞，原水分子的位置 仍留有空隙，形成海綿晶格一樣的結構，具有將水分子和氣體再吸入空隙的特性。沸石的獨特結構使其具有獨特的物化特性，主要有離子交換性、吸附分離性(如 選擇性吸附性能)、催化性(可作催化劑及催化劑載體)、化學穩(wěn)定性(天然沸石具有良好 的熱穩(wěn)定性、耐酸性)、可逆的脫水性電導性等。另外，沸石還有一種包膠氣體的特性，即溫 度升高時沸石空腔變大而進入分子，冷卻時進入的分子被截留，截留的組分以很高的密度 長期保存，直到加熱釋放。膨潤土(bentonite)是以蒙脫石為主要礦物成分的黏土巖，常含少量的伊利石、 高嶺石、沸石、長石和方解石等礦物，一般呈白色、灰色、粉紅色、黃色、褐黑等多種顏色；具 油脂、蠟狀光澤；斷口為貝殼狀或鋸齒狀；其形態(tài)常呈土狀穩(wěn)晶質塊體，有時呈細小鱗片 狀、球粒狀；硬度2-2. 5 ；密度2-2. 7g/cm3 ；性軟有滑感，吸水膨脹，最大吸水量可為其體積 的 8-15 倍。膨潤土的主要化學成份為 SiO2, A1203> H2O, FeO, Fe303, CaO, Na2O, K2O, TiO2 等。 根據(jù)膨潤土中所含的可交換陽離的種類、含量和結晶化學性質等，又將膨潤土分為鈣基膨 潤土，鈉基膨潤土等類型。一般根據(jù)Σ Na/ Σ Ca進行劃分，Σ Na/ Σ Ca ^ 1為鈉的基膨潤 土，Σ Na/ Σ Ca < 1為鈣基膨潤土。鈉基膨潤土比鈣基膨潤土有更高的膨脹性和陽離子交 換容量，在水中的分散性好，且膠質價高，黏性、潤滑性及熱穩(wěn)定性俱佳。此外，觸變性、熱濕 拉強度和干壓強度也較好，所以鈉基膨潤土性能更好，利用價值更大。蒙脫石是含少量堿金屬和堿土金屬的層狀水鋁硅酸鹽礦物，化學式為 Al2O3 *4Si02 ·3Η20，屬單斜晶系，a0 = 0. 5nm，b = 0. 906nm，c。變化較大，無水時為 0. 96nm， 當層間陽離子為Ca2+時，可含兩層水分子，C0 ^ 1. 55nm,當層間陽離子為Na+時，可含單層 水分子，也可含兩層或三層水分子，Ctl可增加到1.8 1.9nm，當其吸附有機分子時，Ctl可達 到 4. 3nm。
海泡石(sepiolite)是一種富鎂纖維狀硅酸鹽黏土礦物。根據(jù)其產(chǎn)出形態(tài)特征， 大體可分為土狀海泡石(或稱為海泡石黏土)和塊狀海泡石。該礦物在自然界中分布不甚 廣，常與凹凸棒石、蒙脫石、滑石等共生。海泡石的礦物結構與凹凸棒石大體相同，都屬健狀結構的含水鋁鎂酸鹽礦物。在 健狀結構中也含有層狀結構的小單元，屬2 1層型，所不同的是這種單元層與單元層之間 的孔道不同。海泡石的單元層孔洞可加寬到0. 38 0. 98nm，最大者可達0. 56 1. IOnm, 即可容納更多的水分子(沸石水)，使海泡石具有此凹凸棒石更優(yōu)越的物理性能、化學性能 和工藝性能。這就是海泡石成為該鎂礦物中具有最佳性能和廣泛用途的關鍵所在。海泡石屬斜方晶系或單斜晶系顏色多變，一般呈淡白色或灰白色；具絲絹光澤， 有時呈蠟狀光澤；條痕呈白色，不透明，觸感光滑且粘合；莫氏硬度一般為2 2. 5 ；體質 輕，密度1 2. 2g/cm3，收縮率低，可塑性好，溶于鹽酸。海泡石的化學成分較為簡單，主要為硅(Si)和鎂(Mg)，其化學式為 Mg8 (H2O)4 [Si6O1J2 (OH) 4·8Η20，其中 SiO2 含量一般為 54% -60%，MgO 含量多在 21 % -25%, 并有少量置換陽離子，如Mg2+可為狗3+、Mn2+等置換。其電荷主要由四面包體中的Al3+和 狗3+對Si4+的類質同泉置換所產(chǎn)生，故能產(chǎn)生變種海泡石。由于海泡石具有特殊的孔道結構，因而此表面和孔體積很(理論總表面積可達 900m2/g，孔體積0. 385ml/g)，故有極強的吸附、脫色和分散等性能。依據(jù)天然斜發(fā)沸石，改性鈉基膨潤大，海泡石的陽離子交換性能、吸附性能等特 性，在利用透輝石、透閃石具有低熔點、易于干躁、燒或溫度低及吸水率低等特點，還可一次 掛釉，速燒成型的特點，按不同比例成分將天然斜發(fā)沸石、改性的鈉基膨潤土、海泡石并混 入一定比例透渾石新型低溫、快燒、高節(jié)能等效果的新型的陶瓷原料。將上述原料用混料 設備混合后，經(jīng)5000噸壓力成型機壓制成型后，輸送至長250米寬6米煤氣或柴油加熱生 產(chǎn)線以500-600°C溫度低溫燒結成型，用于地域廣闊的湖泊流域經(jīng)流地區(qū)的農(nóng)田大、中、小 型溝渠做為表面粘貼吸附襯板。按照天然斜發(fā)沸石、改性活化鈉基膨潤土、海泡石的對氨 (NH4)、總氮(TN)、總磷(TP)的吸附能力推算，其在田間地頭大、中、小型水渠中至少可以使 用十所至十五年，吸附飽和之后，將其撬起更換新的吸附襯板，更換下來的飽和吸附襯板通 過粉碎設備粉碎成一定粒度的顆粒之后，再返回農(nóng)田使用也是較好的肥料和土壤改良劑。 經(jīng)過特殊配比可用于太湖等湖泊大城市微污染生活用水源的凈化。采用這種方法所生產(chǎn)出來的吸附襯板，不僅僅可以用于農(nóng)田的面源污染，同時也 可以用于城市小區(qū)集中住宅樓化糞池、新農(nóng)村建設衛(wèi)生廁所、室外景觀景點假山水池、大中 型觀賞魚室外養(yǎng)殖魚池、屠宰廠和帶有濃厚腥味的海產(chǎn)品及其它食品生產(chǎn)企業(yè)地板鋪設之 用。特別是對周邊水域污染較大的印染廠、電鍍廠等可做為吸附地板、水池之用。總而言 之，這種新型吸附襯板隨著應用的推廣，將會對中國乃至世界的環(huán)保事業(yè)作出應有的貢獻。
具體實施例方式實例一天然斜發(fā)沸石顆粒(50-80目)40%超細粉Q000-2500目)鈉基改性膨潤土 30%、 超細粉海泡石10%、超細粉透輝石15%、超細粉染色紫砂潤土 5%，配比混合后，經(jīng)壓力機 成型后，控制溫度450-550°C燒結成型，專用于農(nóng)田大、中、小型溝渠及水庫大壩防護坡粘貼Z用ο實例二天然斜發(fā)沸石超細粉Q000-2500目)30%，超細粉鈉基改性膨潤土 30%、超細粉 海泡石20%、超細粉透輝石15%、超細粉紫砂陶土 5%，(或者樂平黑泥、瑞昌黑泥產(chǎn)自江西 省)專用于印染廠、電鍍廠、屠宰廠等有異味較大的企業(yè)鋪置于工作臺、地板板面專用。實例三天然斜發(fā)沸石粉(300-600目)30%、200目鈉基改性膨潤土 30%、200%海泡石粉 20%、超細粉Q000-2500目)透輝石15%、超細粉白度達90%以上的方解石5%，配比混合 后，經(jīng)壓力機成型后，控制溫度500-60(TC燒結成型專用于室外景觀景點噴水池、觀賞魚養(yǎng) 殖大中型魚池、游泳池、高層或小高層屋頂水池等粘貼吸附襯板使用。實例四天然斜發(fā)沸石粉超細粉Q000-2500目)20%、超細粉鈉基改性膨潤土 60%、超細 粉白度達90%以上的方解石10%、超細粉透輝石10%，配比混合后，置入不銹鋼金屬骨架 經(jīng)壓力機成型成條狀，控制溫度350-450°C燒結成型專用于各居民家庭抽油煙機吸附油煙
Z用ο
權利要求
1. 一種天然沸石湖泊面源污染防治粘土燒結吸附襯板的制造方法。 采用天然沸石礦石直接粉碎成30-300目甚至更細目數(shù)直至超細粉2500目的顆?；蚍?末及超細粉末，然后配比經(jīng)酸、堿活化的鈉基膨潤土、海泡石添加透輝石、紫砂陶土、黑泥等 非金屬礦物，壓力機壓制成型后，經(jīng)300-60(TC燒制后廣泛應用于湖泊面源污染控制，印染 廠、電鍍廠、屠宰廠、室外景觀景點養(yǎng)殖景觀魚大中型魚池，也可以用于高層或小高層屋頂 水池和地下化糞池、游泳池等領域，粘貼吸附氮、磷、砷、鎘等金屬和非金屬元素有效地吸附 和固定，最終達到減輕對湖泊污染元素的貢獻量的目實施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天然沸石湖泊面源污染防治粘土燒結吸附襯板的制造方法。采用天然沸石礦石直接粉碎成30-300目甚至更細目數(shù)直至超細粉2500目的顆粒或粉末及超細粉末，活化或者無須活化，然后配比經(jīng)酸、堿活化的鈉基膨潤土、海泡石添加低溫燒結成型的透輝石總量不超過20％，再添加紫砂潤土、樂平黑泥、瑞昌黑泥經(jīng)壓力機壓制成型后，經(jīng)300-600℃燒制后，廣泛應用于湖泊面源污染控制。印染廠、電鍍廠、屠宰廠等有異味較大的企業(yè)鋪置于工作臺、地板板面專用。也可以用于室外景觀觀賞魚景點噴水池、養(yǎng)殖大中型魚池，包括游泳池、高層或小高層屋頂水池和地下化糞池等粘貼吸附襯板使用。從而可以從上述這些領域和行業(yè)中有效吸附對于湖泊污染元素砷、鎘、氮、磷等金屬和非金屬元素進行有效地吸附和固定，最終達到減輕對湖泊污染元素的貢獻量。
文檔編號B01J20/30GK102133520SQ20101010550
公開日2011年7月27日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權日2010年1月21日
發(fā)明者尚鵬, 張媛潔, 張玉明 申請人:尚鵬, 張媛潔, 張玉明