生物陶粒也称为高效挂膜轻质生物陶粒，具有化学性能稳定、耐磨擦、抗冲击、耐腐蚀、耐高温、比表面积大、截污能力强、不向水体释放有毒有害物质等特点，是现代水处理工艺的理想滤料。 目前用
页岩及
粘土、等制备生物陶粒的报道较多，用钨尾砂制备生物陶粒在国内尚未见报道。本试验选用江西大余下垄钨矿尾砂库的尾砂进行了生物陶粒的制备研究。
一、试验材料及设备仪器 制备生物陶粒的尾砂原料为取自江西大余下垄钨矿尾砂库的新鲜尾砂，经荧火分析仪分析，其主要化学成分如表1所示。 表1 钨尾矿主要化学成分
| 成分 | SiO2 | Al2O3 | CaO | K2O | Na2O | Fe2O3 | 其它 |
| 含量 | 79.6 | 8.5 | 0.11 | 1.43 | 1.02 | 1.75 | 6.31 |
其它辅助材料为浓盐酸、炉渣、粉
煤灰、粘土、造孔材料（木屑或泡沫塑料）、粘结剂（改性淀粉）、丙烯酸树酯型白色涂料、二甲苯溶剂等。 试验所用主要设备
仪器有AE200电子分析天平、
球磨机、造粒机、电热恒温干燥箱、马弗炉、ASAP比表面积及孔隙度分析仪、XRF－1700X荧光分析仪、LTDX－650扫描电镜等。
二、生物陶粒的制备 （一）制备工艺 生物陶粒制备工艺流程如图1所示。
图1 生物陶粒制备工艺流程 用20%的盐酸溶液对尾砂进行改性处理，使其具有大量的孔洞。将改性尾砂与炉渣、粉煤灰、粘土按一定比例混合搅拌均匀并添加少量造孔材料和粘结剂，在造粒机上制成球形陶粒生料。将陶粒生料放入电热恒温干燥箱于120℃下烘1h，然后转入马弗炉，在1h内逐渐升温至500℃，恒温10min，再将温度调至800～1200℃焙烧30min，出炉自然冷却至常温。将焙烧产品置于球磨机中以自磨方式打磨表面后，用喷枪喷涂经二甲苯稀释的丙烯酸酯型白色涂料，常温干燥后即得最终生物陶粒产品。 试验中炉渣与粉煤灰的体积比固定为1∶1，（炉渣＋粉煤灰）与粘土的体答比固定为3∶1，将（炉渣＋粉煤灰＋粘土）定义为辅料，进行原料配比试验时主要考察尾砂与辅料的体积比V
尾矿/V
辅料对陶粒性能的影响。 喷涂丙烯酸酯型白色涂料时
空压机压力为0.2～0.5MPa，喷枪雾化角度为30°～50°，喷枪口离陶粒距离为15～50cm，常温干燥时间为0.5～1.5h，涂层干膜厚度为20～30μm。 （二）原料配比对陶粒物理性能的影响 改变尾砂与辅料的体积比V
尾矿/V
辅料，在1100℃温度下进行焙烧，所得生物陶粒制品的物理性能见表2。 表2 不同原料配比下生物陶粒的物理性能
| 样品号 | V尾砂/V辅料 | 粒子密度/（g/cm3） | 堆积密度/（g/cm3） | 比表面积/（m2/g） | 酸可溶液/% | 碱可溶率/% | 筒压强度/MPa |
| 1234 | 1.501.251.000.75 | 3.601.671.611.59 | 2.301.001.100.97 | 3.110.59.711.5 | 0.260.220.170.17 | 0.470.430.330.31 | 5.18.98.19.1 |
由表2可知：钨尾砂用量大时，制备的生物陶粒筒压强度较小，粒子密度和堆积密度较大，这是因为钨尾矿的熔炼性较差，用量大时使晶粒微观结构的致密性受到影响；随着钨尾砂用量减少，粉煤灰的比例增加，烧制的生物陶粒结晶程度高，结构致密性得到改善，表面光滑，气孔均匀，筒压强度较高，比表面积增大，堆积密度减小。 （三）焙烧温度对陶粒物理性能的影响 按照表2中样品3的原料配比，在不同温度下进行焙烧，所得生物陶粒制品的物理性能见表3。 表3 不同焙烧温度下生物陶粒的物理性能
| 焙烧温度/℃ | 粒子密度/（g/cm3） | 堆积密度/（g/cm3） | 比表面积/（m2/g） | 酸可溶液/% | 碱可溶率/% | 筒压强度/MPa |
| 800900100011001200 | 2.301.801.601.571.52 | 1.301.301.010.910.93 | 7.59.210.512.512.8 | 0.250.210.190.180.17 | 0.450.410.320.220.23 | 6.77.88.88.99.1 |
由表3可知：随着焙烧温度的上升，生物陶粒的堆积密度逐渐减小，筒压强度逐渐提高，比表面积逐渐增大；当温度达到1100℃后，各项指标趋于稳定。因此，焙烧温度为1100℃左右较为合理。 （四）陶粒样品的XRD分析 制得的陶粒滤料为球形颗粒，粒度均匀，外观呈红褐色，表面多微孔，内部网纵横交错，具有很强的吸附作用。在25℃和50%相对湿度条件下，用D/Max－3B型X射线粉晶衍射仪对表2中的陶粒样品1和样品3进行测试（Ni滤波，管电压30kV，管电流30mA，扫描速度2°/min），得到定向X射线衍射图谱如图2所示。
图2 样品的XRD图谱 由图2可见，生物陶粒样品的非晶体散射特征表现很弱，陶粒晶体的衍射特征突出，主要晶相为CaSiO
3，说明在本试验条件下，制品的结晶程度很高，具有较大硬度。 （五）陶粒样品的SEM分析 图3为表2中的样品1和样品3的SEM照片。可见：样品结晶较充分，这与XRD分析结果是一致的；晶体主要呈粒状集合体形貌，整体结构均匀一致，微观结构比较致密。根据断裂理论，晶粒显微结构的致密化可为力学性能的提高创造有利的基础条件，故从理论上分析，制备的生物陶粒具有较好的力学性能，即具有较高的抗压和抗折强度。
图3 样品的SEM照片
三、生物陶粒挂膜试验 挂膜试验选用V
尾砂/V
辅料＝1.00、焙烧温度为1100℃的陶粒制品；试验装置由高位水槽、生物陶粒流化床及流量计组成，如图4所示。流化床由有机玻璃制成，直径30cm，填料高度200cm，下端40cm陶粒粒径为16～20mm，中间60cm陶粒粒径为10～15mm，上端100cm陶粒粒径为6～10mm。
图4 生物陶粒挂膜试验装置 试验以学校食堂排污口听生活污水为处理对象，水力停留时间为5h，水温为20～23℃。挂膜期间进水COD
cr为817mg/L，挂膜开如6d内COD
cr下降率仅17%左右，15d时达到80%，20d时达到93%以上，此后连续几天测定的数据都较稳定，说明陶粒的挂膜已基本完成，流化床进入稳定运行阶段。 挂膜试验表明：生物陶粒制品的表面可供生物膜生长，其比表面积的大小影响着生物膜量的多少；陶粒表面的孔洞有利于微生物附着、固定，同时对已附着的微生物起到屏蔽保护，使其免受水的剪切冲刷作用。 试验过程中还将表面不喷涂白色涂料的陶粒制品与表面喷涂白色涂料的陶粒制品进行了比较，结果表明：在同样的条件下，表面喷涂白色涂料的陶粒挂膜速度稍快，反冲洗也比较容易，而且陶粒的耐酸、耐碱、耐磨性增加，破碎率减少。
四、结论 （一）以大余下垄钨矿的钨尾砂为原料，辅之以炉渣、粉煤灰、粘土，采用焙烧法可制备出强度高、孔隙率和比表面积大、化学和物理稳定性好的生物陶粒。 （二）挂膜试验表明，所制备的钨尾砂生物陶粒挂膜性能良好，微生物附着力强、附着速度快，反冲洗容易。 （三）表面喷涂白色涂料可使生物陶粒的性能得到提高。
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