一種砷鈉明礬石固溶體及其製備方法和該製備方法的用途
2023-10-31 00:55:07
一種砷鈉明礬石固溶體及其製備方法和該製備方法的用途
【專利摘要】本發明涉及一種硫酸鹽礦物的製備方法及其用途和所製備的產品，具體涉及一種砷鈉明礬石固溶體的製備方法及其在治理砷汙染中的用途，以及所製備的砷鈉明礬石固溶體，屬環保【技術領域】。所述方法分別以硫酸鋁(或硝酸鋁)、硫酸鈉和砷酸鈉為Al源、Na源和As源，通過在100～200℃下反應2～72h，水熱合成結晶度高、穩定性好的砷鈉明礬石固溶體；該方法主要用於將水中呈溶解狀態的五價砷轉變為難溶性沉澱化合物，以解決砷化合物穩定性差引起的環境汙染問題；與傳統技術相比，所得沉澱化合物長期穩定性好、堆存安全可靠。
【專利說明】—種砷鈉明礬石固溶體及其製備方法和該製備方法的用途
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種硫酸鹽礦物的製備方法及其用途和所製備的產品，具體涉及一種砷鈉明礬石固溶體的製備方法及其在治理砷汙染中的用途，以及所製備的砷鈉明礬石固溶體，屬環保【技術領域】。
【背景技術】
[0002]砷屬親硫的類金屬或半金屬元素，在天然礦物中主要以硫化物、硫砷化物、砷化物及砷酸鹽的形式存在，賦存於有色金屬礦床中，以伴生礦產出。隨著有色金屬礦床採、選、冶環節逐漸富集，在生產過程中又以不同形式分散到廢水、廢渣和煙氣中，最終形成砷含量不等的含砷廢渣；此外，涉砷產品，如含砷農藥、木材防腐劑、合金材料等的使用和廢棄也會引起砷化合物的擴散；這些含砷物料若處理、處置不當，將造成生態環境汙染。
[0003]在治理砷汙染領域，石灰沉澱法或石灰-鐵鹽法一直以來被認為是一種有效的除砷方法，然而，隨著沉澱劑投入量的不同，所得砷酸鹽化合物的類型卻發生變化，不同類型的砷酸鹽化合物的砷浸出濃度有很大差異，且砷浸出濃度均較大，最低的也達到2.5?10mg/L ;此外，現有技術通常採用製備砷酸鈣鹽化合物的形式進行除砷，但是，大量的研究表明砷酸鈣鹽化合物長期暴露於空氣中，會與空氣中的二氧化碳反應轉化成碳酸鈣和砷酸，這一反應因碳化而導致砷淋出，易對環境造成二次汙染。
[0004]鑑於以石灰或石灰-鐵鹽法除砷具有重大缺陷和環境汙染隱患，因此，採用新技術安全穩定除砷已是大勢所趨。
[0005]鈉明礬石是自然界常見的硫酸鹽礦物，其化學式為NaAl3 (SO4)2 (OH)6，其中，Na+位置上還可以為 K+、H3O+、Ca2+、Ba2+、Pb2+、Sr2+、Bi3+ 等，Al3+ 位置可為 Fe3+、Cr3+、V3+，S0,可以被CrO/'PO/'AsO/-等絡陰離子部分置換；因鈉明礬石結構中各位點類質同象替換範圍廣以及其環境穩定性好，所以，本發明提供一種利用鈉明礬石礦物去除砷元素，最終形成砷鈉明礬石固溶體的方法，以及該方法在治理砷汙染中的用途和所製備的砷鈉明礬石固溶體，最終實現砷的穩定化處理。
【發明內容】
[0006]提供一種砷鈉明礬石固溶體的製備方法，其分別以硫酸鋁(或硝酸鋁)、硫酸鈉和砷酸鈉為Al源、Na源和As源，通過將水中呈溶解狀態的五價砷轉變為結晶度高、穩定性好的難溶性沉澱化合物一砷鈉明礬石固溶體，且該難溶性沉澱化合物還具有砷浸出濃度低等優點，以解決砷化合物穩定性差引起的環境汙染問題。
[0007]所述的一種砷鈉明礬石固溶體的製備方法，以硫酸鋁為鋁源時，按重量份計，在攪拌條件下，取O?30份的砷酸鈉加入裝有50份去離子水的燒杯中，配製砷溶液；同樣在攪拌條件下，按重量份計，取5?240份硫酸鋁和I?28份硫酸鈉固體，並同時加入到裝有100份去離子水的燒杯中，配製鈉明礬石前驅體溶液；然後邊攪拌邊將所述的砷溶液滴加到所述的鈉明礬石前驅體溶液中，混合過程中調節溶液的初始PH值，使體系初始pH值在2.80?3.00範圍內；充分攪拌後，將混合液倒入水熱反應釜中，在100?200°C下反應2?72h，反應結束後經後處理得砷鈉明礬石固溶體。
[0008]所述的砷鈉明礬石固溶體的製備方法，以硝酸鋁為鋁源時，按重量份計，將7?300份硝酸鋁、8?60份硫酸鈉和O?30份砷酸鈉固體直接加入到裝有150份去離子水的燒杯中，攪拌至溶解，並在混合攪拌過程中調節溶液的初始PH值，使體系的初始pH值維持在2.80?3.00範圍內；充分攪拌混合後，將混合液倒入水熱反應釜中，在100?200°C下反應2?72h，反應結束後經後處理得砷鈉明礬石固溶體。
[0009]優選的，所述的攪拌過程是在室溫20?25°C下進行，攪拌速度為150?750rpm，攪拌時間為30?120min。
[0010]優選的，調節溶液的初始pH值時，所用pH值調節劑為IM的H2SO4或IM的NaOH溶液。
[0011]優選的，所述的後處理過程為:將熱固液急冷後進行固液分離，將所得固體用蒸餾水洗滌3?5次，最後在室溫環境下乾燥3?7天。
[0012]發明還提供一種砷鈉明礬石固溶體的製備方法在治理砷汙染中的用途，其特徵在於，利用鈉明礬石礦物去除砷元素，最終形成砷鈉明礬石固溶體，實現砷的穩定化處理。
[0013]發明還提供一種利用砷鈉明礬石固溶體的製備方法所製備的砷鈉明礬石固溶體。
[0014]有益效果:
[0015]本發明分別以硫酸鋁(或硝酸鋁)、硫酸鈉和砷酸鈉為Al源、Na源和As源，並通過控制硫酸鋁(或硝酸鋁)、硫酸鈉和砷酸鈉重量比進行水熱合成，最終得到結晶度高、穩定性好的砷鈉明礬石固溶體，從而將水中呈溶解狀態的五價砷轉變為難溶性沉澱化合物除去。與傳統技術相比，所得難溶性沉澱化合物長期堆存更加穩定、安全可靠，從而解決砷浸出濃度大、長期暴露於空氣中與二氧化碳反應導致砷淋出等汙染問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為鈉明礬石標準圖譜，以及實施例1、3、6和8?10製得砷鈉明礬石固溶體X射線衍射(XRD)譜圖。
[0017]圖2為實施例6製得砷鈉明礬石固溶體掃描電鏡(SEM)照片。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和實施例，對本發明的內容作進一步的闡述。
[0019]實施例1:
[0020]在室溫攪拌條件下，將5g硫酸鋁和0.14g硫酸鈉同時加入到裝有150份水的燒杯中，混合攪拌90min，倒入水熱反應釜，在100°C下反應72h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的無砷鈉明礬石。
[0021]實施例2:
[0022]在室溫攪拌條件下，將5g硫酸鋁和0.14g硫酸鈉同時加入到裝有150份水的燒杯中，混合攪拌90min，倒入水熱反應釜，在200°C下反應2h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的無砷鈉明礬石。
[0023]實施例3:
[0024]在室溫攪拌條件下，向裝有50份去離子水的燒杯中加入1.21g的砷酸鈉固體，配製砷溶液；同樣在室溫攪拌條件下，向裝有100份去離子水的燒杯中同時加入5g硫酸鋁和0.14g硫酸鈉固體，配製鈉明礬石前驅體溶液；邊攪拌邊將砷溶液滴加到鈉明礬石前軀體溶液中，混合過程採用IM H2SO4或IM NaOH調節反應體系的初始pH值，使反應體系的初始pH值維持在2.8?2.99範圍內，充分攪拌90min後，倒入水熱反應釜，在100°C下反應72h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的砷鈉明礬石固溶體。
[0025]性能測試:連續浸出3個月，砷浸出濃度0.1?lmg/L。
[0026]實施例4:
[0027]在室溫攪拌條件下，向裝有50份去離子水的燒杯中加入1.21g的砷酸鈉固體，配製砷溶液；同樣在室溫攪拌條件下，向裝有100份去離子水的燒杯中同時加入5g硫酸鋁和
0.14g硫酸鈉固體，配製鈉明礬石前驅體溶液；邊攪拌邊將砷溶液滴加到鈉明礬石前軀體溶液中，混合過程採用IM H2SO4或IM NaOH調節反應體系的初始pH值，使反應體系的初始pH值維持在2.8?2.99範圍內，充分攪拌90min後，倒入水熱反應釜中，在180°C下反應2h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的砷鈉明礬石固溶體。
[0028]性能測試:連續浸出3個月，砷浸出濃度0.1?0.5mg/L。
[0029]實施例5:
[0030]在室溫攪拌條件下，向裝有50份去離子水的燒杯中加入2.0lg的砷酸鈉固體，配製砷溶液；同樣在室溫攪拌條件下，向裝有100份去離子水的燒杯中同時加入1g硫酸鋁和
1.4g硫酸鈉固體，配製鈉明礬石前驅體溶液；邊攪拌邊將砷溶液滴加到鈉明礬石前軀體溶液中，混合過程採用IM H2SO4或IM NaOH調節反應體系的初始pH值，使反應體系的初始pH值維持在2.8?2.99範圍內，充分攪拌90min後，倒入水熱反應釜中，在200°C下反應2h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的砷鈉明礬石固溶體。
[0031]性能測試:連續浸出3個月，砷浸出濃度0.1?0.5mg/L。
[0032]實施例6:
[0033]在室溫攪拌條件下，向裝有50份去離子水的燒杯中加入3.03g的砷酸鈉固體，配製砷溶液；同樣在室溫攪拌條件下，向裝有100份去離子水的燒杯中同時加入1g硫酸鋁和
1.4g硫酸鈉固體，配製鈉明礬石前驅體溶液；邊攪拌邊將砷溶液滴加到鈉明礬石前軀體溶液中，混合過程採用IM H2SO4或IM NaOH調節反應體系的初始pH值，使體系的初始pH值維持在2.8?2.99範圍內，充分攪拌90min後，倒入水熱反應釜中，在200°C下反應2h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的砷鈉明礬石固溶體。
[0034]性能測試:連續浸出3個月，砷浸出濃度0.1?0.5mg/L。
[0035]實施例7:
[0036]在室溫攪拌條件下，向裝有50份去離子水的燒杯中加入3.03g的砷酸鈉固體，配製砷溶液；同樣在室溫攪拌條件下，向裝有100份去離子水的燒杯中同時加入24g硫酸鋁和
2.Sg硫酸鈉固體，配製鈉明礬石前驅體溶液；邊攪拌邊將砷溶液滴加到鈉明礬石前軀體溶液中，混合過程採用IM H2SO4或IM NaOH調節反應體系的初始pH值，使反應體系的初始pH值維持在2.8?2.99範圍內，充分攪拌90min後，倒入水熱反應釜中，在200°C下反應2h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的砷鈉明礬石固溶體。
[0037]性能測試:連續浸出3個月，砷浸出濃度0.1?0.5mg/L。
[0038]實施例8:
[0039]在室溫攪拌條件下，向裝有150份去離子水的燒杯中同時加入7.2g硝酸鋁、1.Sg硫酸鈉，混合過程採用IM H2SO4或IM NaOH調節反應體系的初始pH值，使反應體系的初始pH值維持在2.8?2.99範圍內，充分攪拌45min後，倒入水熱反應釜中，在200°C下反應4h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的無砷鈉明礬石固溶體。
[0040]實施例9:
[0041]在室溫攪拌條件下，向裝有150份去離子水的燒杯中同時加入7.2g硝酸鋁、1.Sg硫酸鈉及0.8g砷酸鈉，混合過程採用IM H2SO4或IM NaOH調節反應體系的初始pH值，使反應體系的初始PH值維持在2.8?2.99範圍內，充分攪拌45min後，倒入水熱反應釜中，在200°C下反應4h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的砷鈉明礬石固溶體。
[0042]性能測試:連續浸出3個月，砷浸出濃度0.1?0.5mg/L。
[0043]實施例10:
[0044]在室溫攪拌條件下，向裝有150份去離子水的燒杯中同時加入7.2g硝酸鋁、1.5g硫酸鈉及2.6g砷酸鈉，混合過程採用IM H2SO4或IM NaOH調節反應體系的初始pH值，使反應體系的初始PH值維持在2.8?2.99範圍內，充分攪拌45min後，倒入水熱反應釜中，在200°C下反應4h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的砷鈉明礬石固溶體。
[0045]性能測試:連續浸出3個月，砷浸出濃度0.1?0.5mg/L。
[0046]實施例11:
[0047]在室溫攪拌條件下，向裝有150份去離子水的燒杯中同時加入30g硝酸鋁、6g硫酸鈉及2.6g砷酸鈉，混合過程採用IM H2SO4或IM NaOH調節反應體系的初始pH值，使反應體系的初始PH值維持在2.8?2.99範圍內，充分攪拌45min後，倒入水熱反應釜中，在200°C下反應4h，反應結束後，將熱固液急冷進行固液分離，將分離出的固體用蒸餾水洗滌5次，最後在室溫環境下乾燥5天，得到高結晶度的砷鈉明礬石固溶體。
[0048]性能測試:連續浸出3個月，砷浸出濃度0.1?0.5mg/L。
[0049]以上所述僅是本發明的優選實施方式，並不用於限制本發明；對於本領域技術人員來說，凡是在不脫離本發明的精神和構思的前提下所做的任何修改、等同替換、改進等，均在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種砷鈉明礬石固溶體的製備方法，其特徵在於，所述方法分別以硫酸鋁(或硝酸鋁)、硫酸鈉和砷酸鈉為Al源、Na源和As源，混合後進行水熱合成，最後進行後處理。
2.權利要求1所述的砷鈉明礬石固溶體的製備方法，其特徵在於，以硫酸鋁為鋁源時，按重量份計，在攪拌條件下，取O?30份的砷酸鈉加入到裝有50份去離子水的燒杯中，配製砷溶液；同樣在攪拌條件下，按重量份計，取5?240份硫酸鋁和I?28份硫酸鈉固體，並同時加入到裝有100份去離子水的燒杯中，配製鈉明礬石前驅體溶液；然後邊攪拌邊將所述的砷溶液滴加到所述的鈉明礬石前驅體溶液中，混合過程中調節溶液的初始PH值，使體系初始pH值在2.80?3.00範圍內；充分攪拌後，將混合液倒入水熱反應釜中，在100?200°C下反應2?72h，反應結束後經後處理得砷鈉明礬石固溶體。
3.權利要求1所述的砷鈉明礬石固溶體的製備方法，其特徵在於，以硝酸鋁為鋁源時，按重量份計，將7?300份硝酸鋁、8?60份硫酸鈉和O?30份砷酸鈉固體直接加入到裝有150份去離子水的燒杯中，攪拌至溶解，並在混合攪拌過程中調節溶液的初始pH值，使體系的初始pH值維持在2.80?3.00範圍內；充分攪拌混合後，將混合液倒入水熱反應釜中，在100?200°C下反應2?72h，反應結束後經後處理得砷鈉明礬石固溶體。
4.權利要求2或3所述的砷鈉明礬石固溶體的製備方法，其特徵在於，所述的攪拌過程是在室溫20?25°C下進行，攪拌速度為150?750rpm，攪拌時間為30?120min。
5.權利要求2或3所述的砷鈉明礬石固溶體的製備方法，其特徵在於，調節溶液的初始PH值時，所用pH值調節劑為IM的H2SO4或IM的NaOH溶液。
6.權利要求2或3所述的砷鈉明礬石固溶體的製備方法，其特徵在於，所述的後處理過程為:將熱固液急冷後進行固液分離，將所得固體用蒸餾水洗滌3?5次，最後在室溫環境下乾燥3?7天。
7.權利要求1所述的砷鈉明礬石固溶體的製備方法在治理砷汙染中的用途，其特徵在於，利用鈉明礬石礦物去除砷元素，最終形成砷鈉明礬石固溶體，實現砷的穩定化處理。
8.利用權利要求1所述的砷鈉明礬石固溶體的製備方法所製備的砷鈉明礬石固溶體。
【文檔編號】C02F1/52GK104355374SQ201410514528
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】周新濤, 羅中秋, 賈慶明, 陶志超, 陳小鳳 申請人:昆明理工大學