用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料及其製備方法
2023-12-12 16:41:32 1
用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料及其製備方法。本發明的原料來自於冶煉鎳鐵合金產生的廢棄物鎳渣和硅藻土、石灰石；其製備方法為：以冶煉鎳鐵合金產生的廢棄物鎳渣和硅藻土、石灰石為原料，經原料混合、壓製成型、高溫反應後，製得用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料。該複合吸附材料具有比表面積大、除磷效率高、不易破損等優點，當廢水中磷初始濃度為5mg/L時，樣品對磷的吸附效率達到95%以上。經本發明方法製備的吸附材料不僅解決了冶煉鎳鐵合金過程中產生的廢棄物鎳渣對環境的嚴重汙染，又節約了生產成本，經濟效益顯著，具有推廣應用價值；且其在汙水處理方面有著十分廣泛的應用前景。
【專利說明】用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料及其製備
【技術領域】
[0001]本發明屬於固體廢棄物的綜合利用領域，具體涉及一種一種用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著世界對鎳合金需求的迅猛增長，我國的鎳合金產量已經連續多年居世界之首，在經濟增長的同時，每年排放的冶煉爐渣總量也日漸上升，伴隨冶煉過程產生的大量廢渣主要處理方式為填埋，這不僅造成了金屬資源的巨大浪費，而且對生態環境造成了嚴重的汙染。以我國最大的鎳礦生產和加工企業一金川集團公司為例，每年排放的冶煉爐渣總量就在1000*104t以上，國內鎳礦生產和加工企業有幾百家，每年產生工業廢渣數量驚人，該廢渣的主要成分為鈣、矽、鎂、鋁等元素的氧化物。曾有報導利用廢棄鎳渣合成獲得各種不同類型、性能優良的微晶玻璃。為這些廢渣的綜合利用提供了很好的思路，在天然礦物原料價格持續走高的背景下，這些工業廢渣的二次充分利用具有持久的生命力。因此不斷拓寬和研究該廢渣新的再利用渠道和途徑也顯得非常必要。如不加利用就直接廢棄，也會對資源造成很大的浪費。
[0003]鎳渣是金屬鎳和鎳合金冶煉過程中產生的一種固體廢渣，即其高溫熔融物經水淬後形成的一種粒化爐渣，其化學成分因礦石來源和冶煉工藝的不同，有較大差異，其中SiO2含量 30% -50%, Fe2O3 含量 30%_60%，CaO 含量 1.5%_5%，MgO 含量 1% -15%, Al2O3 含 2.5%_6%，NiO為3飛wt %。與粒化高爐礦渣相比，CaO, MgO和Al2O3含量低很多，但SiO2和Fe2O3含量高很多，而Fe2O3是一種具有活性的成分。圖1是鎳渣的XRD譜圖。從圖1可以看出，鎳渣的主要結晶相為鎂質斜鐵輝石(Fe，Mg) SiO3,衍射峰明顯寬化說明鎳渣中玻璃相含量較高，這使得鎳渣結構中存在大量的間隙。綜上所述，鎳渣是一種優良的多孔性材料，具有顆粒細，比表面積大，活性高，性能穩定、無定形等多種優越性能，其在改性混凝土，製備微晶玻璃方面已成功得到應用。本發明以鎳渣為主原料，結合硅藻土、石灰石，採用燒結法製備除磷吸附材料。
[0004]經檢索，國內外尚未有硅藻土膠凝材料結合鎳渣研製廢水除磷吸附材料的報導，該項目屬於國內外首家研究發明的技術。本發明屬於固體廢棄物的綜合利用新技術範疇，不僅為鎳渣的綜合利用提供了新的思路和方向，拓寬其再利用的渠道，而且能避免其對環境的汙染，又節約了生產成本，經濟效益顯著，具有很好的推廣應用價值。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於針對冶煉鎳鐵合金產生的廢棄物鎳渣和硅藻土、石灰石利用率低、汙染環境等缺點，提供一種用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料及其製備方法。本發明不僅解決了冶煉鎳鐵合金過程中產生的廢棄物鎳渣對環境的嚴重汙染，又節約了生產成本，經濟效益顯著，具有推廣應用價值；且其在汙水處理方面有著十分廣泛的應用前景。[0006]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
一種用於含磷廢水處理的硅藻土 -鎳渣複合吸附材料，其原料包括鎳渣、硅藻土、石灰石。
[0007]原料組成按質量分數計為:鎳洛40~50wt%,娃藻土 30~40%，石灰石10~20wt%。
[0008]一種製備如上所述的用於含磷廢水處理的硅藻土 -鎳渣複合吸附材料的方法，以鎳渣和硅藻土、石灰石為原料，經原料混合、壓製成型、高溫反應後，製得用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料。
[0009]用於含磷廢水處理的硅藻土 -鎳渣複合吸附材料的製備方法，具體步驟為:
O原料混合:將鎳渣、硅藻土和石灰石按質量配比置於球磨機中，研磨12~15小時，將研磨得到的漿料過濾脫水、9(T110°C烘乾、破碎，得到粒數小於30目的統料；
2)壓製成型:在統料中加入結合劑聚乙烯醇，置於混料機中混合均勻，困料10-14小時後，將混料壓製成型；成型試樣在9(T110°C烘乾12小時；
3)高溫反應:將成型試樣置於馬弗爐中，800-1100°C反應燒結2-5小時後，冷卻至室溫，得到硅藻土 -鎳渣複合吸附材料。
[0010]步驟2)中結合劑聚乙烯醇的用量為統料的8_18wt%。
[0011]一種如上所述的用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料的應用，具體為:用於含磷廢水中磷的去除。
[0012]本發明的有益效果在於:
1.本發明利用鎳渣為主要原料製備除磷吸附材料，具有生態環保技術和原料的創新，具有重大環保意義，為鎳渣的綜合利用提供了新的思路和方向，拓寬其再利用的渠道，而且能避免其對環境的汙染，具有很好的推廣應用價值。
[0013]2.本發明製備的複合吸附材料充分利用了鎳渣粒子超細，表面積大，活性高，有利於金屬離子的吸附等優點，在汙水處理方面有著十分廣泛的應用前景。
[0014]3.經本發明方法製備的複合吸附材料以冶煉鎳鐵合金產生的廢棄物鎳渣和硅藻土、石灰石為原料，生產成本低，具有顯著的經濟效益和社會效益，具有很強的市場竟爭能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為鎳渣XRD譜圖。
【具體實施方式】
[0016]本發明用下列實施例來進一步說明本發明，但本發明的保護範圍並不限於下列實施例。
[0017]實施例所用的含磷廢水由分析純磷酸二氫鉀配製而成；製備步驟為:準確稱取定量磷酸二氫鉀，用蒸餾水在IL容量瓶中配製成濃度為lg/L的儲備液，然後再稀釋成不同初始濃度的溶液。
[0018]實施例1
本例原料組成重量配比為:鎳洛為50wt%,娃藻土為40wt%,石灰石為10wt%。
[0019]按配方將三種原料稱重，置於球磨機中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘乾和破碎，得到小於30目的統料；加入結合劑聚乙烯醇(PVA)，質量為統料的18wt% ;在混料機中混合均勻，困料12h，將混料壓製成型；成型試樣在100°C烘乾12小時；試樣置於馬弗爐中反應燒結，反應燒結溫度為800°C，保溫時間為5小時，隨爐冷卻至室溫，得到複合材料。
[0020]將製得的複合材料進行廢水除磷吸附實驗，複合材料/廢水用量比例為lg/25mL，每間隔一定時間測試吸附劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(3、6、9、12、18、24、36、48、72h)、不同含鉛廢水初始濃度(3、5、10、15 和 20 mg/L)、不同 pH 值(5、6、7、8、9、10)等對除磷效率的影響。結果表明，吸附在36h後基本達到平衡，初始pH值在7-9之間時都能取得較好的除磷效果，當廢水中磷初始濃度為5mg/L時，樣品對磷的吸附效率達到96.6%。
[0021]實施例2
本例原料配方的重量配比:鎳洛為40wt%,娃藻土為40wt%,石灰石為20wt%。按配方將三種原料稱重，置於球磨機中研磨14小時，研磨的漿料過濾脫水、110°C烘乾和破碎，得到小於30目的統料；加入結合劑PVA，質量為統料的13wt% ;在混料機中混合均勻，困料10h，將混料壓製成型；成型試樣在110°C烘乾12小時；試樣置於馬弗爐中反應燒結，反應燒結溫度為1100°C，保溫時間為2小時，隨爐冷卻至室溫，得到製備的複合材料。
[0022]將製得的複合材料進行廢水除磷吸附實驗，吸附劑樣品/廢水用量比例為lg/25mL，每間隔一定時間測試吸附劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(3、6、9、12、18、24、36、48、72h)、不同含鉛廢水初始濃度(3、5、10、15 和 20 mg/L)、不同 pH 值(5、6、7、8、9、10)等對除磷效率的影響。結果表明，吸附在36h後基本達到平衡，初始pH值在7-9之間時都能取得較好的除磷效果，當廢水中磷初始濃度為5mg/L時，樣品對磷的吸附效率達到 95.3%ο
[0023]實施例3
本例原料配方的重量配比:鎳洛為50wt%,娃藻土為30wt%,石灰石為20wt%。按配方將三種原料稱重，置於球磨機中研磨15小時，研磨的漿料過濾脫水、90 V烘乾和破碎，得到小於30目的統料；加入結合劑PVA，質量為統料的8wt% ;在混料機中混合均勻，困料14小時，將混料壓製成型；成型試樣在90°C烘乾12小時；試樣置於馬弗爐中反應燒結，反應燒結溫度為950°C，保溫時間為3小時，隨爐冷卻至室溫，得到製備的複合材料。
[0024]將製得的複合材料進行廢水除磷吸附實驗，吸附劑樣品/廢水用量比例為lg/25mL，每間隔一定時間測試吸附劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(3、6、9、12、18、24、36、48、72h)、不同含鉛廢水初始濃度(3、5、10、15 和 20 mg/L)、不同 pH 值(5、6、7、8、9、10)等對除磷效率的影響。結果表明，吸附在36h後基本達到平衡，初始pH值在7-9之間時都能取得較好的除磷效果，當廢水中磷初始濃度為5mg/L時，樣品對磷的吸附效率達到 96.8%ο
[0025]實施例4
本例原料配方的重量配比:鎳洛為50wt%,娃藻土為30wt%,石灰石為20wt%。按配方將三種原料稱重，置於球磨機中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘乾和破碎，得到小於30目的統料；加入結合劑PVA，質量為統料的10wt% ;在混料機中混合均勻，困料12h，將混料壓製成型；成型試樣在100°C烘乾12小時；試樣置於馬弗爐中反應燒結，反應燒結溫度為950°C，保溫時間為3小時，隨爐冷卻至室溫，得到製備的複合材料。[0026]將製得的複合材料進行廢水除磷吸附實驗，吸附劑樣品/廢水用量比例為lg/25mL，每間隔一定時間測試吸附劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(3、6、9、12、18、24、36、48、72h)、不同含鉛廢水初始濃度(3、5、10、15 和 20 mg/L)、不同 pH 值(5、6、7、8、9、10)等對除磷效率的影響。結果表明，吸附在36h後基本達到平衡，初始pH值在7-9之間時都能取得較好的除磷效果，當廢水中磷初始濃度為5mg/L時，樣品對磷的吸附效率達到 98.2%ο
[0027]實施例5
本例原料配方的重量配比:鎳洛為45wt%,娃藻土為20wt%,石灰石為25wt%。按配方將三種原料稱重，置於球磨機中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘乾和破碎，得到小於30目的統料；加入結合劑PVA，質量為統料的12wt% ;在混料機中混合均勻，困料12h，將混料壓製成型；成型試樣在100°C烘乾12小時；試樣置於馬弗爐中反應燒結，反應燒結溫度為1000°C，保溫時間為2小時，隨爐冷卻至室溫，得到製備的複合材料。
[0028]將製得的複合材料進行廢水除磷吸附實驗，吸附劑樣品/廢水用量比例為lg/25mL，每間隔一定時間測試吸附劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(3、6、9、12、18、24、36、48、72h)、不同含鉛廢水初始濃度(3、5、10、15 和 20 mg/L)、不同 pH 值(5、6、7、8、9、10)等對除磷效率的影響。結果表明，吸附在36h後基本達到平衡，初始pH值在7-9之間時都能取得較好的除磷效果，當廢水中磷初始濃度為5mg/L時，樣品對磷的吸附效率達到 95.3%ο
[0029]實施例6
本例原料配方的重量配比:鎳洛為45wt%,娃藻土為20wt%,石灰石為25wt%。按配方將三種原料稱重，置於球磨機中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘乾和破碎，得到小於30目的統料；加入結合劑PVA，質量為統料的12wt% ;在混料機中混合均勻，困料12h，將混料壓製成型；成型試樣在100°C烘乾12小時；試樣置於馬弗爐中反應燒結，反應燒結溫度為1050°C，保溫時間為2小時，隨爐冷卻至室溫，得到製備的複合材料。
[0030]將製得的複合材料進行廢水除磷吸附實驗，吸附劑樣品/廢水用量比例為lg/25mL，每間隔一定時間測試吸附劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(3、6、9、12、18、24、36、48、72h)、不同含鉛廢水初始濃度(3、5、10、15 和 20 mg/L)、不同 pH 值(5、6、7、8、9、10)等對除磷效率的影響。結果表明，吸附在36h後基本達到平衡，初始pH值在7-9之間時都能取得較好的除磷效果，當廢水中磷初始濃度為5mg/L時，樣品對磷的吸附效率達到 98.7%。
[0031]實施例7
本例原料配方的重量配比:鎳洛為50wt%,娃藻土為30wt%,石灰石為20wt%。按配方將三種原料稱重，置於球磨機中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘乾和破碎，得到小於30目的統料；加入結合劑PVA，質量為統料的13wt% ;在混料機中混合均勻，困料12h，將混料壓製成型；成型試樣在100°C烘乾12小時；試樣置於馬弗爐中反應燒結，反應燒結溫度為1050°C，保溫時間為5小時，隨爐冷卻至室溫，得到製備的複合材料。
[0032]將製得的複合材料進行廢水除磷吸附實驗，吸附劑樣品/廢水用量比例為lg/25mL，每間隔一定時間測試吸附劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(3、6、9、12、18、24、36、48、72h)、不同含鉛廢水初始濃度(3、5、10、15 和 20 mg/L)、不同 pH 值(5、6、7、8、9、10)等對除磷效率的影響。結果表明，吸附在36h後基本達到平衡，初始pH值在7-9之間時都能取得較好的除磷效果，當廢水中磷初始濃度為5mg/L時，樣品對磷的吸附效率達到 97.1%。
[0033]實施例8
本例原料配方的重量配比:鎳洛為50wt%,娃藻土為30wt%,石灰石為20wt%。按配方將三種原料稱重，置於球磨機中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘乾和破碎，得到小於30目的統料；加入結合劑PVA，質量為統料的14wt% ;在混料機中混合均勻，困料12h，將混料壓製成型；成型試樣在100°C烘乾12小時；試樣置於馬弗爐中反應燒結，反應燒結溫度為1100°C，保溫時間為3小時，隨爐冷卻至室溫，得到製備的複合材料。
[0034]將製得的複合材料進行廢水除磷吸附實驗，吸附劑樣品/廢水用量比例為lg/25mL，每間隔一定時間測試吸附劑樣品的吸附效果，分別探討不同吸附時間(3、6、9、12、18、24、36、48、72h)、不同含鉛廢水初始濃度(3、5、10、15 和 20 mg/L)、不同 pH 值(5、6、7、
8、9、10)等對除磷效率的影響。結果表明，吸附在36h後基本達到平衡，初始pH值在7-9之間時都能取得較好的除磷效果，當廢水中磷初始濃度為5mg/L時，樣品對磷的吸附效率達到 96.5%ο
[0035]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料，其特徵在於:其原料包括鎳渣、硅藻土、石灰石。
2.根據權利要求1所述的用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料，其特徵在於:原料組成按質量分數計為:鎳洛40~50wt%,娃藻土 30~40%，石灰石10~20wt%。
3.一種製備如權利要求1所述的用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料的方法，其特徵在於:以鎳渣和硅藻土、石灰石為原料，經原料混合、壓製成型、高溫反應後，製得用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料。
4.根據權利要求3所述的用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料的製備方法，其特徵在於:具體步驟為: 原料混合:將鎳渣、硅藻土和石灰石按質量配比置於球磨機中，研磨12~15小時，將研磨得到的漿料過濾脫水、9(T110°C烘乾、破碎，得到粒數小於30目的統料； 壓製成型:在統料中加入結合劑聚乙烯醇，置於混料機中混合均勻，困料10-14小時後，將混料壓製成型；成型試樣在9(T110°C烘乾12小時； 高溫反應:將成型試樣置於馬弗爐中，800-110(TC反應燒結2-5小時後，冷卻至室溫，得到硅藻土-鎳渣複合吸附材料。
5.根據權利要求4所述的用於含磷廢水處理的硅藻土-鎳渣複合吸附材料的製備方法，其特徵在於:步驟2)中結合劑聚乙烯醇的用量為統料的8-18wt%。
6.一種如權利要求1所述的用於含磷廢水處理的硅藻土 -鎳渣複合吸附材料的應用，其特徵在於:用於含磷廢水`中磷的去除。
【文檔編號】B01J20/30GK103816863SQ201410089584
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】於巖, 李 傑, 符成, 吳瓊, 莊國鑫, 張庭士, 郭思怡 申請人:福州大學