CN102730813A

CN102730813A - 一种高效阴阳离子去除剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102730813A
Application number: CN2012102687508A
Authority: CN
Inventors: 吴广安; 于亮; 付东康; 卢宇飞; 吴绍祖
Original assignee: BEIJING GAIYA TECHN CENTER Co Ltd
Current assignee: BEIJING GAIYA TECHN CENTER Co Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明公开了一种高效阴阳离子去除剂及其制备方法，采用铝土矿生料与石灰石作为反应原料，按重量比1:1~1.3混合，在1050-1100℃温度下煅烧2-3小时生成，生成产物的主要成分为七铝酸十二钙。该离子去除剂具有同步高效去除水中硫酸根等阴离子和重金属、钙离子等阳离子的优异效果，同时与已有研究相比，优化了反应原料、配比与反应时间，进一步降低了能耗与药剂成本，为净化与节约水资源，减少污水排放，保护环境创造了有利条件。

Description

一种高效阴阳离子去除剂及其制备方法

技术领域

本发明属于水处理工业中使用的环保药剂领域，特指一种高效阴阳离子去除剂及其制备方法，该去除剂产品主要用于对生活用水、城镇污水及工业废水中多种阴阳离子的净化处理。

背景技术

在常见的水环境污染物中，以硫酸根、氟离子、氯离子等为代表的各类阴离子与以重金属、钙离子等为代表的各类阳离子是一类重要的污染因子，饮用水中的阴阳离子超标会严重危害人体健康，而工业废水中的阴阳离子超标则会导致设备腐蚀、管路结垢、难以回用等问题，此外，上述离子的共存还会对各类水处理技术造成一定的负面影响，因此，对水中阴阳离子的去除长期以来一直是水处理工业领域研究的热点。目前，针对水中阴阳离子的去除方法主要有以下几类：

（1）混凝絮凝法。常用的絮凝剂和混凝剂有聚铁、聚铝、PAM等，其特点是具有很好的絮凝作用，可有效去除水体中的悬浮颗粒和色度等，但对于水中种类繁多的无机阴阳离子而言，单纯的絮凝和混凝往往不能获得理想的去除效果，尤其针对组分复杂的体系，必须与其它方法相结合。

（2）离子交换与吸附法。常用的离子交换剂与吸附剂可分为无机和有机两类。前者如活性炭或合成沸石，后者如腐殖酸或树脂等。其中粉末活性炭具有设备投资省、吸附速度快等优点，其经济性取决于达到吸附容量后的有效再生及再活化的方法，但难于适应高负荷与大规模废水处理的需要；而离子交换树脂具有处理容量大，出水水质好，可回收有价元素的优点。但存在树脂易受污染、容易氧化失效、再生费用较高等不足。

（3）膜分离法。膜分离法包括扩散渗析、电渗析、隔膜电解、反渗透和超滤法等方法。这些方法能有效地去除水中的各类阴阳离子，或使生产废水实现循环回用，具有低耗、高效、操作方便等优点。但目前存在的主要问题是膜组件的昂贵和使用过程中膜污染和通量下降。

因此，有必要努力克服目前各类方法存在的不足，在已有研究和应用的基础上通过开发新型环保药剂来实现对水中各类阴阳离子的低成本高效去除。其中，钙铝石类化合物是一类具有良好离子去除性能的水处理药剂。

近年来，国内在这方面已有不少研究报道及专利信息，如中国专利“一种高效阴离子去除剂及其生产方法”（申请号：97116888.1），采用三级铝土矿和石灰石为原料，按重量比3:6混合，在700℃下经3-8小时两次煅烧生成，对于水中的阴离子具有较好去除效果，但烧制工艺复杂，耗时较长。

在此基础上，中国专利“一种高效SO₄ ^2-去除剂及其生产方法”（申请号：200510040069.8），采用五级以上的铝土矿石和石灰石，按重量比1:2-1:4混合，在1360-1400℃高温下一步煅烧1.5-2小时生成，对水中的SO₄ ^2-和Cr具有高效去除效果，但烧成温度较高，能耗较大。

此外，中国专利“一种去除水中硫酸根离子药剂的生产方法”（申请号：200610037739.5），采用铝灰与石灰，按重量比1:1~1.4混合，在720-950℃温度环境下煅烧2-3小时生成，对水中的硫酸根具有良好的去除效果，但由于铝灰比铝土矿品位低，因此离子去除率相对较低。

上述已有报道，只限于水中阴离子或者多限于硫酸根离子的去除，针对这一点，研究制备了一种新型低成本高效水处理剂，实现了同时去除水中多种阴、阳离子的目标，进一步优化钙铝石类水处理药剂制备的原料、配比、煅烧温度等条件，以尽可能提升水中阴、阳离子同时去除的效果、降低制备能耗和药剂成本。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的诸多问题，通过改变反应原料、配比、煅烧温度等条件，制备出一种新型的高效阴阳离子去除剂，不仅对水中的多种阴阳离子均具有高效的去除效果，而且药剂制备能耗与成本相对较低，与此前的研究相比实现了较为明显的进步。

本发明采用如下技术方案实现：

采用铝土矿生料与石灰石作为反应原料，按重量比1:1~1.3混合，在1050-1100℃温度下煅烧2-3小时生成，生成产物的主要成分为七铝酸十二钙Ca₁₂Al₁₄O₃₃（12CaO·7Al₂O₃）。

上述药剂的详细制备方法如下：

反应原料采用铝土矿生料与石灰石，首先将反应原料粉碎至通过200目筛，按照重量比1:1~1.3充分混合均匀，随后在1050-1100℃温度下煅烧2-3小时，出炉冷却后粉碎至200目以下即得。

本发明的优点主要体现在两个方面：

（1）本发明制备的新型阴阳离子去除剂具有同步高效去除水中阴阳离子的优异效果。例如，在去除阴离子方面，该药剂能将SO₄ ^2-含量为1800mg/l的废水处理至300mg/l以下，对SO₄ ^2-离子的去除率可达80-100%；此外，该药剂对于F^-、Cl^-、NO₃ ^-、NO₂ ^-以及含重金属的AsO₃ ^4-、CrO₄ ^2-等多种阴离子都有高效去除功能。在去除阴离子的同时，该药剂还能高效去除水中的多种阳离子，例如可将Ca²⁺含量为500mg/l的废水处理至180mg/l以下，去除率可达50%-70%，处理后的出水可达到工业循环冷却水补充水的水质标准；此外，该药剂还能同时高效去除水中的Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺等多种有毒重金属阳离子，去除率可达90%-100%。

（2）本发明在药剂制备环节具有显著进步。由于铝灰与石灰可在较低温度下煅烧，但由于铝灰中氧化铝含量较低因而导致其去除效果不如铝土矿作原料制备的药剂，因此本发明选择铝土矿作为反应原料。但是已有的研究均是采用铝土矿熟料作为反应原料，对原料的品位要求较高，并且分别存在反应步骤复杂与煅烧温度过高等缺点。因此本发明选择铝土矿生料作为反应原料，降低了对铝土矿的品位要求，省去了由生料到熟料所需的煅烧步骤，降低了能耗，与此同时，在保证离子去除效果的同时尽可能降低了煅烧温度，进一步降低了能耗，进而从原料与制备温度两方面大幅降低了药剂成本。仪器分析结果表明，所得产物形貌结构均一，产物纯度较高，离子去除效果良好，表明原料与反应温度的改变并未影响药剂性能。

综上，本发明通过对反应原料、煅烧温度等条件的优化，制备出一种新型钙铝石类阴阳离子去除剂并将其应用于水处理工业之中，实现了对水中硫酸根离子等阴离子与钙离子、重金属等阳离子的高效去除，处理出水均可实现达标排放要求。由于出水水质还可满足工业循环冷却水补充水的水质要求，因此采用本发明制备药剂处理后的工业废水可以实现低成本回用，可有效解决当前制约工业废水回用的瓶颈难题，有助于进一步提高工业废水的利用效率，更可使废水的总体处理成本进一步降低。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明做详细的描述：

实施例1

将铝土矿生料和石灰石分别粉碎至200目以下，按1:1的重量比进行充分混合，在1050℃ 的温度下煅烧3小时，出炉冷却至常温并粉碎至200目，即生产出高效阴阳离子去除剂。取1000g含SO₄ ^2-1728mg/l、Ca²⁺529mg/l、Pb²⁺512.5ppb、Zn²⁺154ppm的某工业废水，加入该高效去除剂5g，搅拌反应一段时间后，可使水中的SO₄ ^2-、Ca²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺浓度分别降至288mg/l、144mg/l、0.69ppb、0.15ppm，出水重金属可达标排放，并满足工业循环冷却水补充水标准，能够回用。

实施例2

将铝土矿生料和石灰石分别粉碎至200目以下，按1:1.1的重量比进行充分混合，在1080℃的温度下煅烧3小时，出炉冷却至常温并粉碎至200目，即生产出高效阴阳离子去除剂。取1000g含SO₄ ^2-1769mg/l、Ca²⁺497mg/l、Cd²⁺4900ppb、Zn²⁺151ppm的某工业废水，加入该高效去除剂5g，搅拌反应一段时间后，可使水中的SO₄ ^2-、Ca²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度分别降至308mg/l、136mg/l、43ppb、0.23ppm，出水重金属可达标排放，并满足工业循环冷却水补充水标准，能够回用。

实施例3

将铝土矿生料和石灰石分别粉碎至200目以下，按1:1的重量比进行充分混合，在1050℃ 的温度下煅烧3小时，出炉冷却至常温并粉碎至200目，即生产出高效阴阳离子去除剂。取100kg含SO₄ ^2-1666mg/l、Ca²⁺577mg/l、Pb²⁺515ppb、Zn²⁺267ppm、Cd²⁺6340ppb的某工业废水，加入该高效去除剂0.5kg，搅拌反应一段时间后，可使水中的SO₄ ^2-、Ca²⁺浓度分别降至226mg/l、200mg/l，出水中Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺均未检出，重金属可达标排放，出水满足工业循环冷却水补充水标准，能够回用。

Claims

1.一种高效阴阳离子去除剂，其特征在于：

为一种采用铝土矿生料与石灰石作为反应原料，经高温煅烧生成的无机复合物，生成产物的主要成分为七铝酸十二钙Ca₁₂Al₁₄O₃₃（12CaO·7Al₂O₃）。

2.根据权利要求1所述的高效阴阳离子去除剂的制备方法，其特征在于：

（1）采用铝土矿生料与石灰石作为反应原料，首先将反应原料粉碎至通过200目筛，按照重量比1:1~1.3充分混合均匀；

（2）在1050-1100℃温度下煅烧2-3小时，出炉冷却后粉碎至200目以下即得。

3.根据权利要求1、2所述制得的离子去除剂的应用，其特征在于：

具有同步去除三类污染物的功能：

（1）具有高效去除水中硫酸根等阴离子的功能，能将SO₄ ^2-含量为1800mg/l的废水处理至300mg/l以下，对SO₄ ^2-离子的去除率可达80-100%；

（2）具有高效去除水中钙离子等阳离子的功能，能将Ca²⁺含量为500mg/l的废水处理至180mg/l以下，去除率可达50%-70%，处理后的出水可达到工业循环冷却水补充水的水质标准；

（3）具有高效去除水中重金属等阴阳离子的功能，对废水中Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、AsO₃ ^4-、CrO₄ ^2-等多种阴阳离子的去除率可达90%-100%，出水可实现重金属达标排放。