CN104072093A - 一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用 - Google Patents
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Abstract
一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，它涉及无机非金属材料制备和环境保护与修复技术领域，本发明通过吸收富集、惰性包覆和压制烧结的工艺流程，可在实现砷脱附液的回收利用的基础上，获得一种含砷的多元氧化物材料，获得的含砷氧化物材料可直接作为建筑材料，也可作为一种原料制备满足不同需求的建筑材料，同时解决了砷脱附液难以富集、回收利用的难题，特别是含砷多元氧化物废渣所带来的砷二次污染难题。
Description
技术领域
本发明涉及无机非金属材料制备和环境保护与修复技术领域，具体涉及一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用。
背景技术：
砷广泛分布于大气、水、土壤、岩石和生物体中。在自然水体中，溶解的砷，一般以无机砷酸盐(AsO4 3-)、亚砷酸盐（AsO3 3-）形式或以甲基化的砷化合物形式存在。目前，在许多国家和地区的地表水中发现了砷污染。在我国的内蒙古、新疆、台湾等地，饮水中含砷量在部分地区高达0.2-2.0mg/L。
经过吸附法或离子交换法净化处理后，废水可以实现达标排放，但是为了经济层面以及材料的回收利用的考虑，需对吸附材料以及离子交换树脂进行脱附再生，这时候就会产生高浓度的砷脱附液，砷脱附液如何安全、经济的处理以满足社会和经济要求，已然成为一个需要妥善解决的问题。特别是如何在避免砷二次污染的前提下，实现变废为宝，更是科研工作者需考虑的一个热点研究方向。
碱性氧化物（氧化钙、氧化镁）可以吸收水溶液中的砷离子，以起到富集回收的目的。但是，含砷的废料在600-850 °C下氧化焙烧会使其中40%以上的砷挥发，造成二次污染，这就制约了含砷产品的开发。故采用简单的吸收、富集+煅烧的工艺方法，很难保证含砷产物的化学稳定性以及砷脱附液的无害处理。
如何研发一种回收、富集砷元素、适合工业推广以及化学性质稳定的含砷氧化物材料，在实现砷脱附液的无害处理的前提下，实现变废为宝，是无机非金属材料制备和环境保护与修复技术领域的一个重要方向。
背景技术
参看图1-图6，本具体实施方式采用以下技术方案：碱性氧化物吸收富集脱附液中的砷离子之后，包覆惰性的氧化硅层，从而获得稳定的多元氧化物材料，将获得的材料进行压制、烧结处理得到最终的建筑材料。
所述含砷的氧化物建筑材料，所用的碱性氧化物可为氧化钙、氧化镁。
所述含砷的氧化物建筑材料，将吸收富集脱附液中的砷离子之后的沉淀通过包覆惰性的氧化硅层的方法，获得性质稳定的多元氧化物材料。
所述含砷的氧化物建筑材料，将包覆惰性氧化硅层的多元氧化物材料通过简单的压制、烧结，可获得强度40 MPa以上强度的建筑材料，可直接作为一种建筑材料，也可作为一种原料制备满足不同需求的建筑材料。
所述含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，通过吸收富集、惰性包覆、压制烧结的工艺流程，可在实现砷脱附液的回收利用的基础上，获得一种含砷的多元氧化物建筑材料。
所述的含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，其特征在于，具体制备过程如下：
首先，将砷浓度为15-30 mg/L、pH值为10-12的砷脱附液，用氧化钙或氧化镁进行吸收、富集。吸收、富集过程采用的固液接触方式可为搅拌混合或固定床接触，富集时间为24-48 h。其次，按一定的溶液配比包覆惰性的氧化硅层，往7-9 wt%的氧化钙或氧化镁水悬浮液中依次加入4-6倍体积乙醇、1/3-1/2体积的氨水以及100:15体积的50-70%的正硅酸乙酯乙醇溶液，搅拌10-20 h，洗涤后在60-90 °C下干燥6-12 h。最后，将获得的多元氧化物粉末用不同长径比的模具进行压制，在800-1100 °C烧结，获得最终的块状建筑材料。
所述的含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，其特征在于，砷元素的吸收、富集过程，每克碱性氧化物可固化1.2-2 mg的砷离子。
所述的含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，其特征在于，该制备和砷回收利用过程，所采用的原料有：氧化钙、氧化镁、正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水和二次去离子水。
所述的含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，其特征在于，获得的多元氧化物还可往其中加入其它氧化物组分，可得到钙基、镁基的建筑材料，或是作为一种原料混合其他原料，制备成水泥、玻璃等建筑材料。
本发明设计原理：碱性氧化物（氧化钙、氧化镁）可以吸收水溶液中的砷离子，以起到富集回收的目的。但是，含砷的废料在600-850 °C下氧化焙烧会使其中40%以上的砷挥发，造成二次污染。采用吸收富集、惰性包覆和压制烧结的工艺流程，使得砷元素能够稳定的包裹在多元氧化物材料中，避免了砷元素的二次污染，同时得到钙基、镁基的多元氧化物建筑材料。
本发明具有以下有益效果：它通过吸收富集、惰性包覆和压制烧结的工艺流程，可在实现砷脱附液的回收利用的基础上，获得一种含砷的多元氧化物材料，获得的含砷氧化物材料可直接作为建筑材料，也可作为一种原料制备满足不同需求的建筑材料，同时解决了砷脱附液难以富集、回收利用的难题，特别是含砷多元氧化物废渣所带来的砷二次污染难题。
本发明的优点在于：
1、本发明采用吸收富集—惰性包覆——压制烧结的工艺流程，操作简便、可以获得不同宏观尺寸的最终建筑材料。
2、本发明实现了砷脱附液中砷离子的富集、回收，富集后的碱液还作为吸附剂或离子交换树脂脱附的脱附液，减低了能耗与成本。
3、本发明采用氧化硅惰性包覆，避免了砷的二次污染，实现了真正意义上的变废为宝。
4、本发明在实现砷脱附液的无害处理的基础上，开发出具有商业价值的钙基、镁基建筑材料，可方便的在最后压制烧结工艺添加多种联结剂和其他氧化物成分，从而获得具有不同力学性能的建筑材料，也可作为一种原料组分，添加进水泥制备、玻璃制备的原料体系中，获得水泥、玻璃等建筑材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，它通过吸收富集、惰性包覆和压制烧结的工艺流程，可在实现砷脱附液的回收利用的基础上，获得一种含砷的多元氧化物材料，获得的含砷氧化物材料可直接作为建筑材料，也可作为一种原料制备满足不同需求的建筑材料，同时解决了砷脱附液难以富集、回收利用的难题，特别是含砷多元氧化物废渣所带来的砷二次污染难题。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：碱性氧化物吸收富集脱附液中的砷离子之后，包覆惰性的氧化硅层，从而获得稳定的多元氧化物材料，将获得的材料进行压制、烧结处理得到最终的建筑材料。
所述含砷的氧化物建筑材料，所用的碱性氧化物可为氧化钙、氧化镁。
所述含砷的氧化物建筑材料，将吸收富集脱附液中的砷离子之后的沉淀通过包覆惰性的氧化硅层的方法，获得性质稳定的多元氧化物材料。
所述含砷的氧化物建筑材料，将包覆惰性氧化硅层的多元氧化物材料通过简单的压制、烧结，可获得强度40 MPa以上强度的建筑材料，可直接作为一种建筑材料，也可作为一种原料制备满足不同需求的建筑材料。
所述含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，通过吸收富集、惰性包覆、压制烧结的工艺流程，可在实现砷脱附液的回收利用的基础上，获得一种含砷的多元氧化物建筑材料。
所述的含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，具体制备过程如下：
首先，将砷浓度为15-30 mg/L、pH值为10-12的砷脱附液，用氧化钙或氧化镁进行吸收、富集。吸收、富集过程采用的固液接触方式可为搅拌混合或固定床接触，富集时间为24-48 h。其次，按一定的溶液配比包覆惰性的氧化硅层，往7-9 wt%的氧化钙或氧化镁水悬浮液中依次加入4-6倍体积乙醇、1/3-1/2体积的氨水以及100:15体积的50-70%的正硅酸乙酯乙醇溶液，搅拌10-20 h，洗涤后在60-90 °C下干燥6-12 h。最后，将获得的多元氧化物粉末用不同长径比的模具进行压制，在800-1100 °C烧结，获得最终的块状建筑材料。
所述的含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，其特征在于，砷元素的吸收、富集过程，每克碱性氧化物可固化1.2-2 mg的砷离子。
所述的含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，其特征在于，该制备和砷回收利用过程，所采用的原料有：氧化钙、氧化镁、正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水和二次去离子水。
所述的含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用方法，其特征在于，获得的多元氧化物还可往其中加入其它氧化物组分，可得到钙基、镁基的建筑材料，或是作为一种原料混合其他原料，制备成水泥、玻璃等建筑材料。
本发明设计原理：碱性氧化物（氧化钙、氧化镁）可以吸收水溶液中的砷离子，以起到富集回收的目的。但是，含砷的废料在600-850 °C下氧化焙烧会使其中40%以上的砷挥发，造成二次污染。采用吸收富集、惰性包覆和压制烧结的工艺流程，使得砷元素能够稳定的包裹在多元氧化物材料中，避免了砷元素的二次污染，同时得到钙基、镁基的多元氧化物建筑材料。
本发明具有以下有益效果：它通过吸收富集、惰性包覆和压制烧结的工艺流程，可在实现砷脱附液的回收利用的基础上，获得一种含砷的多元氧化物材料，获得的含砷氧化物材料可直接作为建筑材料，也可作为一种原料制备满足不同需求的建筑材料，同时解决了砷脱附液难以富集、回收利用的难题，特别是含砷多元氧化物废渣所带来的砷二次污染难题。
附图说明：
图1为本发明实施例1和2中砷脱附液富集、回收性能图；
图2为本发明实施例1中惰性包覆后粉末材料的TEM照片；
图3为本发明实施例1中惰性包覆后粉末材料的EDS结果；
图4为本发明实施例2中惰性包覆后的TEM照片；
图5为本发明实施例2中惰性包覆后的高分辨TEM照片；
图6为本发明实施例1和2中含砷的氧化物建筑材料的抗压曲线。
Claims (9)
1.一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，其特征在于碱性氧化物吸收富集脱附液中的砷离子之后，包覆惰性的氧化硅层，从而获得稳定的多元氧化物材料，将获得的材料进行压制、烧结处理得到最终的建筑材料。
2.根据权利要求1所述的一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，其特征在于所述的含砷的氧化物建筑材料，所用的碱性氧化物可为氧化钙、氧化镁。
3.根据权利要求1所述的一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，其特征在于所述的含砷的氧化物建筑材料，将吸收富集脱附液中的砷离子之后的沉淀通过包覆惰性的氧化硅层的方法，获得性质稳定的多元氧化物材料。
4.根据权利要求1所述的一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，其特征在于所述的含砷的氧化物建筑材料，将包覆惰性氧化硅层的多元氧化物材料通过简单的压制、烧结，可获得强度40 MPa以上强度的建筑材料，可直接作为一种建筑材料，也可作为一种原料制备满足不同需求的建筑材料。
5.根据权利要求1所述的一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，其特征在于通过吸收富集、惰性包覆、压制烧结的工艺流程，可在实现砷脱附液的回收利用的基础上，获得一种含砷的多元氧化物建筑材料。
6.根据权利要求5所述的一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，其特征在于具体制备过程如下：首先将砷浓度为15-30 mg/L、pH值为10-12的砷脱附液，用氧化钙或氧化镁进行吸收、富集，吸收、富集过程采用的固液接触方式可为搅拌混合或固定床接触，富集时间为24-48 h，其次，按一定的溶液配比包覆惰性的氧化硅层，往7-9 wt%的氧化钙或氧化镁水悬浮液中依次加入4-6倍体积乙醇、1/3-1/2体积的氨水以及100:15体积的50-70%的正硅酸乙酯乙醇溶液，搅拌10-20 h，洗涤后在60-90 °C下干燥6-12 h，最后，将获得的多元氧化物粉末用不同长径比的模具进行压制，在800-1100 °C烧结，获得最终的块状建筑材料。
7.根据权利要求6所述的一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，其特征在于砷元素的吸收、富集过程，每克碱性氧化物可固化1.2-2 mg的砷离子。
8.根据权利要求6所述的一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，其特征在于所述的该制备和砷回收利用过程，所采用的原料有：氧化钙、氧化镁、正硅酸乙酯、无水乙醇、氨水和二次去离子水。
9.根据权利要求6所述的一种含砷的氧化物建筑材料的制备及砷脱附液的回收应用，其特征在于所述的获得的多元氧化物还可往其中加入其它氧化物组分，可得到钙基、镁基的建筑材料，或是作为一种原料混合其他原料，制备成水泥、玻璃等建筑材料。
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