CN105036731B - 低温固相合成砷钠明矾石固溶体的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含砷硫酸盐矿物的制备方法及其应用，具体涉及一种低温固相合成砷钠明矾石固溶体的方法及其在含砷废渣处理中的应用，所述方法以硫酸铝或硝酸铝为Al源，硫酸钠为Na源，砷酸钠、亚砷酸钠或含砷废渣为As源，在100～220℃下通过固相反应2.5～72h，合成结晶度高、稳定性好的砷钠明矾石固溶体；该方法主要用于将固相易溶的砷物质转变为难溶性砷钠明矾石固溶体，以解决传统水热法合成砷钠明矾石的所需的高压条件、对反应釜的要求高、能耗大、经济成本高等缺点，以及传统砷化合物稳定性差引起的环境污染；与传统技术相比，所得砷钠明矾石固溶体长期稳定性好、堆存安全可靠、经济成本低、反应条件贴近工业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种硫酸盐矿物的制备方法及其应用，具体涉及低温固相合成砷钠明矾石固溶体的方法及其在含砷废渣处理中的应用，属环保技术领域。
背景技术
砷（As）位于第四周期，属于剧毒性元素。自然界中砷大多以硫化物的形式夹杂在金、铜、铅、锌、锡、镍、钴等矿中。在冶金行业中，随着有色金属矿物的开采、选矿、冶炼流程分散到废气、废渣及废水中。在我国，已有267.7万余人遭受饮水型和燃煤型高砷影响，属于地方性砷中毒危害最严重的国家之一。砷是人体的非必需元素，是公认的致癌致畸形物。对一个标准体重70kg的人，其As2O3中毒剂量为10～15mg，敏感者1.0mg即可中毒，20mg可致死。截至2003年，我国共采出117.1万吨砷，其中单一矿产砷资源采出量占总采出量的16.7％，伴生及共生砷矿资源采出量占总采出量的83.3％，若含砷物料若处理、处置不当，将造成生态环境严重污染。
目前，国内外固化砷方法主要有化学沉淀法、物理法、物理化学法、生物法和氧化法等，其中化学沉淀法被广泛采用。所谓化学沉淀法就是利用砷能够与多种金属形成难溶化合物，通过此特性常以钙、铁、镁、铝盐及硫化物作沉淀剂，即可固化砷。大量的研究表明砷酸钙盐化合物长期暴露于空气中，会与空气中的二氧化碳反应转化成碳酸钙和砷酸，这一反应因碳化而导致砷淋出，易对环境造成二次污染。利用低溶解度的砷酸盐固砷具有重大缺陷和环境污染隐患。利用矿物间的类质同象替换原理形成砷固溶体固砷，如砷钠明矾石固溶体，且毒性浸出研究表明，砷钠明矾石固溶体的砷浸出浓度远远低于国家标准。
砷钠明矾石固溶体的传统合成主要采用水热法，对反应釜及反应条件的要求高，限制了其在实际中的应用。低温固相合成法是一种直接用原料混合加热反应而不需要添加任何溶剂或只需要微量溶剂最终得到结晶度高的产品的合成方法。与传统方法相比，低温固相合成砷钠明矾石固溶体解决了传统水热法合成砷钠明矾石的所需的高压条件、对反应釜的要求高、能耗大、经济成本高等缺点，以及传统砷化合物稳定性差引起的环境污染。与传统技术相比，所得沉淀化合物长期稳定性好、堆存安全可靠、经济成本低、反应条件贴近工业化。
发明内容
本发明目的在于提供一种低温固相合成砷钠明矾石固溶体的方法，该方法通过将固态易溶的砷物质转变为结晶度高、稳定性好的难溶性沉淀化合物---砷钠明矾石固溶体，且该难溶性沉淀化合物还具有砷毒性浸出浓度低等优点，以解决砷化合物稳定性差引起的环境污染问题，实现砷的稳定化处理。
该方法以硫酸铝或硝酸铝为Al源，硫酸钠为Na源，砷酸钠、亚砷酸钠或含砷废渣为As源，按重量份计，取10～160份Al源和1～25份Na源混合研磨0～20min后，加入1～90份As源，混合研磨0～50min；然后将混合物置于反应釜中，在100～220℃下反应2.5～72h，反应结束后经后处理得砷钠明矾石固溶体。
所述的砷钠明矾石固溶体制备合成过程为低温固相合成，这是一种直接用原料混合加热反应而不需要添加任何溶剂或只需要微量溶剂（微量溶剂为反应物的结晶水，无需额外加入溶剂）最终得到结晶度高的产品的合成方法。
所述的混合研磨过程是在室温下进行，反应过程是在常压下进行。
所述的后处理过程为产物自然冷却后，用500～1000mL蒸馏水洗涤，最后在80～100℃环境下干燥24小时。
发明另一目的是将低温固相合成砷钠明矾石固溶体的方法应用在含砷废渣处理中，利用砷钠明矾石固溶体稳定化处理含砷废渣中的砷物质，最终形成砷钠明矾石固溶体，实现砷的稳定化处理。
有益效果：
本发明分别以硫酸铝或硝酸铝为Al源；硫酸钠为Na源；砷酸钠、亚砷酸钠或含砷废渣为As源，并通过控制Al源、Na源和As源的混合比例，然后进行低温固相合成，最终得到结晶度高、稳定性好的砷钠明矾石固溶体，从而将固相易溶的砷物质转变为难溶性沉淀化合物。以解决传统水热法合成砷钠明矾石的所需的高压条件、对反应釜的要求高、能耗大、经济成本高等缺点，以及传统砷化合物稳定性差而引起的环境污染问题。与传统技术相比，所得沉淀化合物长期稳定性好、堆存安全可靠、经济成本低、反应条件贴近工业化。
附图说明
图1为本发明实施例2、6、9制得砷钠明矾石固溶体X射线衍射（XRD）谱图；
图2为本发明实施例6（A图）、9（B图）制得砷钠明矾石固溶体扫描电镜（SEM）照片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但本发明的保护范围不局限于所述内容。
实施例1: 在室温条件下，将10g硫酸铝粉末和1g硫酸钠粉末直接混合不研磨，加入1g的砷酸钠，再次混合不研磨；将混合物置于反应釜中，在100℃下反应72h，反应结束后，将产物自然冷却，用500 mL蒸馏水洗涤，最后在100℃环境下干燥24小时，得到高结晶度的砷钠明矾石。
性能测试：连续浸出4个月，砷浸出浓度2.5mg/L。
实施例2：在室温条件下，将70g硫酸铝粉末和10g硫酸钠粉末混合研磨10min，加入14g砷酸钠，再次混合研磨20min后，将混合物置于反应釜中，在200℃下反应5.5h，反应结束后，将产物自然冷却，用1000mL蒸馏水洗涤，最后在80℃环境下干燥24小时，得到高结晶度的砷钠明矾石。
性能测试：连续浸出4个月，砷浸出浓度2.0mg/L。
实施例3：在室温条件下，将160g份硫酸铝粉末和25g硫酸钠粉末混合研磨20分钟，加入90g砷酸钠，再次混合研磨50分钟后，将混合物置于反应釜中，在220℃下反应2.5 h，反应结束后，将产物自然冷却，用800mL蒸馏水洗涤，最后在90℃环境下干燥24小时，得到高结晶度的砷钠明矾石。
性能测试：连续浸出4个月，砷浸出浓度1.0mg/L。
实施例4：
在室温条件下，将20g硫酸铝粉末和5g硫酸钠粉末混合研磨5 min，加入5g砷酸钠，再次混合研磨10min后，将混合物置于反应釜中，在150℃下反应16h，反应结束后，将产物自然冷却，用600mL蒸馏水洗涤，最后在100℃环境下干燥24小时，得到高结晶度的砷钠明矾石。
性能测试：连续浸出4个月，砷浸出浓度1.8mg/L。
实施例5：在室温条件下，将50g硫酸铝粉末和10g硫酸钠粉末混合研磨10 min，加入31g亚砷酸钠，再次混合研磨30min；将混合物置于反应釜中，在220℃下反应2.5h，反应结束后，将产物自然冷却，用700mL蒸馏水洗涤，最后90℃环境下干燥24小时，得到高结晶度的砷钠明矾石。
性能测试：连续浸出4个月，砷浸出浓度1.5mg/L。
实施例6：在室温条件下，将90g硝酸铝粉末和20g硫酸钠粉末混合研磨15 min，加入50g砷酸钠，再次混合研磨40min；将混合物置于反应釜中，在180℃下反应10h，反应结束后，将产物自然冷却，用800mL蒸馏水洗涤，最后在80℃环境下干燥24小时，得到高结晶度的砷钠明矾石。
性能测试：连续浸出4个月，砷浸出浓度1.0mg/L。
实施例7：在室温条件下，将110g硝酸铝粉末和25g硫酸钠粉末混合研磨20 min，加入70g亚砷酸钠，再次混合研磨45min；将混合物置于反应釜中，在150℃下反应16h，反应结束后，将产物自然冷却，用900mL蒸馏水洗涤，最后在80℃环境下干燥24小时，得到高结晶度的砷钠明矾石。
性能测试：连续浸出4个月，砷浸出浓度0.8mg/L。
实施例8：在室温条件下，将70g硫酸铝粉末和10g硫酸钠粉末混合研磨15 min，加入20g电雾滤渣，再次混合研磨30min；将混合物置于反应釜中，在220℃下反应3.5h，反应结束后，将产物自然冷却，用1000mL蒸馏水洗涤，最后在100℃环境下干燥24小时，得到高结晶度的砷钠明矾石。
性能测试：连续浸出4个月，砷浸出浓度1.0mg/L。
实施例9：在室温条件下，将100g硝酸铝粉末和20g硫酸钠粉末混合研磨15 min，加入50g电雾滤渣，再次混合研磨30min；将混合物置于反应釜中，在200℃下反应6.5h，反应结束后，将产物自然冷却，用1000mL蒸馏水洗涤，最后在100℃环境下干燥24小时，得到高结晶度的砷钠明矾石。
性能测试：连续浸出4个月，砷浸出浓度1.0mg/L。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明；对于本领域技术人员来说，凡是在不脱离本发明的精神和构思的前提下所做的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种低温固相合成砷钠明矾石固溶体的方法，其特征在于：按重量份计，取10～160份Al源和1～25份Na源混合研磨0～20min后，加入1～90份As源，混合研磨0～50min；然后将混合物置于反应釜中，在100～220℃下反应2.5～72h，反应结束后经后处理得砷钠明矾石固溶体；其中Al源为硫酸铝或硝酸铝，Na源为硫酸钠，As源为砷酸钠、亚砷酸钠或含砷废渣；
所述后处理过程为将产物自然冷却后，用500～1000mL蒸馏水洗涤，最后在80～100℃下干燥24小时。
2.权利要求1所述的低温固相合成砷钠明矾石固溶体的方法在含砷废渣处理中的应用。
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