CN105126760A - 一种重金属聚孔吸附材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属聚孔吸附材料及其制备方法，以铅锌尾矿、水玻璃、粘土、活性炭为陶粒原料，以鸡蛋壳为钙质来源，从中提取含钙溶液，结合磷酸溶液对陶粒进行改性，制备出了重金属聚孔吸附材料。本发明的主要原料铅锌尾矿是铅锌矿选矿后的尾矿，钙质来源于从农产品加工过程产生的固体废弃物，实现了废物利用，其对污水中的重金属离子具有持久有效的吸附能力，达到了以废治污的目的，在降低了原材料成本的同时，还可以在一定程度上解决地方的尾矿问题，具有良好的环境、经济和社会效益。

Description

一种重金属聚孔吸附材料及其制备方法

技术领域

本发明属于环境及材料领域，具体涉及一种利用铅锌尾矿、水玻璃、粘土、活性炭和鸡蛋壳制备重金属聚孔吸附材料的方法。

背景技术

随着我们国家经济的发展，水体污染问题变得日益严重。制造、采矿、冶金、化工等行业产生了大量含重金属离子的工业废水，对环境造成了巨大的破坏。吸附法具有稳定可靠的特性，是目前最有前途的废水净化方法，为控制水体重金属污染的问题，需要有一种简单有效的重金属吸附材料。

铅锌尾矿是铅锌矿厂采用浮选法选矿后排出的粉状或细沙状废渣，具有一定的可塑性，约占铅锌矿产量的95%左右，我国每年新产出各类尾矿约15亿t，尾矿的大量堆存带来了环境、资源、土地、安全等诸多问题，也是一种资源的浪费。我国作为一个产蛋大国，蛋产量连年居世界首位，所产生的大量蛋壳往往作为废品扔掉，不仅污染环境，而且也是资源的浪费，鸡蛋壳的主要成分为碳酸钙，约占其重量的94％，可从中提取含钙溶液用来作为改性剂提高轻质陶粒的吸附性能。

本发明以铅锌尾矿为主要原材料，以粘土和水玻璃作为粘结剂，以活性炭为造孔剂，经过过高温烧结制得轻质陶粒，其是一种多孔材料，具有较高的孔隙率。在经过磷酸溶液和从鸡蛋壳中提取出来的含钙溶液的改性，能够在其表面形成新的具有多为孔隙结构的物质附着，这一物质具有很高的吸附活性，能够引导重金属离子沿其表面结合沉积，产生颗粒物聚集，提供了新的孔隙作为新的吸附位点，从而使其能够更为高效持续地吸附重金属离子。我的研究证明，这种重金属聚孔吸附材料，对Cu²⁺的吸附率可高达97.2%，是一种持久高效的吸附剂。

经检索，国内外尚未有以铅锌尾矿、水玻璃、粘土、活性炭和鸡蛋壳为原料，制备重金属聚孔吸附材料的方法。该项目属于国内外首家研究发明的技术，在一定程度是为解决尾矿污染、禽蛋壳固体废弃物污染问题提供了新的途径，经济效益显和环境效益显著。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用铅锌尾矿、水玻璃、粘土、活性炭和鸡蛋壳制备重金属聚孔吸附材料的方法，制得的重金属聚孔吸附材料能够有效的吸附污水中的重金属离子，起到了环境保护的作用，同时能够有效地解决解决尾矿污染、禽蛋壳固体废弃物污染问题，实现了废物再利用。其制备方法简单，成本低廉，具有良好的经济效益和环境效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种重金属聚孔吸附材料，原料包括陶粒和改性剂；陶粒原料包括铅锌尾矿、水玻璃、粘土和活性炭。

所述的陶粒原料按重量百分数计：铅锌尾矿50~60%、水玻璃10~20%、粘土15~20%、活性炭5~10%。

所述的改性剂包括质量浓度为85%的磷酸溶液和从鸡蛋壳中提取出来的含钙溶液。

从鸡蛋壳中提取出来的含钙溶液的制备方法为：按0.5g鸡蛋壳粉末加10mL25wt.%醋酸的比例混合，搅拌3h，过滤，得到含钙溶液。

所述的铅锌尾矿为三明大田地区铅锌矿选矿后留下的尾矿，水玻璃为硅酸钠水玻璃。

制备方法：先将预处理好铅锌尾矿和研磨过筛后的活性炭粉和粘土一起球磨混合，加入水玻璃，再加入水，混合均匀后，经烘干和烧结制得轻质陶粒，经磷酸溶液和含钙溶液改性处理，干燥，制得重金属聚孔吸附材料。

具体步骤如下：

（1）将铅锌尾矿60℃恒温干燥3h，研磨，过100目筛；将活性炭研磨，过40目筛；

（2）将预处理好的铅锌尾矿、活性炭和粘土球磨混合均匀，加入水玻璃和水，挤压成型，造粒，制得粒径为5-8mm的生料球；

（3）将生料球在70℃下干燥12h，1120℃烧结1h，获得轻质陶粒；

（4）将轻质陶粒用磷酸溶液浸泡，搅拌3h，放入从鸡蛋壳中提取出来的含钙溶液中，在55℃下使溶液蒸发，100℃干燥6h，制得重金属聚孔吸附材料。

本发明的显著优点在于：

（1）原料与技术创新：制备的重金属聚孔吸附材料，其主要原料来自于铅锌矿生产中，通过这一制备方法，将其制成多孔陶粒，并对其进行进一步的改性，在实现了以废治废的同时，进一步提高了吸附材料的吸附能力。

（2）经检索，国内外尚未有利用铅锌尾矿、水玻璃、粘土、活性炭和鸡蛋壳制备的重金属聚孔吸附材料的报导，该项目属于国内外首家研究发明的技术。

（3）充分利用原材料的特性，提高产品的质量。铅锌尾矿是很好的铝质和硅质的来源，含有少量的K₂O、NaO，两者易融化，能够与耐火物质生成低共熔物。而活性炭、水玻璃和粘土都是容易获得的工业材料，能够降低吸附材料的生产成本。

（4）低生产成本：主要原材料为铅锌尾矿和鸡蛋壳，其大量产生于矿业生产和农业生产的过程中，价格低廉，而对于铅锌尾矿的处理，还能够获得生产企业的补助，从而进一步降低了生产成本。

具体实施方式

原料配方的重量配比为：铅锌尾矿50~60wt%、水玻璃10~20wt%、粘土15~20wt%、活性炭5~10wt%。

利用利用铅锌尾矿、水玻璃、粘土、活性炭和鸡蛋壳制备的重金属聚孔吸附材料的制备方法具体步骤为：

1)将铅锌尾矿置于60℃干燥箱中恒温干燥3h，研磨粉碎后过100目筛，将活性炭研磨粉碎过40目筛。

2)将预处理好的铅锌尾矿、活性炭、粘土分别按配方称取，加入球磨机进行混合。加入相应量的水玻璃和水，通过挤压成型机内挤压成型并切割后，在盘式造粒机中造粒制得粒径约为5-8mm的生料球。

3)将成型好的生料球在70摄氏度下干燥12h，放入高温箱式炉内，在1120℃的条件下烧结1h，获得轻质陶粒。

4)将轻质陶粒用磷酸溶液浸泡搅拌3h后，放入从鸡蛋壳废料中提取的钙液中，在55℃下将溶液蒸发，在100℃干燥6h后即得到重金属聚孔吸附材料。

实施例1

原料配方的重量配比为：铅锌尾矿50wt%、水玻璃20wt%、粘土20wt%、活性炭10wt%。

具体步骤为：

1)将铅锌尾矿置于60℃干燥箱中恒温干燥3h，研磨粉碎后过100目筛，将活性炭研磨粉碎过40目筛。

2)将预处理好的铅锌尾矿、活性炭、粘土分别按配方称取，加入球磨机进行混合。加入相应量的水玻璃和水，通过挤压成型机内挤压成型并切割后，在盘式造粒机中造粒制得粒径约为5-8mm的生料球。

3)将成型好的生料球在70摄氏度下干燥12h，放入高温箱式炉内，在1120℃的条件下烧结1h，获得轻质陶粒。

4)将轻质陶粒用磷酸溶液浸泡搅拌3h后，放入从鸡蛋壳废料中提取的钙液中，在55℃下将溶液蒸发，在100℃干燥6h后即得到重金属聚孔吸附材料。

采用火焰原子吸收分光光度法测定废水中铜含量，火焰法测定元素的参数如下表所示。以初始浓度为10mg/L的含Cu²⁺溶液模拟重金属离子污水，将吸附磷酸根离子后的试样，加入到50mL的模拟废液中，在实验环境温度为25℃，吸附时间为24h时，吸附剂对Cu²⁺的吸附率达到了98.16%。

火焰法测定元素的参数

实施例2

原料配方的重量配比为：铅锌尾矿60wt%、水玻璃20wt%、粘土15wt%、活性炭5wt%。

具体步骤为：

1)将铅锌尾矿置于60℃干燥箱中恒温干燥3h，研磨粉碎后过100目筛，将活性炭研磨粉碎过40目筛。

2)将预处理好的铅锌尾矿、活性炭、粘土分别按配方称取，加入球磨机进行混合。加入相应量的水玻璃和水，通过挤压成型机内挤压成型并切割后，在盘式造粒机中造粒制得粒径约为5-8mm的生料球。

3)将成型好的生料球在70摄氏度下干燥12h，放入高温箱式炉内，在1120℃的条件下烧结1h，获得轻质陶粒。

4)将轻质陶粒用磷酸溶液浸泡搅拌3h后，放入从鸡蛋壳废料中提取的钙液中，在55℃下将溶液蒸发，在100℃干燥6h后即得到重金属聚孔吸附材料。

采用火焰原子吸收分光光度法测定废水中铜含量，火焰法测定元素的参数如下表所示。以初始浓度为10mg/L的含Cu²⁺溶液模拟重金属离子污水，将吸附磷酸根离子后的试样，加入到50mL的模拟废液中，在实验环境温度为25℃，吸附时间为24h时，吸附剂对Cu²⁺的吸附率达到了96.28%。

火焰法测定元素的参数

实施例3

原料配方的重量配比为：铅锌尾矿55wt%、水玻璃15wt%、粘土20wt%、活性炭10wt%。

具体步骤为：

1)将铅锌尾矿置于60℃干燥箱中恒温干燥3h，研磨粉碎后过100目筛，将活性炭研磨粉碎过40目筛。

2)将预处理好的铅锌尾矿、活性炭、粘土分别按配方称取，加入球磨机进行混合。加入相应量的水玻璃和水，通过挤压成型机内挤压成型并切割后，在盘式造粒机中造粒制得粒径约为5-8mm的生料球。

3)将成型好的生料球在70摄氏度下干燥12h，放入高温箱式炉内，在1120℃的条件下烧结1h，获得轻质陶粒。

4)将轻质陶粒用磷酸溶液浸泡搅拌3h后，放入从鸡蛋壳废料中提取的钙液中，在55℃下将溶液蒸发，在100℃干燥6h后即得到重金属聚孔吸附材料。

采用火焰原子吸收分光光度法测定废水中铜含量，火焰法测定元素的参数如下表所示。以初始浓度为10mg/L的含Cu²⁺溶液模拟重金属离子污水，将吸附磷酸根离子后的试样，加入到50mL的模拟废液中，在实验环境温度为25℃，吸附时间为24h时，吸附剂对Cu²⁺的吸附率达到了97.33%。

火焰法测定元素的参数

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种重金属聚孔吸附材料，其特征在于：原料包括陶粒和改性剂；陶粒原料包括铅锌尾矿、水玻璃、粘土和活性炭。

2.根据权利要求1所述的重金属聚孔吸附材料，其特征在于：所述的陶粒原料按重量百分数计：铅锌尾矿50~60%、水玻璃10~20%、粘土15~20%、活性炭5~10%。

3.根据权利要求1所述的重金属聚孔吸附材料，其特征在于：所述的改性剂包括质量浓度为85%的磷酸溶液和从鸡蛋壳中提取出来的含钙溶液。

4.根据权利要求3所述的重金属聚孔吸附材料，其特征在于：从鸡蛋壳中提取出来的含钙溶液的制备方法为：按0.5g鸡蛋壳粉末加10mL25wt.%醋酸的比例混合，搅拌3h，过滤，得到含钙溶液。

5.根据权利要求1所述的重金属聚孔吸附材料，其特征在于：所述的铅锌尾矿为三明大田地区铅锌矿选矿后留下的尾矿，水玻璃为硅酸钠水玻璃。

6.一种制备如权利要求1所述的重金属聚孔吸附材料的方法，其特征在于：先将预处理好铅锌尾矿和研磨过筛后的活性炭粉和粘土一起球磨混合，加入水玻璃，再加入水，混合均匀后，经烘干和烧结制得轻质陶粒，经磷酸溶液和含钙溶液改性处理，干燥，制得重金属聚孔吸附材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）将铅锌尾矿60℃恒温干燥3h，研磨，过100目筛；将活性炭研磨，过40目筛；

（2）将预处理好的铅锌尾矿、活性炭和粘土球磨混合均匀，加入水玻璃和水，挤压成型，造粒，制得粒径为5-8mm的生料球；

（3）将生料球在70℃下干燥12h，1120℃烧结1h，获得轻质陶粒；

（4）将轻质陶粒用磷酸溶液浸泡，搅拌3h，放入从鸡蛋壳中提取出来的含钙溶液中，在55℃下使溶液蒸发，100℃干燥6h，制得重金属聚孔吸附材料。