CN109574084B - 一种冶金基碳酸根水滑石的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及到一种冶金基碳酸根水滑石的制备方法及其应用。本发明将冶金渣进行硝酸酸解，对其酸解滤液进行pH调节后加入十二烷基苯磺酸钠和聚丙烯酰胺水溶液除铁后对滤液与氢氧化钠/碳酸钠溶液进行双滴定获得水滑石。本发明有效利用冶金废渣来合成其他材料并且回收了铁，可以再利用于冶金，增加了铁的回收效率。

Description

一种冶金基碳酸根水滑石的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及到一种冶金基碳酸根水滑石的的制备方法及其应用。
背景技术
工业废物的处置现状已严重威胁到我们的生活环境。因为工业废物会引起严重的环境污染问题，如有害重金属浸出并进入地下水和颗粒物排放进入空气等。一种有前途的工业废物处理方法是通过可行的商业过程及市场化水平将废物材料转化为高附加值的材料，不仅会有效实现废物的资源管理而且可以有效减少环境污染。
在种类繁多的商业废弃物中，冶金渣的产量远超其他任何废弃物，因此冶金渣的处理一直备受关注。冶金渣是炼铁、炼钢中排出的高温熔渣经冷却形成的固体废弃物。近年来，我国钢铁行业资源综合利用和节能减排水平不断提高，然而炼铁、炼钢产生的冶金渣排放量大、综合利用率低，成为钢铁业主要的工业固体废弃物之一，所以，研发更有效的冶金渣资源化利用技术、开拓产品应用途径，对钢铁业的节能减排有重要的意义。
冶金渣目前主要用作水泥添加料、道路路面混凝土、硅肥等，大多数为粗放、大宗利用，效率低，难以产生良好的经济效益。冶金渣的低效率利用阻碍了钢铁企业的可持续发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种冶金基碳酸根水滑石的制备方法及其应用以解决现有技术的不足之处。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种冶金基碳酸根水滑石的制备方法，包括如下步骤：
(1)酸解：取冶金渣至反应容器，加入去离子水充分搅拌后，滴加质量分数为20～30％硝酸并且搅拌并对反应容器进行水冷直至反应结束，控制反应温度为40～50℃，过滤后获得滤液A和滤渣，用去离子水将滤渣洗涤至中性，烘干后收集；
(2)除铁：取步骤(1)中获得的滤液A在常温搅拌作用下加入pH值调节剂调节pH至3～4，按0.1～0.2wt％的添加量加入十二烷基苯磺酸钠，充分搅拌后静置得到溶液B，配置0.1～0.2wt％的添加量的聚丙烯酰胺水溶液，以5～10ppm的添加量加入溶液B中，搅拌20-40min后静置；过滤后获得滤液C和铁滤渣；
(3)水滑石的合成:取去离子水不断搅拌并恒温于70～80℃，取步骤(2)获得的滤液C和0.5～2mol/L氢氧化钠/碳酸钠混合水溶液在去离子水中进行双滴定共沉淀反应，滴定过程中使溶液保持pH值在10～11，滴定完成后，加入pH值调节剂使得反应体系的pH值为11～11.5，并在70～80℃下搅拌反应1～2h，置于70～80℃的恒温水浴下老化24～36h，进行过滤获得固体产物，将固体产物用去离子水洗涤至中性，并在80～85℃下真空干燥，获得冶金基碳酸根水滑石。
所述步骤(1)中冶金渣里的金属元素由钙、镁、铝和铁组成，所述钙镁铝铁的质量比为150～160：15～22：35～45：1。
所述步骤(1)冶金渣、去离子水和硝酸的质量比为1:2～2.5:5～6。
所述步骤(2)和(3)中的pH值调节剂为0.5～2mol/L NaOH溶液。
所述氢氧化钠/碳酸钠混合水溶液中氢氧化钠与碳酸钠的摩尔比为15～20:1。
一种冶金渣基水滑石的应用，所述冶金渣基水滑石用于投放含镍污水中用于吸附镍离子。
本发明的优点在于：
(1)本发明有效利用冶金废渣来合成其他材料并且回收了铁，可以再利用于冶金，增加了铁的回收效率。
(2)本发明可以有效的吸附污水中镍。
附图说明
图1是实施例1水滑石的SEM图、红外光谱图和XRD图谱。
图2是实施例2水滑石的SEM图、红外光谱图和XRD图谱。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
将80g冶金渣与160g去离子水混合均匀后加入500ml的三口烧瓶中，将质量分数为25％的硝酸溶液按钢渣/硝酸质量比1:5滴加入烧瓶进行反应。控制硝酸滴加速度使反应体系温度维持在40℃，滴加完毕后继续搅拌反应20min。过滤反应混合物，分别收集滤渣、滤液。取滤液350ml与1mol/L的碱溶液(NaOH/Na2CO3摩尔比为16:1)进行双滴定。反应在70℃的恒温水浴中进行，控制滴加速度使反应体系的pH值保持在10.5。滴加完毕在70℃下继续反应1h。反应结束将反应混合物至于70℃的恒温水浴中老化24h。过滤，洗涤，将产物在80℃下烘干，即得层间阴离子为碳酸根的钙镁铝铁四元水滑石材料(CaMgAlFe-CO3)。并检测做出SEM图、红外光谱图和XRD图谱如图1所示。对上述除铁处理后，酸解液进行ICP分析，结果如表1所示(已换算为同体积原滤液下浓度)。
酸解液除铁前后ICP分析
Figure BDA0001892968800000041
酸解液除铁前Fe3+离子浓度为273mg/l,方案1除铁后Fe3+离子浓度降至26mg/l,酸解液中90.5％的铁得到了回收。酸解液中Ca2+、Mg2+、Al3+离子浓度受除铁过程影响有所降低，但损失量在可接受范围内。
实施例2
将80g冶金渣与160g去离子水混合均匀后加入500ml的三口烧瓶中，将质量分数为25％的硝酸溶液按冶金渣/硝酸质量比1:5滴加入烧瓶进行反应。控制硝酸滴加速度使反应体系温度维持在40℃，滴加完毕后继续搅拌反应20min。过滤反应混合物，分别收集滤渣、滤液。用1mol/L的NaOH溶液将滤液Ph调节至3.5,按0.1wt％的添加量加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌，静置。配制0.1wt％的聚丙烯酰胺水溶液，以5ppm的添加量加入上溶液中。磁力搅拌30min，静置，沉淀，过滤，收集除铁滤液。取除铁滤液350ml与1mol/L的碱溶液(NaOH/Na2CO3摩尔比为16:1)进行双滴定。反应在70℃的恒温水浴中进行，控制滴加速度使反应体系的Ph值保持在10.5。滴加完毕在70℃下继续反应1h。反应结束将反应混合物至于70℃的恒温水浴中老化24h。过滤，洗涤，将产物在80℃下烘干，即得层间阴离子为碳酸根的钙镁铝三元水滑石材料(CaMgAl-CO3)。并检测做出SEM图、红外光谱图和XRD图谱如图2所示。
实施例3
将所实施例1-2制备的水滑石材料应用于吸附含镍污水：
将水滑石材料加入100ml一定浓度的Ni2+污水中，恒温下吸附,反应结束测水中Ni2 +含量，结果如下表所示：
Figure BDA0001892968800000051
对比例1
冶金渣的硝酸酸解液，在常温用NaOH溶液调节pH至3.5时，溶液中的Fe3+转变成Fe(OH)3，它以胶体形式存在，在常温下静置7天都没有产生沉淀，无法实现脱铁的目的。因此我们采取添加功能化学品的方法，希望产生Fe(OH)3固体颗粒，从而通过液固分离的方法实现脱铁。先后选用阳离子表面活性剂如十二烷基二甲基苄基氯化铵记作A，十六烷基二甲基乙基溴化铵记作B；非离子表面活性剂如失水山梨糖醇脂肪酸酯SP-80记作C，聚氧丙烯聚氧乙烯丙三醇醚记作D；阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠记作E；有机高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺记作F，聚二烯丙基二甲基氯化铵记作G等助剂。
pH为3.5的冶金渣硝酸酸解液中加入上述物质具体沉淀结果如下表
加入物质 沉淀情况
A 无
B 无
C 无
D 无
E 无
F 无
G 无
取上述物质两两进行组合加入后除E+F立即产生沉淀后，其余组合均未产生沉淀。
本发明的原理在于：本发明除铁过程中通过调节pH使Fe3+以Fe(OH)3胶体形式存在，胶体表面Zeta电位呈正，此时加入阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，起到中和Fe(OH)3胶体表面电荷的作用；然后在加入高分子絮凝剂聚丙烯酰胺水溶液，通过其吸附缠绕和架桥作用，将Fe(OH)3胶体变为沉淀从而达到除铁的目的。
除铁后合成的水滑石比表面积显著大于未除铁的，而平均孔径略小，由于水溶液中Ni2+离子的水合离子半径远小于水滑石的孔径，因此不会影响Ni2+离子的脱除效果。而比表面积的增加，有利于Ni2+等重金属离子吸附。因此，除铁后合成水滑石的脱重金属离子的效果增加。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种冶金基碳酸根水滑石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)酸解：取冶金渣至反应容器，加入去离子水充分搅拌后，滴加质量分数为20～30％硝酸并且搅拌并对反应容器进行水冷直至反应结束，控制反应温度为40～50℃，过滤后获得滤液A和滤渣，用去离子水将滤渣洗涤至中性，烘干后收集；
所述冶金渣里的金属元素由钙、镁、铝和铁组成，所述钙、镁、铝、铁的质量比为150～160：15～22：35～45：1；
所述冶金渣、去离子水和硝酸的质量比为1:2～2.5:5～6；
(2)除铁：取步骤(1)中获得的滤液A在常温搅拌作用下加入pH值调节剂调节pH至3～4，按0.1～0.2wt％的添加量加入十二烷基苯磺酸钠，充分搅拌后静置得到溶液B，配置0.1～0.2wt％的添加量的聚丙烯酰胺水溶液，以5～10ppm的添加量加入溶液B中，搅拌20-40min后静置；过滤后获得滤液C和铁滤渣；
(3)水滑石的合成:取去离子水不断搅拌并恒温于70～80℃，取步骤(2)获得的滤液C和0.5～2mol/L氢氧化钠/碳酸钠混合水溶液在去离子水中进行双滴定共沉淀反应，滴定过程中使溶液保持pH值在10～11，滴定完成后，加入pH值调节剂使得反应体系的pH值为11～11.5，并在70～80℃下搅拌反应1～2h，置于70～80℃的恒温水浴下老化24～36h，进行过滤获得固体产物，将固体产物用去离子水洗涤至中性，并在80～85℃下真空干燥，获得冶金基碳酸根水滑石。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)和(3)中的pH值调节剂为0.5～2mol/L NaOH溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠/碳酸钠混合水溶液中氢氧化钠与碳酸钠的摩尔比为15～20:1。
4.一种权利要求1所述制备方法制备的冶金基碳酸根水滑石的应用，其特征在于：所述冶金基碳酸根水滑石用于投放含镍污水中用于吸附镍离子。
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