CN110436527A - 一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法 - Google Patents

一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110436527A
CN110436527A CN201910761522.6A CN201910761522A CN110436527A CN 110436527 A CN110436527 A CN 110436527A CN 201910761522 A CN201910761522 A CN 201910761522A CN 110436527 A CN110436527 A CN 110436527A
Authority
CN
China
Prior art keywords
arsenic
ferric sulfate
arsenic acid
solid solution
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910761522.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110436527B (zh
Inventor
梁延鹏
刘杰
朱义年
张立浩
朱宗强
阎起明
何豪
莫南
玄惠灵
魏婉莹
高莹莹
唐沈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guilin University of Technology
Original Assignee
Guilin University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guilin University of Technology filed Critical Guilin University of Technology
Priority to CN201910761522.6A priority Critical patent/CN110436527B/zh
Publication of CN110436527A publication Critical patent/CN110436527A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110436527B publication Critical patent/CN110436527B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/009—Compounds containing, besides iron, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Removal Of Specific Substances (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种水热合成碱性砷酸‑硫酸铁固溶体的方法。称取不同质量的硫酸铁制备不同浓度的含Fe+SO4前躯体溶液，并且加入砷酸溶液，在简单的水热条件下，利用砷酸根和硫酸根的异价类质同象取代合成结晶度高、稳定性好的碱性砷酸‑硫酸铁系列混晶固溶体。该方法制备的碱性砷酸‑硫酸铁固溶体相较于传统水热合成固砷方法，简单，易操控，制得的固溶体能实现砷在环境中长期稳定化堆存等优点，可实现含砷工业污水和酸性矿山废水中砷、硫等有毒有害元素的固定化和稳定化处理。

Description

一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法
技术领域
本发明属于环保安全与技术领域，特别涉及一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法。
背景技术
砷是一类对生物体有高度毒害作用的类重金属元素，其砷化合物对环境和人体健康造成严重影响，是国际公认的致癌、致畸、致突变作用因子。自然界中砷大多以硫化物的形式夹杂于金、铜、铅、锌、锡、镍、钴等有色金属矿物中，并随着矿床的采、选、冶炼环节分散到废气、废渣及废水中。这些含砷化合物长期露天堆存，经雨雪冲刷、淋溶释放出砷，渗入河流和土壤，进而对生态环境造成严重危害。另外，金属冶炼和有色金属加工等工业化水平提升，燃煤需求的增加，以及含砷颜料，原药和纸张的普遍使用，会生成大量的含砷废水，废渣和废气。因此，研究一种可行可靠且安全的方法处理含砷废水、废渣已迫在眉睫。
目前，化学沉淀法因处理砷污染技术成熟且经济成本较低而被广泛使用，其利用钙盐，作为沉淀剂与含砷污染物共沉淀形成难容的砷酸盐化合物，达到固化砷的目的。由于生成的难溶含砷沉淀作为最终的处置物，那么其在环境中的稳定性就显得十分重要。研究表明，砷酸钙盐化合物长期暴露与空气中的二氧化碳接触会转化成碳酸钙和砷酸，这一反应表明砷会因碳化而淋出，易对环境造成二次污染。目前，工业上最为常用的是石灰沉淀法，所得含砷废渣一般堆存于尾矿或堆场。因此，这一做法仍存在重大安全隐患，其原因是工业上对含砷废水的处理通常以沉砷率为目标，而对含砷废渣中砷化合物的稳定性关注较少，这使得砷渣的结晶度较低，砷往往以多种非晶态化合物形式存在，由于含砷沉淀物不稳定，在堆存过程中易溶出释放而造成二次污染。因此探究能稳定固砷的沉淀剂是解决砷二次污染的关键所在。
碱性砷酸-硫酸铁(Fe(AsO4)x(SO4)y(OH)z∙wH2O)与碱式硫酸铁(FeOHSO4)之间的关系在于SO4 2-与AsO4 3-之间的类质同象替换，已有研究表明生成的碱性砷酸-硫酸铁矿物在不同的环境条件下都能稳定存在，说明其能够为固砷提供一种稳定的材料。本发明旨在提供一种在含Fe3+/AsO4 3-/SO4 2-的液相环境中，利用砷酸根和硫酸根之间的异价类质同象取代，采用水热合成碱性砷酸-硫酸铁系列混晶固溶体的方法，并实现砷在环境中长期固定化、稳定化堆存。
发明内容
本发明的目的是提供一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体(Fe(AsO4)x(SO4)y(OH)z∙wH2O)的方法。对制备的固溶体进行物相结构和形貌特征进行表征，测试其在不同pH溶液条件下砷浸出浓度，为解决常规固砷方法中存在的砷二次污染问题提供一种制备方法简单、固砷稳定的材料。
本发明方法的思路：称取不同质量的硫酸铁制备不同浓度的含Fe+SO4前躯体溶液，并且加入砷酸溶液，在简单的水热条件下，利用砷酸根和硫酸根的异价类质同象取代合成结晶度高、稳定性好的碱性砷酸-硫酸铁系列混晶固溶体。
具体步骤为：
(1) 配制1 mol/L砷酸溶液。
(2) 称取 3.9988~7.9976 g的硫酸铁至250 mL烧杯中，并且量取50 mL超纯水加入，搅拌30 min溶解，制得硫酸铁前驱体溶液。
(3) 按Fe3+/AsO4 3-=2或3的摩尔比加入步骤(1)配制的砷酸溶液于步骤(2)制得的硫酸铁前驱体溶液中，继续搅拌25~35 min，制得均匀的Fe3+/AsO4 3-/SO4 2-体系混合液，随后将其转移至200 mL的聚四氟乙烯材质内胆的密闭反应釜中，将反应釜放入200 ℃烘箱中反应24 h，然后自然冷却至常温，真空抽滤进行固液分离，然后再将固相沉淀物经超纯水洗涤3次，每次超纯水的用量为50 mL，最后将洗涤后的产物置于瓷盘中，瓷盘放入105~110 ℃烘箱干燥24 h，即制得碱性砷酸-硫酸铁固溶体。
本发明采用砷酸根和硫酸根之间的异价类质同象取代合成结晶度高的碱性砷酸-硫酸铁固溶体，相较于传统水热合成固砷方法具有材料制备易于操控、经济成本低、能实现砷在环境中长期固定化和稳定化堆存等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1~4制得的碱性砷酸-硫酸铁固溶体的X射线衍射图(XRD)。
图2为本发明实施例1~4制得的碱性砷酸-硫酸铁固溶体的红外光谱图(FT-IR)。
图3为本发明实施例4制得的碱性砷酸-硫酸铁固溶体的扫描电镜图(SEM)。
具体实施方式
以下实施例中的浸出实验步骤为：分别称取5.0g碱性砷酸-硫酸铁固溶体置于3组若干个100 mL聚乙烯瓶中。并在每组瓶中分别加入100mL初始pH值2.00的HNO3溶液、初始pH值6.00的超纯水和初始pH值10的NaOH碱性溶液中。将这3组聚乙烯瓶密封，轻轻摇晃后置于振荡恒温水浴锅中溶解180d，水浴温度为25±1℃；并测试液相中浸出的砷浓度。
实施例1：
称取3.9988 g硫酸铁(Fe2(SO4)3∙xH2O，399.88)置于装有50 mL超纯水的烧杯中，搅拌30 min；加入10 mL 1 mol/L 砷酸溶液和40 mL超纯水于上述烧杯中，继续搅拌30 min；将溶液转移至200 mL反应釜中，于200℃烘箱中反应24 h，取出反应釜，自然冷却至常温；然后将产物进行固液分离，固相沉淀物经超纯水洗涤3次，每次超纯水用量为50 mL，洗涤产物置于瓷盘中在110 ℃烘箱中干燥24 h，得到Fe3+/AsO4 3-=2的碱性砷酸-硫酸铁固溶体。
浸出测试：pH为2条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0671 mmol/L。
pH为6条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0076 mmol/L。
pH为10条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0115 mmol/L。
实施例2：
称取5.9982 g硫酸铁(Fe2(SO4)3∙xH2O，399.88)置于装有50 mL超纯水的烧杯中，搅拌30 min；加入10 mL 1 mol/L 砷酸溶液和40 mL超纯水于述烧杯中，继续搅拌30 min；将溶液转移至200 mL反应釜中，于200℃烘箱中反应24 h，取出反应釜，自然冷却至常温；然后将产物进行固液分离，固相沉淀物经超纯水洗涤3次，每次超纯水用量为50 mL，洗涤产物置于瓷盘中在110℃烘箱中干燥24 h，得到Fe3+/AsO4 3-=3的碱性砷酸-硫酸铁固溶体。
浸出测试：pH为2条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0751 mmol/L。
pH为6条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0008 mmol/L。
pH为10条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0008 mmol/L。
实施例3：
称取5.9982 g硫酸铁(Fe2(SO4)3∙xH2O，399.88)置于装有50 mL超纯水的烧杯中，搅拌30 min；加入15 mL 1 mol/L 砷酸溶液和35 mL超纯水于述烧杯中，继续搅拌30 min；将溶液转移至200 mL反应釜中，于200℃烘箱中反应24 h，取出反应釜，自然冷却至常温；然后将产物进行固液分离，固相沉淀物经超纯水洗涤3次，每次超纯水用量为50 mL，洗涤产物置于瓷盘中在110℃烘箱中干燥24 h，得到Fe3+/AsO4 3-=2的碱性砷酸-硫酸铁固溶体。
浸出测试：pH为2条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0613 mmol/L。
pH为6条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0126 mmol/L。
pH为10条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0157 mmol/L。
实施例4：
称取7.9976 g硫酸铁(Fe2(SO4)3∙xH2O，399.88)置于装有50 mL超纯水的烧杯中，搅拌30 min；加入20 mL 1 mol/L 砷酸溶液和30 mL超纯水于述烧杯中，继续搅拌30 min；将溶液转移至200 mL反应釜中，于200℃烘箱中反应24 h，取出反应釜，自然冷却至常温；然后将产物进行固液分离，固相沉淀物经超纯水洗涤3次，每次超纯水用量为50 mL，洗涤产物置于瓷盘中在110 ℃烘箱中干燥24 h，得到Fe3+/AsO4 3-=2的碱性砷酸-硫酸铁固溶体。
浸出测试：pH为2条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0247 mmol/L。
pH为6条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0020 mmol/L。
pH为10条件下溶解180 d，砷浸出浓度0.0021 mmol/L。

Claims (1)

1.一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法，其特征步骤在于：
(1) 配制1 mol/L砷酸溶液；
(2) 称取 3.9988~7.9976 g的硫酸铁至250 mL烧杯中，并且量取50 mL超纯水加入，搅拌30 min溶解，制得硫酸铁前驱体溶液；
(3) 按Fe3+/AsO4 3-=2或3的摩尔比加入步骤(1)配制的砷酸溶液于步骤(2)制得的硫酸铁前驱体溶液中，继续搅拌25~35 min，制得均匀的Fe3+/AsO4 3-/SO4 2-体系混合液，随后将其转移至200 mL的聚四氟乙烯材质内胆的密闭反应釜中，将反应釜放入200 ℃烘箱中反应24h，然后自然冷却至常温，真空抽滤进行固液分离，然后再将固相沉淀物经超纯水洗涤3次，每次超纯水的用量为50 mL，最后将洗涤后的产物置于瓷盘中，瓷盘放入105~110 ℃烘箱干燥24 h，即制得碱性砷酸-硫酸铁固溶体。
CN201910761522.6A 2019-08-18 2019-08-18 一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法 Active CN110436527B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910761522.6A CN110436527B (zh) 2019-08-18 2019-08-18 一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910761522.6A CN110436527B (zh) 2019-08-18 2019-08-18 一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110436527A true CN110436527A (zh) 2019-11-12
CN110436527B CN110436527B (zh) 2021-08-03

Family

ID=68436323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910761522.6A Active CN110436527B (zh) 2019-08-18 2019-08-18 一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110436527B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112028132A (zh) * 2020-09-13 2020-12-04 桂林理工大学 一种沉淀合成含砷板铁矾固溶体的方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101913853A (zh) * 2010-07-16 2010-12-15 北京科技大学 一种水热法制备铁酸铋-钛酸钡粉末的方法
EP2546208A1 (en) * 2011-07-14 2013-01-16 Dip Tech. Ltd. Compositions providing frost appearance for printing on glass or ceramic substrates and methods for the use thereof
AU2014212827B2 (en) * 2013-01-29 2016-04-14 Halliburton Energy Services, Inc. Wellbore fluids comprising mineral particles and methods relating thereto
CN106006754A (zh) * 2016-08-03 2016-10-12 中南大学 一种水热法合成高纯图水羟砷铁矾的方法
CN106115880A (zh) * 2016-07-01 2016-11-16 昆明理工大学 一种羟基砷磷酸亚铁固溶体的制备方法及该方法应用
CN106673069A (zh) * 2016-12-20 2017-05-17 中南大学 一种黑色砷酸铁晶体及其合成方法
CN107500362A (zh) * 2017-09-15 2017-12-22 中南大学 一种新型图水羟砷铁矾及其制备方法和应用
CN108220618A (zh) * 2018-01-19 2018-06-29 中国地质科学院矿产综合利用研究所 一种高砷硫化铜矿的固砷提铜方法
CN108751255A (zh) * 2018-06-26 2018-11-06 桂林理工大学 一种水热合成砷钠明矾石混晶固溶体的方法及其应用
CN110407250A (zh) * 2019-08-14 2019-11-05 中国科学院生态环境研究中心 一种含砷废渣转化为砷铝石稳定化处理并回收硫磺的方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101913853A (zh) * 2010-07-16 2010-12-15 北京科技大学 一种水热法制备铁酸铋-钛酸钡粉末的方法
EP2546208A1 (en) * 2011-07-14 2013-01-16 Dip Tech. Ltd. Compositions providing frost appearance for printing on glass or ceramic substrates and methods for the use thereof
EP2546208B1 (en) * 2011-07-14 2019-09-04 DIP Tech Ltd. Compositions providing frost appearance for printing on glass or ceramic substrates and methods for the use thereof
AU2014212827B2 (en) * 2013-01-29 2016-04-14 Halliburton Energy Services, Inc. Wellbore fluids comprising mineral particles and methods relating thereto
CN106115880A (zh) * 2016-07-01 2016-11-16 昆明理工大学 一种羟基砷磷酸亚铁固溶体的制备方法及该方法应用
CN106006754A (zh) * 2016-08-03 2016-10-12 中南大学 一种水热法合成高纯图水羟砷铁矾的方法
CN106673069A (zh) * 2016-12-20 2017-05-17 中南大学 一种黑色砷酸铁晶体及其合成方法
CN107500362A (zh) * 2017-09-15 2017-12-22 中南大学 一种新型图水羟砷铁矾及其制备方法和应用
CN108220618A (zh) * 2018-01-19 2018-06-29 中国地质科学院矿产综合利用研究所 一种高砷硫化铜矿的固砷提铜方法
CN108751255A (zh) * 2018-06-26 2018-11-06 桂林理工大学 一种水热合成砷钠明矾石混晶固溶体的方法及其应用
CN110407250A (zh) * 2019-08-14 2019-11-05 中国科学院生态环境研究中心 一种含砷废渣转化为砷铝石稳定化处理并回收硫磺的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112028132A (zh) * 2020-09-13 2020-12-04 桂林理工大学 一种沉淀合成含砷板铁矾固溶体的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110436527B (zh) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101636352B (zh) 含砷固态物及其制备方法
JP3999805B1 (ja) 砒素含有溶液の処理方法
CN106180138B (zh) 一种含砷废物的处理方法
AU2008284944A1 (en) Method for treatment of arsenic-containing nonferrous smelting intermediate product
CN108751255A (zh) 一种水热合成砷钠明矾石混晶固溶体的方法及其应用
CN107324303A (zh) 一种从多金属危险废物中分离精制铁、铬的方法
CN105461110A (zh) 一种高砷酸性工业废水处理工艺
US11148956B2 (en) Systems and methods to treat flue gas desulfurization waste to produce ammonium sulfate and calcium carbonate products
Ayala et al. Recovery of manganese from silicomanganese slag by means of a hydrometallurgical process
Biswal et al. Influence of alternative alkali reagents on Fe removal during recovery of Mn as Electrolytic Manganese Dioxide (EMD) from Mn sludge
CN102925701A (zh) 一种用含砷钴镍渣湿碱法制备砷酸盐的方法
CN110436527A (zh) 一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法
Hong et al. An investigation into the precipitation of copper sulfide from acidic sulfate solutions
Paz-Gómez et al. Arsenic removal procedure for the electrolyte from a hydro-pyrometallurgical complex
CN107739829A (zh) 红土镍矿冶炼中和渣中镍元素、钴元素、铜元素及锌元素的回收方法
CN107686891B (zh) 一种去除有色金属溶液中铁元素的方法
JP4615561B2 (ja) 砒素含有溶液の処理方法
JP4087433B2 (ja) 砒素含有溶液の処理方法
CN110668485A (zh) 硫酸亚铁与硫化钡制硫酸钡与硫化亚铁工艺
CN101723431A (zh) 从硫酸镁溶液中回收镁的方法
Tran et al. Recovery of High-Purity Lithium Compounds from the Dust of the Smelting Reduction Process for Spent Lithium-Ion Batteries
CN104478061A (zh) 一种含砷铝硅酸盐固态物及其制备方法和该制备方法在治理砷污染中的用途
CN114892021A (zh) 一种去除湿法炼锌浸出液中的铁的方法及其应用
CN114908256A (zh) 一种从湿法炼锌浸出液中除铁的方法及其应用
CN110407179B (zh) 一种同步固化稳定化硫化砷渣和硫资源回收的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant