CN110449118A - 一种改性煤矸石去除废水中铀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，是对矿山固体废弃物利用途径的新型表述。主要实施步骤如下：(1)将矸石进行粉碎、研磨，水洗烘干后制得矸石粉状颗粒；(2)分别通过酸碱对制得的矸石粉末进行相应的改性操作实验，使其形成具有疏松、多孔的粉状介质颗粒；(3)将上述制得的孔隙发达的介质颗粒分别置于不同酸性条件下的含重金属铀的溶液中，通过搅拌充分接触反应后，对浸出液中的重金属铀进行测试，得到矸石作为吸附剂处理酸性废水的结果。本发明为相关行业人员提供了矸石废弃物、不同酸性条件下铀废水绿色、节能、无污染处理的新型途径，通过对照酸碱条件下吸附性能的差异，找出了对铀吸附的有效成分，为定向改性提供理论依据。

Description

一种改性煤矸石去除废水中铀的方法
技术领域
本发明属于酸性废水重金属铀去除技术方法领域，具体涉及一种煤矸石去除酸性废水中重金属铀的方法，尤其涉及一种不需要进行高温煅烧，利用酸碱试剂对煤矸石进行改性，制得吸附剂然后用于去除酸性废水中重金属铀的方法。
背景技术
酸性废水是现代工业迅速发展形势下产生的最常见污染物之一，主要来源于矿山、钢铁厂、化工厂、染料厂、电镀厂等。含有重金属及以铀为代表的放射性元素的酸性废水危害更大，将上述呈现酸性的废水任意排放不仅会污染和破坏环境，还会对动植物及人类健康产生危害。另外，酸性废水中所含有的各类金属也是宝贵的矿产资源，应该进行加工回收后再予以排放。因此，需要对含有重金属及放射性的酸性废水进行净化处理，而处理重点是去除水中含有的重金属、放射性元素及其它有害物质。
发明内容
针对现行酸性废水中放射性元素铀去除方法的不完善，本发明设计了一种利用矿用煤矸石在酸碱试剂改性作用后，通过吸附、沉降除去酸性废水中重金属铀的方法。为达到上述目的，本发明采用的技术途径为：
(1)、将煤矸石原样进行破碎，并放入研磨机中进行研磨。然后利用孔径为0.02mm的筛子对其进行筛分，得到粒径0.02mm的矸石粉末。
(2)、将研磨、过筛之后所得的粒径0.02mm的煤矸石粉末利用蒸馏水进行清洗，然后置于通风良好环境下进行自然风干。
(3)、对煤矸石粉末进行酸改性操作。即将步骤(2)所制得的煤矸石粉末加入到HCl溶液中进行搅拌。而后对HCl溶液进行过滤得到腐蚀、疏松、呈多孔状的矸石粉末颗粒，并进行反复洗涤，直至蒸馏水溶液澄清。利用蒸馏水对矸石粉末溶液进行清洗至pH到6～7。
(4)、对煤矸石粉末进行碱改性操作。即将步骤(2)所制得的煤矸石粉末加入到NaOH溶液中进行搅拌。而后对NaOH溶液进行过滤得到腐蚀、疏松、呈多孔状的矸石粉末颗粒，并进行反复洗涤，直至蒸馏水溶液无白色絮状物产生。利用蒸馏水对矸石粉末溶液进行清洗至pH到6～7。
(5)、将(3)、(4)中通过酸碱改性的煤矸石粉末溶液进行过滤，得到煤矸石粉末。而后置于干燥箱中，将温度调节为80～85℃进行烘干，得到用于去除酸性废水中重金属铀的吸附剂。
(6)、将(5)中得到的酸改性过的吸附剂及碱改性过得吸附剂各5mg分别加入到30mL(50mg/L)的不同pH铀溶液中，在室温下利用磁力搅拌机对其进行搅拌，搅拌速度为80r/min，时间持续6h。而后用分光光度计浸出液中铀的含量进行分析，研究两种改性状况下的吸附剂在pH为2～6的铀溶液中吸附量变化趋势。
进一步的，煤矸石粉状颗粒通过5.0mol/L HCl溶液浸泡改性。
进一步的，煤矸石粉状颗粒通过18.0mol/L NaOH溶液浸泡改性。
有益效果：本发明设计的是一种去除酸性废水中重金属铀的绿色、环保的吸附剂的制取技术，与现有技术相比，本发明所采用的煤矸石来源广、经济，既能解决矸石排放的环保问题，又可以去除酸性废水中的重金属铀，净化、保护水资源。通过设计实验发现，用改性后的煤矸石处理酸性废水效果良好，而且制备过程不需要高温活化、操作简便、节约能源。
附图说明
图1是本发明改性煤矸石吸附剂的制作流程示意图；
图2是不同方法改性后煤矸石的吸附前后PXRD表征情况；
图3是不同方法改性后煤矸石的吸附前后FTIR表征情况；
图4是改性煤矸石吸附重金属铀的效果图；
图5是煤矸石吸附前后FTIR表征变化情况。
具体实施方式
本发明公开了一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，是对矿山固体废弃物利用途径的新型表述。主要实施步骤如下：(1)将矸石进行粉碎、研磨，水洗烘干后制得矸石粉状颗粒；(2)分别通过酸碱对制得的矸石粉末进行相应的改性操作实验，使其形成具有疏松、多孔的粉状介质颗粒；(3)将上述制得的孔隙发达的介质颗粒分别置于不同酸性条件下的含重金属铀的溶液中，通过搅拌充分接触反应后，对浸出液中的重金属铀进行测试，得到矸石作为吸附剂处理酸性废水的结果。本发明为相关行业人员提供了矸石废弃物、酸性废水绿色、无污染处理的新型途径。
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例
本发明采用的技术途径为：
(1)、将煤矸石破碎、研磨，并进行筛分；
(2)、将得到的矸石粉末水洗后进行自然风干；
(3)、将水洗风干后的矸石粉末加入到HCl溶液中搅拌，过滤后重复洗涤，直至溶液澄清，加蒸馏水对矸石粉末进行洗涤，调节溶液pH值到6～7；
(4)、将水洗风干后的矸石粉末加入到NaOH溶液中搅拌，过滤后重复洗涤，直至溶液无絮状物产生，加蒸馏水对矸石粉末进行洗涤，调节溶液pH值到6～7；
(5)、将步骤(3)、(4)中过滤出来的矸石粉末，放置于80～85℃的烘干箱中烘干，制得去除酸性废水中重金属铀的吸附剂，即用于UVI的吸附剂；
(6)、进行酸性废水中重金属铀吸附实验：将按上述方法制取的吸附剂5mg分别加入到30mL(50mg/L)的pH值为2～6的铀溶液中，在室温下进行磁力搅拌，搅拌速度80r/min，持续时间6h。用分光光度计分析浸出液中铀的含量，研究两组材料在不同pH为2～6的吸附量变化趋势。
所述的步骤(1)是将煤矸石原料进行破碎，并放入研磨机中进行研磨。然后利用孔径为0.02mm的筛子对其进行筛分，得到粒径0.02mm的矸石粉末。
所述的步骤(2)是将研磨、过筛之后所得的粒径0.02mm的煤矸石粉末利用蒸馏水进行清洗，通过水洗得到的煤矸石主要成分为石英、石膏、磷酸镁铝，如图2。然后置于通风良好环境下进行自然风干。
所述的步骤(3)是对煤矸石粉末进行酸改性操作。即将步骤(2)所制得的煤矸石粉末加入到HCl溶液中进行搅拌，Ca、Mg等阳离子溶解。除石英外，石膏和磷酸铝镁大部分转变为高岭石，如图2。然后对HCl溶液进行过滤得到腐蚀、疏松、呈多孔状的矸石粉末颗粒，并进行反复洗涤，直至蒸馏水溶液澄清。利用蒸馏水对矸石粉末溶液进行清洗至pH到6～7。
所述的步骤(4)是对煤矸石粉末进行碱改性操作。即将步骤(2)中所制得的煤矸石粉末加入到NaOH溶液中进行搅拌，除石英外，主要为磷酸铝，如图2。而后对NaOH溶液进行过滤得到腐蚀、疏松、呈多孔状的矸石粉末颗粒，并进行反复洗涤，直至蒸馏水溶液无絮状物产生。利用蒸馏水对矸石粉末溶液进行清洗至pH到6～7。
所述的步骤(5)是将(3)、(4)中通过酸碱改性的煤矸石粉末溶液进行过滤，得到煤矸石粉末。然后置于温度为80～85℃的烘干箱中，烘干至恒重(时间一般为24h)，得到用煤矸石制取的用于去除酸性废水中重金属铀的吸附剂。
所述的步骤(6)是将(5)中通过酸碱改性的煤矸石制取的吸附剂分别加入到30mL(50mg/L)的pH为2～6的铀溶液中，在室温下利用磁力搅拌机对其进行搅拌，搅拌速度80r/min，持续时间6h。然后利用分光光度计对浸出液中重金属铀的含量进行分析，得出酸碱改性条件下的煤矸石在pH为2～6的铀溶液中对重金属铀的吸附量都随pH值的增大而增加。但经过碱改性煤矸石制得的吸附剂的吸附量远高于酸改性制得的煤矸石，可以达到44.5％的吸附率(13.2mg/g)。在波数为1400cm-1处有明显的出峰，是磷酸铝中P-O键伸缩震动的结果，如图3。分析改性矸石的成分，主要是改性后得到的磷酸铝作用的结果，如图4。对水洗煤矸石、酸改性煤矸石、碱改性煤矸石分别利用傅氏转换红外线光谱分析仪进行光谱分析，得到三者的FTIR分布如图5所示。对比改性煤矸石吸附前后FTIR值及官能团的变化情况，吸附量更高的碱改性后的煤矸石在波数为1400cm-1处的波形发生变化，说明吸附量的增加主要是碱改性后磷酸铝作用的结果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，其特征在于，将矿山生产中产生的矸石废弃物应用于酸性废水的处理中，按以下步骤进行：
(1)将矸石进行粉碎、研磨，水洗烘干后制得矸石粉状颗粒；
(2)通过酸或碱溶液对制得的矸石粉状颗粒进行浸泡改性，烘干后形成疏松、多孔的粉状介质颗粒，即得用于UVI的吸附剂；
(3)将上述制得的孔隙发达的介质颗粒作为吸附剂处理酸性废水，去除酸性废水中的重金属铀。
2.根据权利要求1所述的一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，其特征在于：所述步骤(1)得到的矸石粉状颗粒粒径不大于0.02mm。
3.根据权利要求1所述的一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，其特征在于：所述步骤(2)是对煤矸石粉状颗粒利用酸进行改性操作：将步骤(1)所制得的煤矸石粉状颗粒加入到HCl溶液中进行搅拌，过滤得到矸石粉末颗粒，并用蒸馏水进行反复洗涤，直至蒸馏水溶液澄清，上清液呈现中性。
4.根据权利要求1所述的一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，其特征在于：煤矸石粉状颗粒通过5.0mol/L HCl溶液浸泡改性。
5.根据权利要求1所述的一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，其特征在于：所述步骤(3)是对煤矸石粉状颗粒利用碱进行改性操作：将步骤(1)所制得的煤矸石粉状颗粒加入到NaOH溶液中进行搅拌，过滤得到矸石粉末颗粒，并用蒸馏水进行反复洗涤，直至蒸馏水溶液无白色絮状物产生，上清液呈现中性。
6.根据权利要求1所述的一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，其特征在于：煤矸石粉状颗粒通过18.0mol/L NaOH溶液浸泡改性。
7.根据权利要求3或5所述的一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，其特征在于：利用蒸馏水对矸石粉状颗粒溶液进行清洗至pH6～7。
8.根据权利要求1所述的一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中烘干的方法为：经酸/碱改性后的矸石粉状颗粒置于烘干箱中，将温度调节为80～85℃进行烘干，时间为24h，得到用于去除酸性废水中重金属铀的吸附剂。
9.根据权利要求1所述的方法制备的一种改性煤矸石，其特征在于：作为吸附剂在去除酸性废水中重金属铀中的应用。
10.根据权利要求9所述的一种改性煤矸石在去除酸性废水中重金属铀中的应用，其特征在于：改性煤矸石作为吸附剂在去除酸性废水中铀的应用中，吸附pH在5～6之间，与实际铀废液中的酸度相一致，最大吸附量为44.5％的吸附率。
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