CN112875832B - 一种碱性缓释材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种碱性缓释材料的制备方法，所属矿区污染修复技术领域，方法包括对电石渣进行含水量预处理；那比例将电石渣、膨润土和碳酸钠进行混合；挤压破碎；在200℃～500℃下进行焙烧。本发明方法采用工业废弃物电石渣作为主料，并利用膨润土和碳酸钠做改性处理，能够实现电石渣这种废弃物的资源化利用，制备成比表面积较大，机械性能适中的碱性缓释材料，工艺简单、节省成本，具有良好的可实现性。碱性缓释材料对初始pH在3～6，重金属离子浓度在100～300mg/L的酸性污水进行处理，出水pH达到6～9，重金属去除率达75％～100％，处理效果很好。

Description

一种碱性缓释材料的制备方法

技术领域

本发明属于矿区污染修复技术领域，特别涉及用于矿区酸性重金属污染地下水修复的一种碱性缓释材料的制备方法。

背景技术

煤矿、金属矿山等闭矿后，由于山体结构改变及地下水位回涨，加速了金属硫化物的溶出，并发生一系列循环性的生物化学变化，导致了酸性重金属污水的形成。此类污水具有酸性强，重金属含量高，污染持续时间长的特点，对矿区环境造成的破坏长达几十年甚至上百年。目前，对该类污水主要采用末端处理方法，先将污水收集，然后向污水中添加石灰、熟石灰或氢氧化钠等碱性材料和絮凝剂，提升水体pH值，并促使重金属离子形成沉淀，最终达到排放标准。此末端处理方法存在污水收集困难、出水水质不稳定、污泥量大、设备腐蚀过快、运行成本高、难以根除酸性重金属地下水污染等缺陷，上述缺点在闭矿后酸性重金属污染地下水的修复中更为突出。近些年，随着被酸性重金属污水污染的流域越来越广，对矿区进行源头控制和修复逐渐受到重视，研发适用于被污染地下水原位修复的水处理材料的需求变得更加迫切，同时，尽可能实现资源化利用、以废治废是治理该类污染的核心理念。

对形成酸性重金属污水的矿区进行源头控制的方法包括：碱性材料填充、尾矿封装、人工湿地、厌氧石灰石反应沟等。其中，厌氧石灰石反应沟对矿区地形、水质要求低，可以同步去除水体中的酸性和重金属离子，具有很强的普适性。但石灰石会被形成的胶体包覆无法溶解而缩短了构筑物的使用寿命，这是目前该工艺使用受限的主要原因。为了解决这一问题，可以通过对电石渣进行改性，制备出具有一定机械强度，并且碱度释放速度合理的产品作为石灰石的替代品，不仅符合资源化利用的需求，还实现了以废治废的核心理念。

电石渣是工业生产乙炔气过程中产生的粉末状固体废弃物，呈强碱性，产量巨大，堆放占地广，易造成粉尘污染，间接导致周围土壤、水体碱化，甚至污染地下水资源。目前电石渣主要用于含硫烟气的捕集及建筑材料添加剂，但实际消耗量并不大，因此探索其新的应用领域是十分必要的。电石渣直接用于酸性重金属污水处理领域存在碱性过强、碱性释放过快等缺陷，不适合在源头控制中直接使用。现有专利技术(CN 104192970 B)将电石渣与水泥混合制备了缓释材料，可以将其放置在酸性水体中提升pH值，但该材料经过水泥改性和蒸汽养护后，材料质地坚硬，更适合用作特种建材，对水体中重金属的去除能力有限，而且水泥会导致温室气体的释放，尽可能利用绿色矿物代替水泥也是新兴的研究热点。对于矿区酸性重金属污水的处理，我们更需要一种内部孔隙发达，比表面积较大，机械性能适中的材料来去除污水中的重金属。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种碱性缓释材料的制备方法，采用工业废弃物电石渣作为主料，并利用膨润土和碳酸钠做改性处理，能够实现电石渣这种废弃物的资源化利用，制备成比表面积较大，机械性能适中的碱性缓释材料。其具体技术方案如下：

一种碱性缓释材料的制备方法，包含如下步骤：

步骤1：对电石渣进行预处理，使电石渣的含水量控制在50％～70％；

步骤2：按照质量比为电石渣：膨润土＝(40～70)：(30～60)的比例称取电石渣和膨润土，进行机械混合，然后按照质量比为(电石渣+膨润土)：碳酸钠＝100：(5～15)的比例加入碳酸钠，进行机械混合，混合均匀后，制成混合料A；

步骤3：将混合料A进行挤压破碎，制成混合颗粒B；

步骤4：将混合颗粒B，在200℃～500℃下进行焙烧0.5～2h，自然降温，得到碱性缓释材料；碱性缓释材料对初始pH在3～6，重金属离子浓度在100～300mg/L的酸性污水进行处理，出水pH达到6～9，重金属去除率达75％～100％。

所述步骤1中，预处理为电石渣的含水量＞70％时，将电石渣进行自然晾晒或烘干，至含水量在50％～70％；

所述步骤1中，预处理为电石渣的含水量＜50％时，对电石渣进行添加水量，至含水量在50％～70％；

所述步骤1中，电石渣的含水量为材料干重所含水的体积，计算方法为水体积(L)/干重(kg)*100％；

所述步骤2中，机械混合采用机械搅拌机；

所述步骤3中，挤压破碎采用静压切割破碎或振动加压破碎；

所述步骤3中，混合颗粒B的粒径为1～5mm；

所述的电石渣为干法电石渣、湿法电石渣中的一种；

所述的膨润土为钠基膨润土。

本发明的一种碱性缓释材料的制备方法，与现有技术相比，有益效果为：

一、本发明方法采用工业废弃物电石渣作为主料，能够实现电石渣这种废弃物的资源化利用，制备成可以处理酸性重金属污水的碱性缓释材料，达到了以废制废的目的，而且材料来源广，进一步降低了处理成本。

二、膨润土是硅酸盐矿物，在适合条件下可以形成非晶相胶体，具有一定粘结性，本发明利用膨润土对电石渣进行改性，能够提高内部孔隙率，增大材料比表面积，增强吸附能力，也降低泥水分离的难度；并且利用合理的配比和焙烧条件，能够达到适中的机械性能，良好的去除污水中的重金属，碱性缓释材料对初始pH在3～6，重金属离子浓度在100～300mg/L的酸性污水进行处理，出水pH达到6～9，重金属去除率达75％～100％。

三、本发明方法在材料的制备过程包括混合，成型，焙烧三个步骤，制备工艺简单，耗能低，周期短，制备过程成本低廉，具有显著的经济效益，有良好的可实现性。

四、本发明方法制备出来的碱性缓释材料，在对酸性重金属污水进行处理的过程中，实现了碱性和重金属离子的同步去除，具有劳动强度低，出水pH、重金属离子达标，在水中不易崩散，处理后材料回收容易，重金属易富集易提取的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

一种碱性缓释材料的制备方法，包含如下步骤：

步骤1：对含水量＞70％的湿法电石渣进行预处理，将电石渣进行自然晾晒或烘干，至含水量在60％；电石渣的含水量为材料干重所含水的体积，计算方法为水体积(L)/干重(kg)*100％；

步骤2：按照质量比为电石渣：膨润土＝50：50的比例称取电石渣和膨润土，进行机械混合，然后按照质量比为(电石渣+膨润土)：碳酸钠＝100：5的比例加入碳酸钠，进行机械混合，混合均匀后，制成混合料A；

步骤3：采用静压切割破碎将混合料A进行挤压破碎，制成粒径为3mm混合颗粒B；

步骤4：将混合颗粒B，在200℃下进行焙烧1h，自然降温，得到碱性缓释材料。

所述的膨润土为钠基膨润土。

本实施例取制备好的碱性缓释材料0.5g，放入pH为3，浓度为200mg/L的含铜污水中，静置1天，出水pH为6.01，铜离子含量降低至2mg/L，颗粒未见崩散。

实施例2

一种碱性缓释材料的制备方法，包含如下步骤：

步骤1：对含水量＜50％的干法电石渣进行预处理，对电石渣进行添加水量，至含水量在65％；电石渣的含水量为材料干重所含水的体积，计算方法为水体积(L)/干重(kg)*100％；

步骤2：按照质量比为电石渣：膨润土＝70：30的比例称取电石渣和膨润土，进行机械混合，然后按照质量比为(电石渣+膨润土)：碳酸钠＝100：10的比例加入碳酸钠，进行机械混合，混合均匀后，制成混合料A；

步骤3：采用静压切割破碎将混合料A进行挤压破碎，制成粒径为4mm混合颗粒B；

步骤4：将混合颗粒B，在500℃下进行焙烧1h，自然降温，得到碱性缓释材料。

所述的膨润土为钠基膨润土。

本实施例取制备好的碱性缓释材料1g，放入pH为3，浓度为200mg/L的含铜污水中，静置12小时，出水pH为6.37，铜离子含量降低至0mg/L，颗粒未见崩散。

实施例3

一种碱性缓释材料的制备方法，包含如下步骤：

步骤1：对含水量＞70％的湿法电石渣进行预处理，将电石渣进行自然晾晒或烘干，至含水量在55％；电石渣的含水量为材料干重所含水的体积，计算方法为水体积(L)/干重(kg)*100％；

步骤2：按照质量比为电石渣：膨润土＝40：60的比例称取电石渣和膨润土，进行机械混合，然后按照质量比为(电石渣+膨润土)：碳酸钠＝100：15的比例加入碳酸钠，进行机械混合，混合均匀后，制成混合料A；

步骤3：采用静压切割破碎将混合料A进行挤压破碎，制成粒径为4mm混合颗粒B；

步骤4：将混合颗粒B，在300℃下进行焙烧2h，自然降温，得到碱性缓释材料。

所述的膨润土为钠基膨润土。

本实施例取制备好的碱性缓释材料1g，放入pH为3.5，浓度为300mg/L的含铜污水中，静置1天，出水pH为6.00，铜离子含量降低至3mg/L，颗粒未见崩散。

实施例4

一种碱性缓释材料的制备方法，包含如下步骤：

步骤1：对含水量＜50％的干法电石渣进行预处理，对电石渣进行添加水量，至含水量在70％；电石渣的含水量为材料干重所含水的体积，计算方法为水体积(L)/干重(kg)*100％；

步骤2：按照质量比为电石渣：膨润土＝55：45的比例称取电石渣和膨润土，进行机械混合，然后按照质量比为(电石渣+膨润土)：碳酸钠＝100：8的比例加入碳酸钠，进行机械混合，混合均匀后，制成混合料A；

步骤3：采用静压切割破碎将混合料A进行挤压破碎，制成粒径为5mm混合颗粒B；

步骤4：将混合颗粒B，在400℃下进行焙烧1.5h，自然降温，得到碱性缓释材料。

所述的膨润土为钠基膨润土。

本实施例取制备好的碱性缓释材料1g，放入pH为4，浓度为250mg/L的含铜污水中，静置1天，出水pH为6.92，铜离子含量降低至5mg/L，颗粒未见崩散。

实施例5

一种碱性缓释材料的制备方法，包含如下步骤：

步骤1：对含水量＞70％的湿法电石渣进行预处理，将电石渣进行自然晾晒或烘干，至含水量在50％；电石渣的含水量为材料干重所含水的体积，计算方法为水体积(L)/干重(kg)*100％；

步骤2：按照质量比为电石渣：膨润土＝65：35的比例称取电石渣和膨润土，进行机械混合，然后按照质量比为(电石渣+膨润土)：碳酸钠＝100：12的比例加入碳酸钠，进行机械混合，混合均匀后，制成混合料A；

步骤3：采用静压切割破碎将混合料A进行挤压破碎，制成粒径为1mm混合颗粒B；

步骤4：将混合颗粒B，在450℃下进行焙烧0.5h，自然降温，得到碱性缓释材料。

所述的膨润土为钠基膨润土。

本实施例取制备好的碱性缓释材料1g，放入pH为4.2，浓度为100mg/L的含铜污水中，静置1天，出水pH为7.02，铜离子含量降低至0mg/L，颗粒未见崩散。

实施例6

一种碱性缓释材料的制备方法，包含如下步骤：

步骤1：对含水量＜50％的干法电石渣进行预处理，对电石渣进行添加水量，至含水量在63％；电石渣的含水量为材料干重所含水的体积，计算方法为水体积(L)/干重(kg)*100％；

步骤2：按照质量比为电石渣：膨润土＝45：55的比例称取电石渣和膨润土，进行机械混合，然后按照质量比为(电石渣+膨润土)：碳酸钠＝100：6的比例加入碳酸钠，进行机械混合，混合均匀后，制成混合料A；

步骤3：采用静压切割破碎将混合料A进行挤压破碎，制成粒径为3mm混合颗粒B；

步骤4：将混合颗粒B，在350℃下进行焙烧1h，自然降温，得到碱性缓释材料。

所述的膨润土为钠基膨润土。

本实施例取制备好的碱性缓释材料1g，放入pH为3.8，浓度为300mg/L的含铜污水中，静置1天，出水pH为6.58，铜离子含量降低至4mg/L，颗粒未见崩散。

Claims (8)

1.一种碱性缓释材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤1：对电石渣进行预处理，使电石渣的含水量控制在50%~70%，所述电石渣的含水量为材料干重所含水的体积，计算方法为水体积（L）/干重（kg）*100%；

步骤2：按照质量比为电石渣：膨润土=（40~70）：（30~60）的比例称取电石渣和膨润土，进行机械混合，然后按照质量比为（电石渣+膨润土）：碳酸钠=100：（5~15）的比例加入碳酸钠，进行机械混合，混合均匀后，制成混合料A；

步骤3：将混合料A进行挤压破碎，制成混合颗粒B；

步骤4：将混合颗粒B，在200℃~500℃下进行焙烧0.5~2h，自然降温，得到碱性缓释材料；碱性缓释材料对初始pH在3~6，重金属离子浓度在100~300mg/L的酸性污水进行处理，出水pH达到6~9，重金属去除率达75%~100%。

2.根据权利要求1所述的一种碱性缓释材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述预处理为电石渣的含水量＞70%时，将电石渣进行自然晾晒或烘干，至含水量在50%~70%。

3.根据权利要求1所述的一种碱性缓释材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述预处理为电石渣的含水量＜50%时，对电石渣进行添加水量，至含水量在50%~70%。

4.根据权利要求1所述的一种碱性缓释材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述机械混合采用机械搅拌机。

5.根据权利要求1所述的一种碱性缓释材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述挤压破碎采用静压切割破碎或振动加压破碎。

6.根据权利要求1所述的一种碱性缓释材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述混合颗粒B的粒径为1~5mm。

7.根据权利要求1所述的一种碱性缓释材料的制备方法，其特征在于，所述的电石渣为干法电石渣、湿法电石渣中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种碱性缓释材料的制备方法，其特征在于，所述的膨润土为钠基膨润土。