用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料及其制备

1.一种用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料，其特征在于：原料组成按质量分数计为：镍渣40～50wt%，硅藻土30~40wt%，石灰石10～20wt%；
其是按以下制备方法制备而成的，具体步骤为：
原料混合：将镍渣、硅藻土和石灰石按质量配比置于球磨机中，研磨12~15小时，将研磨得到的浆料过滤脱水、90~110℃烘干、破碎，得到粒数小于30目的统料；
压制成型：在统料中加入结合剂聚乙烯醇，置于混料机中混合均匀，困料10~14小时后，将混料压制成型；成型试样在90~110℃烘干12小时；
高温反应：将成型试样置于马弗炉中，800-1100℃反应烧结2-5小时后，冷却至室温，得到硅藻土-镍渣复合吸附材料。
2.根据权利要求1所述的用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料，其特征在于：压制成型中的结合剂聚乙烯醇的用量为统料的8-18wt%。

用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料及其制备\n技术领域\n[0001] 本发明属于固体废弃物的综合利用领域，具体涉及一种一种用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料及其制备方法。\n背景技术\n[0002] 随着世界对镍合金需求的迅猛增长，我国的镍合金产量已经连续多年居世界之首，在经济增长的同时，每年排放的冶炼炉渣总量也日渐上升，伴随冶炼过程产生的大量废渣主要处理方式为填埋，这不仅造成了金属资源的巨大浪费，而且对生态环境造成了严重的污染。以我国最大的镍矿生产和加工企业—金川集团公司为例，每年排放的冶炼炉渣总\n4\n量就在1000*10t以上，国内镍矿生产和加工企业有几百家，每年产生工业废渣数量惊人，该废渣的主要成分为钙、硅、镁、铝等元素的氧化物。曾有报道利用废弃镍渣合成获得各种不同类型、性能优良的微晶玻璃。为这些废渣的综合利用提供了很好的思路，在天然矿物原料价格持续走高的背景下，这些工业废渣的二次充分利用具有持久的生命力。因此不断拓宽和研究该废渣新的再利用渠道和途径也显得非常必要。如不加利用就直接废弃，也会对资源造成很大的浪费。\n[0003] 镍渣是金属镍和镍合金冶炼过程中产生的一种固体废渣，即其高温熔融物经水淬后形成的一种粒化炉渣，其化学成分因矿石来源和冶炼工艺的不同，有较大差异，其中SiO2含量30% -50%，Fe2O3含量30%-60%，CaO含量1.5%-5%，MgO含量1% -15%，Al2O3含2.5%-6%，NiO为3~6 wt %。与粒化高炉矿渣相比，CaO、MgO和Al2O3含量低很多，但SiO2和Fe2O3含量高很多，而Fe2O3是一种具有活性的成分。图1是镍渣的XRD谱图。从图1可以看出，镍渣的主要结晶相为镁质斜铁辉石(Fe,Mg)SiO3,衍射峰明显宽化说明镍渣中玻璃相含量较高，这使得镍渣结构中存在大量的间隙。综上所述，镍渣是一种优良的多孔性材料，具有颗粒细，比表面积大，活性高，性能稳定、无定形等多种优越性能，其在改性混凝土，制备微晶玻璃方面已成功得到应用。本发明以镍渣为主原料，结合硅藻土、石灰石，采用烧结法制备除磷吸附材料。\n[0004] 经检索，国内外尚未有硅藻土胶凝材料结合镍渣研制废水除磷吸附材料的报导，该项目属于国内外首家研究发明的技术。本发明属于固体废弃物的综合利用新技术范畴，不仅为镍渣的综合利用提供了新的思路和方向，拓宽其再利用的渠道，而且能避免其对环境的污染，又节约了生产成本，经济效益显著，具有很好的推广应用价值。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于针对冶炼镍铁合金产生的废弃物镍渣和硅藻土、石灰石利用率低、污染环境等缺点，提供一种用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料及其制备方法。本发明不仅解决了冶炼镍铁合金过程中产生的废弃物镍渣对环境的严重污染，又节约了生产成本，经济效益显著，具有推广应用价值；且其在污水处理方面有着十分广泛的应用前景。\n[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：\n[0007] 一种用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料，其原料包括镍渣、硅藻土、石灰石。\n[0008] 原料组成按质量分数计为：镍渣40～50wt%，硅藻土30~40%，石灰石10～20wt%。\n[0009] 一种制备如上所述的用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料的方法，以镍渣和硅藻土、石灰石为原料，经原料混合、压制成型、高温反应后，制得用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料。\n[0010] 用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料的制备方法，具体步骤为：\n[0011] 1）原料混合：将镍渣、硅藻土和石灰石按质量配比置于球磨机中，研磨12~15小时，将研磨得到的浆料过滤脱水、90~110℃烘干、破碎，得到粒数小于30目的统料；\n[0012] 2）压制成型：在统料中加入结合剂聚乙烯醇，置于混料机中混合均匀，困料10~14小时后，将混料压制成型；成型试样在90~110℃烘干12小时；\n[0013] 3）高温反应：将成型试样置于马弗炉中，800-1100℃反应烧结2-5小时后，冷却至室温，得到硅藻土-镍渣复合吸附材料。\n[0014] 步骤2）中结合剂聚乙烯醇的用量为统料的8-18wt%。\n[0015] 一种如上所述的用于含磷废水处理的硅藻土-镍渣复合吸附材料的应用，具体为：用于含磷废水中磷的去除。\n[0016] 本发明的有益效果在于：\n[0017] 1.本发明利用镍渣为主要原料制备除磷吸附材料，具有生态环保技术和原料的创新，具有重大环保意义，为镍渣的综合利用提供了新的思路和方向，拓宽其再利用的渠道，而且能避免其对环境的污染，具有很好的推广应用价值。\n[0018] 2.本发明制备的复合吸附材料充分利用了镍渣粒子超细，表面积大，活性高，有利于金属离子的吸附等优点，在污水处理方面有着十分广泛的应用前景。\n[0019] 3.经本发明方法制备的复合吸附材料以冶炼镍铁合金产生的废弃物镍渣和硅藻土、石灰石为原料，生产成本低，具有显著的经济效益和社会效益，具有很强的市场竟争能力。\n附图说明\n[0020] 图1为镍渣XRD谱图。\n具体实施方式\n[0021] 本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。\n[0022] 实施例所用的含磷废水由分析纯磷酸二氢钾配制而成；制备步骤为：准确称取定量磷酸二氢钾，用蒸馏水在1L容量瓶中配制成浓度为1g/L的储备液，然后再稀释成不同初始浓度的溶液。\n[0023] 实施例1\n[0024] 本例原料组成重量配比为：镍渣为50wt%，硅藻土为40wt%，石灰石为10wt%。\n[0025] 按配方将三种原料称重，置于球磨机中研磨12小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干和破碎，得到小于30目的统料；加入结合剂聚乙烯醇（PVA），质量为统料的18wt%；在混料机中混合均匀，困料12h，将混料压制成型；成型试样在100℃烘干12小时；试样置于马弗炉中反应烧结，反应烧结温度为800℃，保温时间为5小时，随炉冷却至室温，得到复合材料。\n[0026] 将制得的复合材料进行废水除磷吸附实验，复合材料/废水用量比例为1g/25mL，每间隔一定时间测试吸附剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(3、6、9、12、18、24、\n36、48、72h)、不同含铅废水初始浓度(3、5、10、15 和20 mg/L)、不同pH 值(5、6、7、8、9、10)等对除磷效率的影响。结果表明，吸附在36h后基本达到平衡，初始pH值在7-9之间时都能取得较好的除磷效果，当废水中磷初始浓度为5mg/L时，样品对磷的吸附效率达到96.6%。\n[0027] 实施例2\n[0028] 本例原料配方的重量配比：镍渣为40wt%，硅藻土为40wt%，石灰石为20wt%。按配方将三种原料称重，置于球磨机中研磨14小时，研磨的浆料过滤脱水、110℃烘干和破碎，得到小于30目的统料；加入结合剂PVA，质量为统料的13wt%；在混料机中混合均匀，困料\n10h，将混料压制成型；成型试样在110℃烘干12小时；试样置于马弗炉中反应烧结，反应烧结温度为1100℃，保温时间为2小时，随炉冷却至室温，得到制备的复合材料。\n[0029] 将制得的复合材料进行废水除磷吸附实验，吸附剂样品/废水用量比例为\n1g/25mL，每间隔一定时间测试吸附剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(3、6、9、12、\n18、24、36、48、72h)、不同含铅废水初始浓度(3、5、10、15 和20 mg/L)、不同pH 值(5、6、7、\n8、9、10)等对除磷效率的影响。结果表明，吸附在36h后基本达到平衡，初始pH值在7-9之间时都能取得较好的除磷效果，当废水中磷初始浓度为5mg/L时，样品对磷的吸附效率达到95.3%。\n[0030] 实施例3\n[0031] 本例原料配方的重量配比：镍渣为50wt%，硅藻土为30wt%，石灰石为20wt%。按配方将三种原料称重，置于球磨机中研磨15小时，研磨的浆料过滤脱水、90℃烘干和破碎，得到小于30目的统料；加入结合剂PVA，质量为统料的8wt%；在混料机中混合均匀，困料14 小时，将混料压制成型；成型试样在90℃烘干12小时；试样置于马弗炉中反应烧结，反应烧结温度为950℃，保温时间为3小时，随炉冷却至室温，得到制备的复合材料。\n[0032] 将制得的复合材料进行废水除磷吸附实验，吸附剂样品/废水用量比例为\n1g/25mL，每间隔一定时间测试吸附剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(3、6、9、12、\n18、24、36、48、72h)、不同含铅废水初始浓度(3、5、10、15 和20 mg/L)、不同pH 值(5、6、7、\n8、9、10)等对除磷效率的影响。结果表明，吸附在36h后基本达到平衡，初始pH值在7-9之间时都能取得较好的除磷效果，当废水中磷初始浓度为5mg/L时，样品对磷的吸附效率达到96.8%。\n[0033] 实施例4\n[0034] 本例原料配方的重量配比：镍渣为50wt%，硅藻土为30wt%，石灰石为20wt%。按配方将三种原料称重，置于球磨机中研磨12小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干和破碎，得到小于30目的统料；加入结合剂PVA，质量为统料的10wt%；在混料机中混合均匀，困料\n12h，将混料压制成型；成型试样在100℃烘干12小时；试样置于马弗炉中反应烧结，反应烧结温度为950℃，保温时间为3小时，随炉冷却至室温，得到制备的复合材料。\n[0035] 将制得的复合材料进行废水除磷吸附实验，吸附剂样品/废水用量比例为\n1g/25mL，每间隔一定时间测试吸附剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(3、6、9、12、\n18、24、36、48、72h)、不同含铅废水初始浓度(3、5、10、15 和20 mg/L)、不同pH 值(5、6、7、\n8、9、10)等对除磷效率的影响。结果表明，吸附在36h后基本达到平衡，初始pH值在7-9之间时都能取得较好的除磷效果，当废水中磷初始浓度为5mg/L时，样品对磷的吸附效率达到98.2%。\n[0036] 实施例5\n[0037] 本例原料配方的重量配比：镍渣为45wt%，硅藻土为20wt%，石灰石为25wt%。按配方将三种原料称重，置于球磨机中研磨12小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干和破碎，得到小于30目的统料；加入结合剂PVA，质量为统料的12wt%；在混料机中混合均匀，困料\n12h，将混料压制成型；成型试样在100℃烘干12小时；试样置于马弗炉中反应烧结，反应烧结温度为1000℃，保温时间为2小时，随炉冷却至室温，得到制备的复合材料。\n[0038] 将制得的复合材料进行废水除磷吸附实验，吸附剂样品/废水用量比例为\n1g/25mL，每间隔一定时间测试吸附剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(3、6、9、12、\n18、24、36、48、72h)、不同含铅废水初始浓度(3、5、10、15 和20 mg/L)、不同pH 值(5、6、7、\n8、9、10)等对除磷效率的影响。结果表明，吸附在36h后基本达到平衡，初始pH值在7-9之间时都能取得较好的除磷效果，当废水中磷初始浓度为5mg/L时，样品对磷的吸附效率达到95.3%。\n[0039] 实施例6\n[0040] 本例原料配方的重量配比：镍渣为45wt%，硅藻土为20wt%，石灰石为25wt%。按配方将三种原料称重，置于球磨机中研磨12小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干和破碎，得到小于30目的统料；加入结合剂PVA，质量为统料的12wt%；在混料机中混合均匀，困料\n12h，将混料压制成型；成型试样在100℃烘干12小时；试样置于马弗炉中反应烧结，反应烧结温度为1050℃，保温时间为2小时，随炉冷却至室温，得到制备的复合材料。\n[0041] 将制得的复合材料进行废水除磷吸附实验，吸附剂样品/废水用量比例为\n1g/25mL，每间隔一定时间测试吸附剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(3、6、9、12、\n18、24、36、48、72h)、不同含铅废水初始浓度(3、5、10、15 和20 mg/L)、不同pH 值(5、6、7、\n8、9、10)等对除磷效率的影响。结果表明，吸附在36h后基本达到平衡，初始pH值在7-9之间时都能取得较好的除磷效果，当废水中磷初始浓度为5mg/L时，样品对磷的吸附效率达到98.7%。\n[0042] 实施例7\n[0043] 本例原料配方的重量配比：镍渣为50wt%，硅藻土为30wt%，石灰石为20wt%。按配方将三种原料称重，置于球磨机中研磨12小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干和破碎，得到小于30目的统料；加入结合剂PVA，质量为统料的13wt%；在混料机中混合均匀，困料\n12h，将混料压制成型；成型试样在100℃烘干12小时；试样置于马弗炉中反应烧结，反应烧结温度为1050℃，保温时间为5小时，随炉冷却至室温，得到制备的复合材料。\n[0044] 将制得的复合材料进行废水除磷吸附实验，吸附剂样品/废水用量比例为\n1g/25mL，每间隔一定时间测试吸附剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(3、6、9、12、\n18、24、36、48、72h)、不同含铅废水初始浓度(3、5、10、15 和20 mg/L)、不同pH 值(5、6、7、\n8、9、10)等对除磷效率的影响。结果表明，吸附在36h后基本达到平衡，初始pH值在7-9之间时都能取得较好的除磷效果，当废水中磷初始浓度为5mg/L时，样品对磷的吸附效率达到97.1%。\n[0045] 实施例8\n[0046] 本例原料配方的重量配比：镍渣为50wt%，硅藻土为30wt%，石灰石为20wt%。按配方将三种原料称重，置于球磨机中研磨12小时，研磨的浆料过滤脱水、100℃烘干和破碎，得到小于30目的统料；加入结合剂PVA，质量为统料的14wt%；在混料机中混合均匀，困料\n12h，将混料压制成型；成型试样在100℃烘干12小时；试样置于马弗炉中反应烧结，反应烧结温度为1100℃，保温时间为3小时，随炉冷却至室温，得到制备的复合材料。\n[0047] 将制得的复合材料进行废水除磷吸附实验，吸附剂样品/废水用量比例为\n1g/25mL，每间隔一定时间测试吸附剂样品的吸附效果，分别探讨不同吸附时间(3、6、9、12、\n18、24、36、48、72h)、不同含铅废水初始浓度(3、5、10、15 和20 mg/L)、不同pH 值(5、6、7、\n8、9、10)等对除磷效率的影响。结果表明，吸附在36h后基本达到平衡，初始pH值在7-9之间时都能取得较好的除磷效果，当废水中磷初始浓度为5mg/L时，样品对磷的吸附效率达到96.5%。\n[0048] 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。