專利名稱：利用粉煤灰提取磁性礦物修復(fù)水體重金屬污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固廢處理和環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用粉 煤灰提取磁性礦物治理水體中重金屬污染的方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)化和人類活動(dòng)造成的水體和土壤重金屬污染是當(dāng)前人類面臨的 嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題。由于重金屬污染具有多源性、滯后性、累積性、不可生物 降解性等特點(diǎn)，并能通過(guò)食物鏈最終危及人類的生命和健康。因此，重金 屬污染的治理是環(huán)境資源領(lǐng)域的重大任務(wù)。目前，按照重金屬污染治理的 原理，重金屬污染治理方法主要有化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法和礦物法。 其中，化學(xué)法(如化學(xué)沉淀法、氧化還原法等)處理重金屬污染技術(shù)容易
實(shí)現(xiàn)，但治理成本往往豐支高、易產(chǎn)生二次污染；物理化學(xué)法(如離子交換 法、電解法、吸附法、反滲透法等)往往操作和原材料成本較高；生物法 (如微生物吸附、植物吸收等)雖然材料豐富、操作成本低、去除效果好， 但還處于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段；礦物法類似于生物處理，利用礦物及其礦物改 性產(chǎn)物具有的表面吸附、離子交換、孔道過(guò)濾和化學(xué)活性治理重金屬污染 和修復(fù)環(huán)境功能。礦物法治理重金屬污染具有礦物來(lái)源廣泛、成本低，可 以直接經(jīng)機(jī)械加工或經(jīng)適當(dāng)?shù)母男院突瘜W(xué)處理即可應(yīng)用，而且吸附后的脫 附工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境協(xié)調(diào)性好等特點(diǎn)，是一種資源節(jié)約和環(huán)境友好型的重金 屬污染處理方法。
目前常用的重金屬治理用環(huán)境礦物有二大類，第一類是金屬類礦物， 如天然的鐵錳氧化物礦物(氧化鐵、疏鐵礦、黃鐵礦、軟錳礦等)，這類 礦物對(duì)處理C,、 Cu2+、 Pb2+、 Hg2+、 Cd"等污染有良好的效果。第二類是 非金屬礦物，如蒙脫石、膨潤(rùn)土、硅藻土、沸石、磷灰石、翁土礦物等。 其中鐵(氫)氧化物礦物在自然界廣泛存在，特別是赤鐵礦(a-Fe203)、 磁鐵礦(Fe30"、針鐵礦(ot -FeOOH)因其具有較大的表面積和較強(qiáng)的吸附能 力，是目前常用的重金屬污染環(huán)境治理礦物。研究表明，利用鐵氧化物礦物具有的極性表面和較高的比表面積，吸附環(huán)境中的重金屬離子是一種經(jīng) 濟(jì)、有效的固定水體和土壤中重金屬的材料。
目前在重金屬污染環(huán)境治理中應(yīng)用的氧化鐵礦物主要有人工合成的 氧化鐵和天然氧化鐵礦物兩類。人工合成的氧化鐵礦物因純度高、粒度細(xì)， 重金屬的去除效果高，但成本高，難以大量推廣。近年，發(fā)展以天然礦物 或富含氧化鐵的工業(yè)固體廢渣作骨料，再將一定形態(tài)的氧化鐵固定在礦物 骨料表面，制成經(jīng)過(guò)改性的、性能更優(yōu)的環(huán)境礦物材料作為吸附重金屬和
有機(jī)污染物的材料。如黏土-磁鐵礦-Fe(OH)3共沉淀體系作為重金屬的吸 附劑；利用化學(xué)-熱包膜技術(shù)在廢渣上包被氧化鐵作為吸附劑，有效去除 As(V)和As(m)等。這些改性或合成的氧化鐵材料要求一定的工藝處理 和操作步驟，且使用條件有一定限制。
在自然界中有許多具有天然凈化功能的氧化鐵礦物，特別是許多富鐵 的工業(yè)固體廢物中如粉煤灰、鐵尾礦、紅泥、鋼渣等，它們富含磁性氧化
鐵，能否利用這些固體廢物中的氧化鐵作為吸附固定重金屬和有機(jī)污染物 的新材料，成為一種新的選擇。雖然直接利用粉煤灰固定土壤重金屬已有 成功的經(jīng)驗(yàn)，但由于處理需要的用量大，可能產(chǎn)生二次污染等。因此，利 用氧化鐵具有的磁性特征，可通過(guò)磁分離技術(shù)，將它們有效地從工業(yè)固體 廢物中分離出來(lái)，利用氧化鐵對(duì)重金屬的固定和吸附性能，作為治理水體 和土壤重金屬污染的環(huán)保材料是一新的思路。
粉煤灰是我國(guó)最豐富的固體廢物，也是十分嚴(yán)重的環(huán)境污染物，處理 量非常大，粉煤灰的年排放量達(dá)1.6億噸以上。粉煤灰中含有一定量由煤 炭燃燒過(guò)程中形成的赤鐵礦和磁鐵礦等磁性礦物，由于工業(yè)固體廢物礦物 材料儲(chǔ)量大，設(shè)計(jì)的提取方法簡(jiǎn)單、成本低廉，操作簡(jiǎn)易且效果好、無(wú)二 次污染，達(dá)到固廢處理和環(huán)境治理有機(jī)結(jié)合，是環(huán)境友好和工藝上可應(yīng)用 的 一種重金屬污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種固廢利用和重金屬污染環(huán)境修復(fù)結(jié)合，低成本、易操 作的重金屬污染環(huán)境修復(fù)方法。 本發(fā)明方法的具體步驟是 (1)磁性礦物提取
4將粉煤灰和水配制成灰漿，抽取灰漿至高梯度磁分離器，灰漿中的磁 性礦物被吸附至高梯度磁分離器內(nèi)，非磁性部分從高梯度磁分離器排出后 被繼續(xù)抽取至高梯度磁分離器，通過(guò)循環(huán)反復(fù)若干次提取，將粉煤灰中的
磁性顆粒完全提?。?br> (2 )磁性礦物清洗
抽取清水至高梯度磁分離器，循環(huán)反復(fù)若干次，利用清水循環(huán)清洗管 路和磁性礦物顆粒上黏附的其他礦物顆粒；取下高梯度^f茲分離器上磁性礦 物顆粒，備用；
(3)水體重金屬污染修復(fù)
將步驟(2)得到的磁性礦物與重金屬污染廢水混合后抽取至高梯度 磁分離器，循環(huán)反復(fù)若干次，處理后的廢水排放，高梯度磁分離器內(nèi)的磁 性礦物回ij欠。
所述的高梯度磁分離器可采用現(xiàn)有裝置，也可自制，自制的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 的高梯度磁分離器由5-6個(gè)永磁鐵組成，使用前永磁鐵外包塑料膜，磁分 離完成后，可方便地將塑料膜取下，這樣可防止磁性顆粒黏附在永磁鐵上。
所述的灰漿最優(yōu)由粉煤灰和7jc按照質(zhì)量比i: 7-12配制，該濃度的灰
漿最利于灰漿的循環(huán)和^f茲性礦物的吸附，濃度過(guò)高，循環(huán)不通暢，能耗大， 濃度過(guò)低，提取效率低。
所述的(1)磁性礦物提取、(2)磁性礦物清洗、(3 )水體重金屬 污染修復(fù)在帶攪拌器的容器、蠕動(dòng)泵、高梯度磁分離器和環(huán)形管路組成的 提取裝置中完成。
本發(fā)明的特點(diǎn)是
1、 本發(fā)明采用循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，灰漿配制、磁性礦物提取、清洗和去 除水中重金屬均可在一套系統(tǒng)內(nèi)完成，自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、不需化 學(xué)試劑。
2、 本發(fā)明方法磁性礦物提取完全、提取效率高。提取后的粉煤灰， 磁化率在40xlO-S-50xlO-Si^kg"之間，提取效率卯％以上，提取的磁性礦 物純度高。
3、 固廢處理和重金屬污染環(huán)境修復(fù)有機(jī)結(jié)合，治理成本低，磁性吸 附劑可回收循環(huán)利用，不產(chǎn)生二次污染，。
4、 提取的磁性礦物用途廣，即可作為水體中重金屬的吸附劑，又可作為土壤中重金屬的固定劑。將提取的磁性礦物風(fēng)干，磨細(xì)過(guò)100目；以 0.1%比例施入重金屬污染土壤，控制土壤水分在田間持水量附近，時(shí)間 5-6個(gè)月，利用磁性礦物的吸附功能和氧化還原功能將土壤中的活性重金 屬固定。重金屬污染土壤修復(fù)結(jié)束后，可根據(jù)需要將磁性礦物回收或留在 土壤中。磁性礦物回收程序?qū)⑼寥里L(fēng)干，過(guò)2mm篩，直接利用包被保 鮮膜或保鮮袋的^F茲分離器將土壤中的磁性礦物回收。


圖1為本發(fā)明方法的循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
圖2為粉煤灰中提取磁性礦物表面結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，容器1帶有攪拌器5，容器1的底部設(shè)有三通閥7,容 器l、蠕動(dòng)泵2和高梯度磁分離器3通過(guò)橡皮管4連通，高梯度^f茲分離器 3由6塊永磁鐵組成，
將收集的火電廠粉煤灰約200g置于容器1中，加水至粉煤灰和水的 比例約l: 10;打開(kāi)攪拌器5，以100-200轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速攪拌5-10分鐘，形成 均勻的粉煤灰灰漿。
打開(kāi)三通閥7，設(shè)定蠕動(dòng)泵2轉(zhuǎn)速150-200轉(zhuǎn)/分，粉煤灰灰漿進(jìn)入環(huán) 形管路，通過(guò)蠕動(dòng)泵2驅(qū)動(dòng)形成粉煤灰灰漿環(huán)流；粉煤灰灰漿勻速通過(guò)高 梯度磁分離器3，灰漿中的磁性礦物吸附至永磁鐵上，打開(kāi)開(kāi)關(guān)6,粉煤 灰灰漿中的非磁性部分經(jīng)環(huán)形管路回到容器1;回到容器1的粉煤灰灰漿 經(jīng)攪拌器5攪拌，再通過(guò)蠕動(dòng)泵2驅(qū)動(dòng)進(jìn)入環(huán)流回路，進(jìn)行第二次提?。?經(jīng)30-60分鐘連續(xù)分離(分離時(shí)間可根據(jù)粉煤灰中的磁性礦物數(shù)量進(jìn)行調(diào) 節(jié))，通過(guò)循環(huán)反復(fù)多次提取，將粉煤灰中的磁性顆粒完全提取，粉煤灰 中磁性礦物提取率達(dá)90%以上。
永磁鐵外包塑料保鮮膜或套保鮮袋，磁分離完成后，可方便地將保鮮 膜或保鮮袋取下，這樣可防止磁性顆粒黏附在永》茲鐵上。
關(guān)閉攪拌器5和蠕動(dòng)泵2，打開(kāi)三通閥7，將剩余粉煤灰灰漿放出容 器l;粉煤灰灰漿放完后，關(guān)閉三通閥7;放入1-2L清水；打開(kāi)蠕動(dòng)泵2 開(kāi)關(guān)，利用清水循環(huán)清洗管路和》茲性礦物顆粒上黏附的其他礦物顆粒；取下高梯度^f茲分離器上磁性礦物顆粒，備用。
取下經(jīng)清洗的磁性礦物顆粒，放入容器l;注入重金屬污染廢水；打 開(kāi)攪拌器5，攪拌5-10分鐘；打開(kāi)三通閥7，通過(guò)5-10分鐘循環(huán)回收，將 廢水中的/F茲性礦物回收；處理后的廢水經(jīng)三通閥7排出。
實(shí)施例1
采集浙江省8個(gè)主要火電廠的粉煤灰，應(yīng)用上述提取方法，經(jīng)30分 鐘循環(huán)提取磁性礦物。經(jīng)提取前后的粉煤灰磁性測(cè)定，磁性礦物提取率在 90%以上，提取后的粉煤灰磁化率在42xlO義56xlO-SmSkg";提取的磁性礦 物組成主要是赤鐵礦和磁鐵礦；8個(gè)火電廠粉煤灰的磁性礦物含量在 2.2%-16.3%,其》茲性礦物含量的差異主要取決于燃煤的來(lái)源和燃燒溫度等 因素。提取的磁性礦物經(jīng)XRD、磁測(cè)和掃描電子顯微鏡檢測(cè)，證明粉煤 灰中提取的磁性礦物類型是赤鐵礦(0t-Fe2O3)和磁鐵礦(Fe304),磁化率在 3780xl0-8-13082xl(T8i^kg",飽和等溫剩磁SST^xlO-^GS^xlO^An^kg^
實(shí)施例2
含CcP廢水的去除用CdSO4.H2O配成含50mg/LCd"溶液，添加實(shí) 施例1粉煤灰中提取的磁性礦物1 g/L,經(jīng)30分鐘和1小時(shí)去除反應(yīng)，循 環(huán)分離磁性礦物后，經(jīng)測(cè)定磁性礦物對(duì)Cc^+去除率分別達(dá)88%和89%。
實(shí)施例3
含Pb"廢水的去除用Pb(NO3)2配成含50mg/LPb"溶液，添加應(yīng)用 本裝置從半山火電廠粉煤灰中提取的磁性礦物1 g/L，經(jīng)30分鐘和1小時(shí) 去除反應(yīng)，循環(huán)分離磁性礦物后，經(jīng)測(cè)定Pb"去除率分別達(dá)94和980/0。
實(shí)施例4
含Cu"和Pb"廢水的去除用CuS04.H20和Pb(N03)2配成含50mg/L Cu"和Pb"溶液，添加應(yīng)用本裝置從半山火電廠粉煤灰中提取的磁性礦物 1 g/L,經(jīng)30分鐘和1小時(shí)去除反應(yīng)，循環(huán)分離磁性礦物后，經(jīng)測(cè)定，Cu2+ 去除率分別達(dá)31%和32%, Pl^+去除率分別達(dá)62°/。和66%。
權(quán)利要求
1、一種利用粉煤灰提取磁性礦物修復(fù)水體重金屬污染的方法，包括如下步驟(1)磁性礦物提取將粉煤灰和水配制成灰漿，抽取灰漿至高梯度磁分離器，灰漿中的磁性礦物被吸附至高梯度磁分離器內(nèi)，非磁性部分從高梯度磁分離器排出后被繼續(xù)抽取至高梯度磁分離器，循環(huán)反復(fù)若干次；(2)磁性礦物清洗抽取清水至高梯度磁分離器，循環(huán)反復(fù)若干次，利用清水循環(huán)清洗管路和磁性礦物顆粒上黏附的其他礦物顆粒；取下高梯度磁分離器上磁性礦物顆粒，備用；(3)水體重金屬污染修復(fù)將步驟(2)得到的磁性礦物與重金屬污染廢水混合后抽取至高梯度磁分離器，循環(huán)反復(fù)若干次，處理后的廢水排放，高梯度磁分離器內(nèi)的磁性礦物回收。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述的高梯度磁分離器 由5-6個(gè)永磁鐵組成，使用前永磁鐵外包塑料膜。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述的灰漿中粉煤灰和 水的質(zhì)量比為1: 7-12。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的(1)磁性礦物提 取、(2)磁性礦物清洗、(3)水體重金屬污染修復(fù)在帶攪拌器的容器、 蠕動(dòng)泵、高梯度》茲分離器和環(huán)形管路組成的提取裝置中完成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用粉煤灰提取磁性礦物修復(fù)水體重金屬污染的方法，將粉煤灰配制成灰漿，利用提取裝置，循環(huán)反復(fù)多次提取粉煤灰中的磁性礦物；利用提取的磁性礦物，通過(guò)提取裝置，循環(huán)去除廢水中的重金屬和回收磁性礦物。本發(fā)明方法磁性礦物提取和去除水中重金屬在一套系統(tǒng)內(nèi)完成，操作簡(jiǎn)便、提取效率高，不需化學(xué)試劑。本發(fā)明方法將固廢處理和重金屬污染環(huán)境修復(fù)有機(jī)結(jié)合，治理成本低，吸附劑可回收循環(huán)利用，不產(chǎn)生二次污染。
文檔編號(hào)B01J20/06GK101612548SQ20091010068
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者盧升高 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)