一種稀土改性粉煤灰的制備方法
【專利摘要】一種稀土改性粉煤灰的制備方法，具體步驟如下：將原料粉煤灰加蒸餾水用超聲波加溫洗滌、烘干后，經(jīng)過篩分，取篩下粉煤灰；按固液比，將粉煤灰與氯化鈰水溶液和氯化鑭水溶液均勻混合，加溫攪拌、浸泡，過濾、干燥后，焙燒、自然冷卻；將稀土預處理粉煤灰與硫酸按固液比混合并攪拌，過濾、烘干，按比例與鐵屑混合，將所得混合物用去離子水漂洗并干燥，所得即為本發(fā)明所述稀土改性粉煤灰。將含鐵錳廢水經(jīng)過含有本發(fā)明改性的粉煤灰實驗設施處理，去除效果顯著，該法具有操作簡單、以廢治廢、成本低等優(yōu)點，比較明顯地提高了粉煤灰吸附廢水中鐵錳的能力，同時對成分復雜的工礦企業(yè)含重金屬離子廢水具有較強的適應性。
【專利說明】
一種稀土改性粉煤灰的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及水處理及固體廢棄物資源化利用領域，具體屬于一種用于吸附廢水中鐵錳離子的稀土改性粉煤灰的制備方法。該方法更適合應用于含鐵錳離子的成分復雜的工礦企業(yè)排放廢水。
技術背景
[0002]鐵、錳不僅是地殼中的主要元素，而且廣泛存在與人們生產(chǎn)與生活的方方面面。同時，鐵、錳也在城市供水系統(tǒng)中大量存在，不僅使水資源的利用更加復雜，更嚴重的是帶來很多的害處。長期過量吸收鐵、錳元素會使動植物發(fā)生一系列難以預測的內(nèi)臟病變、神經(jīng)損傷、作物枯萎減產(chǎn)等后果。為了社會與環(huán)境的良好發(fā)展，更是為了人們的生存與生產(chǎn)的有利進行，對廢水中重金屬離子，尤其是鐵錳離子的處理已經(jīng)是一項不容忽視的重要課題。
[0003]當前，對于鐵錳離子的處理主要有化學沉淀法、氧化法、膜分離法和吸附法。化學沉淀法成本高且會產(chǎn)生大量污泥，容易造成環(huán)境二次污染;氧化法是通過創(chuàng)造氧化條件氧化鐵錳離子，使其形成高價不溶化合物，達到從水中去除鐵錳的方法，氧化法需要創(chuàng)造氧化條件，能耗較高，且同時對鐵錳離子的去除效果往往不夠穩(wěn)定;膜分離法的處理成本高、同時對廢水的處理效果也不夠突出，應用較少;吸附法主要是通過天然或改性吸附劑對含鐵錳離子廢水進行吸附，處理流程簡單、設備要求低、成本低，基于這些特點，對吸附法進行改進，研發(fā)更高效的吸附方法，是一種熱門且行之有效的思路。
[0004]粉煤灰是火力發(fā)電廠排除的固體廢物，其主要成分為Al2O3、S12、Fe203、CaO等，多為玻璃球體，單個粉煤灰顆粒直徑約為25?30μπι，比表面積非常大，一般為1600~3500cm2/g，平均比重為2114g/cm3，平均容重為783kg/m3。由于粉煤灰擁有較大的比表面積，使得其表現(xiàn)出較高的吸附性能。用粉煤灰去除工業(yè)廢水中的有害組分過程比較復雜，主要表現(xiàn)為吸附作用、絮凝沉淀和過濾作用。改性后的粉煤灰擁有更大的比表面積，吸附性能比改性前更好。
[0005]目前，對原料粉煤灰的改性主要有酸改性、堿改性、鹽改性、混合改性以及表明活性劑改性等方法。改性后的粉煤灰均表現(xiàn)出對不同水質(zhì)廢水的處理效率的提高。將改性粉煤灰用于含鐵錳廢水的處理，不僅實現(xiàn)以廢治廢，同時將大幅度提高經(jīng)濟與環(huán)境效益，減輕社會的環(huán)保壓力。
[0006]CN103263891A公開了一種改性粉煤灰去除廢水中重金屬離子的方法，制備方法包括有六個步驟:(I)調(diào)配粉煤灰漿料；(2)加浮選藥劑；(3)浮選；(4)分離；(5)過濾；(6)烘干，最終制得改性粉煤灰。該發(fā)明對含銅廢水有一定的處理效果，不足之處是二次添加了浮選藥劑，增加了成本的同時，也有造成污染的隱患。浮選方法對去除重金屬離子的成本與能耗都較高，不易形成廣泛的應用。
[0007]CN102303918A公開了一種酸性高鐵高錳礦井水的處理方法及粉煤灰的改性方法，制備方法是在常溫下與改性劑混合后攪拌8小時，制得的改性粉煤灰在35°C與酸性高鐵高猛混合反應，沉淀后再加入二氧化氯進行消毒。該發(fā)明攪拌的時間較長，且在35°C的環(huán)境下反應，勢必會帶來跟高的能耗與成本；同時該方法只是對酸性礦井水進行了處理，應用范圍較窄，處理能力也不是特別突出;沉淀后二氧化氯的消毒過程雖有消毒作用，但是引入新的試劑，是有待商榷的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種用于吸附廢水中鐵錳離子的稀土改性粉煤灰的制備方法，該法具有制備容易、以廢治廢，形成的改性粉煤灰吸附能力強，操作簡單，成本低等優(yōu)點，比較明顯地提高了粉煤灰吸附廢水中鐵錳的能力，同時對成分復雜的工礦企業(yè)含鐵錳等重金屬離子廢水具有較強的適應性。
[0009]本發(fā)明的具體步驟如下:
1)將原料粉煤灰加蒸餾水用超聲波加溫洗滌、烘干，過0.074_篩子，取篩下粉煤灰；
2)按固液比，將粉煤灰與質(zhì)量分數(shù)為0.5-0.8%氯化鈰水溶液和質(zhì)量分數(shù)為0.6-1.0%氯化鑭水溶液均勻混合，加溫至60?80°C，攪拌I?3小時，浸泡8?24小時，過濾、干燥后，于400?600°C焙燒2?4小時，自然冷卻；
3)將稀土預處理粉煤灰與質(zhì)量分數(shù)為5?15%的硫酸按固液比混合并攪拌I?3小時，過濾、烘干，將制得的試樣按比例與100?500μπι粒度鐵肩混合，將所得混合物用去離子水漂洗并干燥，所得即為本發(fā)明所述稀土改性粉煤灰。
[0010]所述粉煤灰與0.5?0.8%氯化鈰水溶液和0.6?1.0%氯化鑭水溶液的固液比為1: 3?
5:3?5 ο
[0011]所述稀土預處理粉煤灰與鐵肩的質(zhì)量比I?2:1。
[0012]所述稀土預處理粉煤灰與5?15%的硫酸的固液比為1:3?5。
[0013]粉煤灰的吸附作用主要是來源于其化學組成中的硅鋁氧化物，硅鋁氧化物表面存在大量羥基，可通過絡合、離子交換及化學鍵合等機理結合金屬離子。粉煤灰是煤電廠的燃燒廢棄物，其中的氧化物都處于穩(wěn)定狀態(tài)，使得粉煤灰的應用范圍和應用能效受到限制，必須進行表面或結構改性來增強其活性。
[0014]稀土元素對一些試劑的改性，已經(jīng)在多種廢物、廢水處理領域得到驗證，我國稀土資源豐富，得天獨厚的稀土優(yōu)勢使得其更高附加值應用成為可能。
[0015]由于稀土元素獨特的4f電子結構，與其他元素形成化合物時，配位數(shù)范圍較廣，可從3~12之間變化，稀土元素的氧化物和鹽具有良好的吸附陰陽離子的能力，基于此，本發(fā)明采用鈰鑭兩種稀土元素對粉煤灰進行改性。
[0016]研究表明，零價鐵對處理廢水中的各種污染物有著高效且持久的效果，同時，鐵碳微電解作用又可加強其去除效果，基于經(jīng)濟、環(huán)保、高效的原則，本發(fā)明引入鐵肩，與稀土預處理粉煤灰繼續(xù)通過進一步改性、達到更高效去除廢水中鐵錳離子的作用。
【具體實施方式】
[0017]以下實施例只是作為對本發(fā)明的具體說明，并不代表對本發(fā)明應用的限制。
[0018]實施例1
將原料粉煤灰用蒸餾水在超聲波清洗機中加溫洗滌、然后烘干，過0.074mm篩子，取篩下粉煤灰，與質(zhì)量分數(shù)為0.5%的氯化鈰和質(zhì)量分數(shù)為0.6%的氯化鑭溶液按1:4:4固液比于容器中均勻混合，水浴加溫至60°C，攪拌I小時，浸泡8小時，過濾、干燥后，于400°C馬弗爐中焙燒2小時，自然冷卻后進行壓粉;將稀土預處理粉煤灰與質(zhì)量分數(shù)為5%的硫酸按1:4固液比混合并攪拌I小時，過濾、烘干，按比例2:1與鐵肩混合，將所得混合物用去離子水漂洗、過濾并進行干燥，所得即為所述稀土改性粉煤灰。
[0019]用實施例1得到的稀土改性粉煤灰處理pH為7，亞鐵離子50mg/L，錳離子40mg/L的鐵錳廢水，在25°C恒溫水浴振蕩器上反應lh，對鐵錳的去除率分別達到81%和77%。
[0020]實施例2
將原料粉煤灰用蒸餾水在超聲波清洗機中加溫洗滌、然后烘干，過0.074mm篩子，取篩下粉煤灰，與質(zhì)量分數(shù)為0.6%的氯化鈰和質(zhì)量分數(shù)為0.6%的氯化鑭溶液按1: 3:3固液比于容器中均勻混合，水浴加溫至70°C，攪拌I小時，浸泡16小時，過濾、干燥后，于400°C馬弗爐中焙燒2小時，自然冷卻后進行壓粉;將稀土預處理粉煤灰與質(zhì)量分數(shù)為10%的硫酸按1:3固液比混合并攪拌I小時，過濾、烘干，按比例2:1與鐵肩混合，將所得混合物用去離子水漂洗、過濾并進行干燥，所得即為所述稀土改性粉煤灰。
[0021 ]處理方法同實施例1，對鐵錳的去除率分別達到78%和71%。
[0022]實施例3
將原料粉煤灰用蒸餾水在超聲波清洗機中加溫洗滌、然后烘干，過0.074mm篩子，取篩下粉煤灰，與質(zhì)量分數(shù)為0.7%的氯化鈰和質(zhì)量分數(shù)為0.9%的氯化鑭溶液按1: 5:5固液比于容器中均勻混合，水浴加溫至70°C，攪拌2小時，浸泡24小時，過濾、干燥后，于500°C馬弗爐中焙燒2小時，自然冷卻后進行壓粉;將稀土預處理粉煤灰與質(zhì)量分數(shù)為15%的硫酸按1:4固液比混合并攪拌3小時，過濾、烘干，按比例1:1與鐵肩混合，將所得混合物用去離子水漂洗、過濾并進行干燥，所得即為所述稀土改性粉煤灰。
[0023]處理方法同實施例1，對鐵錳的去除率分別達到90%和88%。
[0024]實施例4
將原料粉煤灰用蒸餾水在超聲波清洗機中加溫洗滌、然后烘干，過0.074mm篩子，取篩下粉煤灰，與質(zhì)量分數(shù)為0.8%的氯化鈰和質(zhì)量分數(shù)為1.0%的氯化鑭溶液按1: 5:5固液比于容器中均勻混合，水浴加溫至80°C，攪拌3小時，浸泡24小時，過濾、干燥后，于600°C馬弗爐中焙燒4小時，自然冷卻后進行壓粉;將稀土預處理粉煤灰與質(zhì)量分數(shù)為15%的硫酸按1:5固液比混合并攪拌3小時，過濾、烘干，按比例2:1與鐵肩混合，將所得混合物用去離子水漂洗、過濾并進行干燥，所得即為所述稀土改性粉煤灰。
[0025]處理方法同實施例1，對鐵錳的去除率分別達到94%和91%。
【主權項】
1.一種稀土改性粉煤灰的制備方法，其特征是步驟如下: 1)將原料粉煤灰加蒸餾水用超聲波加溫洗滌、烘干，過0.074_篩子，取篩下粉煤灰； 2)按固液比，將粉煤灰與質(zhì)量分數(shù)為0.5-0.8%氯化鈰水溶液和質(zhì)量分數(shù)為0.6-1.0%氯化鑭水溶液均勻混合，加溫至60?80°C，攪拌I?3小時，浸泡8?24小時，過濾、干燥后，于400?600°C焙燒2?4小時，自然冷卻； 3)將稀土預處理粉煤灰與質(zhì)量分數(shù)為5?15%的硫酸按固液比混合并攪拌I?3小時，過濾、烘干，將制得的試樣按比例與100?500μπι粒度鐵肩混合，將所得混合物用去離子水漂洗并干燥，所得即為本發(fā)明所述稀土改性粉煤灰。2.權利要求1所述的稀土改性粉煤灰的制備方法，其特征在于所述粉煤灰與氯化鈰水溶液和氯化鑭水溶液的固液比為I: 3-5:3-5ο3.權利要求1所述的稀土改性粉煤灰的制備方法，其特征在于所述稀土預處理粉煤灰與鐵肩的質(zhì)量比I?2:1。4.權利要求1所述的稀土改性粉煤灰的制備方法，其特征在于所述稀土預處理粉煤灰與5?15%的硫酸的固液比為1:3?5。
【文檔編號】B01J20/10GK106076248SQ201610432065
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】王成行, 胡真, 邱顯揚, 王晨亮, 李沛?zhèn)? 汪泰, 李漢文, 湯玉和, 宋寶旭, 鄒堅堅, 付華, 胡佛明, 武魯慶
【申請人】廣東省資源綜合利用研究所