一种砷钠明矾石固溶体及其制备方法和该制备方法的用途
【专利摘要】本发明涉及一种硫酸盐矿物的制备方法及其用途和所制备的产品，具体涉及一种砷钠明矾石固溶体的制备方法及其在治理砷污染中的用途，以及所制备的砷钠明矾石固溶体，属环保【技术领域】。所述方法分别以硫酸铝(或硝酸铝)、硫酸钠和砷酸钠为Al源、Na源和As源，通过在100～200℃下反应2～72h，水热合成结晶度高、稳定性好的砷钠明矾石固溶体；该方法主要用于将水中呈溶解状态的五价砷转变为难溶性沉淀化合物，以解决砷化合物稳定性差引起的环境污染问题；与传统技术相比，所得沉淀化合物长期稳定性好、堆存安全可靠。
【专利说明】—种砷钠明矾石固溶体及其制备方法和该制备方法的用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种硫酸盐矿物的制备方法及其用途和所制备的产品，具体涉及一种砷钠明矾石固溶体的制备方法及其在治理砷污染中的用途，以及所制备的砷钠明矾石固溶体，属环保【技术领域】。
【背景技术】
[0002]砷属亲硫的类金属或半金属元素，在天然矿物中主要以硫化物、硫砷化物、砷化物及砷酸盐的形式存在，赋存于有色金属矿床中，以伴生矿产出。随着有色金属矿床采、选、冶环节逐渐富集，在生产过程中又以不同形式分散到废水、废渣和烟气中，最终形成砷含量不等的含砷废渣；此外，涉砷产品，如含砷农药、木材防腐剂、合金材料等的使用和废弃也会引起砷化合物的扩散；这些含砷物料若处理、处置不当，将造成生态环境污染。
[0003]在治理砷污染领域，石灰沉淀法或石灰-铁盐法一直以来被认为是一种有效的除砷方法，然而，随着沉淀剂投入量的不同，所得砷酸盐化合物的类型却发生变化，不同类型的砷酸盐化合物的砷浸出浓度有很大差异，且砷浸出浓度均较大，最低的也达到2.5?10mg/L ;此外，现有技术通常采用制备砷酸钙盐化合物的形式进行除砷，但是，大量的研究表明砷酸钙盐化合物长期暴露于空气中，会与空气中的二氧化碳反应转化成碳酸钙和砷酸，这一反应因碳化而导致砷淋出，易对环境造成二次污染。
[0004]鉴于以石灰或石灰-铁盐法除砷具有重大缺陷和环境污染隐患，因此，采用新技术安全稳定除砷已是大势所趋。
[0005]钠明矾石是自然界常见的硫酸盐矿物，其化学式为NaAl3 (SO4)2 (OH)6，其中，Na+位置上还可以为 K+、H3O+、Ca2+、Ba2+、Pb2+、Sr2+、Bi3+ 等，Al3+ 位置可为 Fe3+、Cr3+、V3+，S0,可以被CrO/'PO/'AsO/-等络阴离子部分置换；因钠明矾石结构中各位点类质同象替换范围广以及其环境稳定性好，所以，本发明提供一种利用钠明矾石矿物去除砷元素，最终形成砷钠明矾石固溶体的方法，以及该方法在治理砷污染中的用途和所制备的砷钠明矾石固溶体，最终实现砷的稳定化处理。
【发明内容】
[0006]提供一种砷钠明矾石固溶体的制备方法，其分别以硫酸铝(或硝酸铝)、硫酸钠和砷酸钠为Al源、Na源和As源，通过将水中呈溶解状态的五价砷转变为结晶度高、稳定性好的难溶性沉淀化合物一砷钠明矾石固溶体，且该难溶性沉淀化合物还具有砷浸出浓度低等优点，以解决砷化合物稳定性差引起的环境污染问题。
[0007]所述的一种砷钠明矾石固溶体的制备方法，以硫酸铝为铝源时，按重量份计，在搅拌条件下，取O?30份的砷酸钠加入装有50份去离子水的烧杯中，配制砷溶液；同样在搅拌条件下，按重量份计，取5?240份硫酸铝和I?28份硫酸钠固体，并同时加入到装有100份去离子水的烧杯中，配制钠明矾石前驱体溶液；然后边搅拌边将所述的砷溶液滴加到所述的钠明矾石前驱体溶液中，混合过程中调节溶液的初始PH值，使体系初始pH值在2.80?3.00范围内；充分搅拌后，将混合液倒入水热反应釜中，在100?200°C下反应2?72h，反应结束后经后处理得砷钠明矾石固溶体。
[0008]所述的砷钠明矾石固溶体的制备方法，以硝酸铝为铝源时，按重量份计，将7?300份硝酸铝、8?60份硫酸钠和O?30份砷酸钠固体直接加入到装有150份去离子水的烧杯中，搅拌至溶解，并在混合搅拌过程中调节溶液的初始PH值，使体系的初始pH值维持在2.80?3.00范围内；充分搅拌混合后，将混合液倒入水热反应釜中，在100?200°C下反应2?72h，反应结束后经后处理得砷钠明矾石固溶体。
[0009]优选的，所述的搅拌过程是在室温20?25°C下进行，搅拌速度为150?750rpm，搅拌时间为30?120min。
[0010]优选的，调节溶液的初始pH值时，所用pH值调节剂为IM的H2SO4或IM的NaOH溶液。
[0011]优选的，所述的后处理过程为:将热固液急冷后进行固液分离，将所得固体用蒸馏水洗涤3?5次，最后在室温环境下干燥3?7天。
[0012]发明还提供一种砷钠明矾石固溶体的制备方法在治理砷污染中的用途，其特征在于，利用钠明矾石矿物去除砷元素，最终形成砷钠明矾石固溶体，实现砷的稳定化处理。
[0013]发明还提供一种利用砷钠明矾石固溶体的制备方法所制备的砷钠明矾石固溶体。
[0014]有益效果:
[0015]本发明分别以硫酸铝(或硝酸铝)、硫酸钠和砷酸钠为Al源、Na源和As源，并通过控制硫酸铝(或硝酸铝)、硫酸钠和砷酸钠重量比进行水热合成，最终得到结晶度高、稳定性好的砷钠明矾石固溶体，从而将水中呈溶解状态的五价砷转变为难溶性沉淀化合物除去。与传统技术相比，所得难溶性沉淀化合物长期堆存更加稳定、安全可靠，从而解决砷浸出浓度大、长期暴露于空气中与二氧化碳反应导致砷淋出等污染问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为钠明矾石标准图谱，以及实施例1、3、6和8?10制得砷钠明矾石固溶体X射线衍射(XRD)谱图。
[0017]图2为实施例6制得砷钠明矾石固溶体扫描电镜(SEM)照片。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和实施例，对本发明的内容作进一步的阐述。
[0019]实施例1:
[0020]在室温搅拌条件下，将5g硫酸铝和0.14g硫酸钠同时加入到装有150份水的烧杯中，混合搅拌90min，倒入水热反应釜，在100°C下反应72h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的无砷钠明矾石。
[0021]实施例2:
[0022]在室温搅拌条件下，将5g硫酸铝和0.14g硫酸钠同时加入到装有150份水的烧杯中，混合搅拌90min，倒入水热反应釜，在200°C下反应2h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的无砷钠明矾石。
[0023]实施例3:
[0024]在室温搅拌条件下，向装有50份去离子水的烧杯中加入1.21g的砷酸钠固体，配制砷溶液；同样在室温搅拌条件下，向装有100份去离子水的烧杯中同时加入5g硫酸铝和0.14g硫酸钠固体，配制钠明矾石前驱体溶液；边搅拌边将砷溶液滴加到钠明矾石前躯体溶液中，混合过程采用IM H2SO4或IM NaOH调节反应体系的初始pH值，使反应体系的初始pH值维持在2.8?2.99范围内，充分搅拌90min后，倒入水热反应釜，在100°C下反应72h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的砷钠明矾石固溶体。
[0025]性能测试:连续浸出3个月，砷浸出浓度0.1?lmg/L。
[0026]实施例4:
[0027]在室温搅拌条件下，向装有50份去离子水的烧杯中加入1.21g的砷酸钠固体，配制砷溶液；同样在室温搅拌条件下，向装有100份去离子水的烧杯中同时加入5g硫酸铝和
0.14g硫酸钠固体，配制钠明矾石前驱体溶液；边搅拌边将砷溶液滴加到钠明矾石前躯体溶液中，混合过程采用IM H2SO4或IM NaOH调节反应体系的初始pH值，使反应体系的初始pH值维持在2.8?2.99范围内，充分搅拌90min后，倒入水热反应釜中，在180°C下反应2h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的砷钠明矾石固溶体。
[0028]性能测试:连续浸出3个月，砷浸出浓度0.1?0.5mg/L。
[0029]实施例5:
[0030]在室温搅拌条件下，向装有50份去离子水的烧杯中加入2.0lg的砷酸钠固体，配制砷溶液；同样在室温搅拌条件下，向装有100份去离子水的烧杯中同时加入1g硫酸铝和
1.4g硫酸钠固体，配制钠明矾石前驱体溶液；边搅拌边将砷溶液滴加到钠明矾石前躯体溶液中，混合过程采用IM H2SO4或IM NaOH调节反应体系的初始pH值，使反应体系的初始pH值维持在2.8?2.99范围内，充分搅拌90min后，倒入水热反应釜中，在200°C下反应2h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的砷钠明矾石固溶体。
[0031]性能测试:连续浸出3个月，砷浸出浓度0.1?0.5mg/L。
[0032]实施例6:
[0033]在室温搅拌条件下，向装有50份去离子水的烧杯中加入3.03g的砷酸钠固体，配制砷溶液；同样在室温搅拌条件下，向装有100份去离子水的烧杯中同时加入1g硫酸铝和
1.4g硫酸钠固体，配制钠明矾石前驱体溶液；边搅拌边将砷溶液滴加到钠明矾石前躯体溶液中，混合过程采用IM H2SO4或IM NaOH调节反应体系的初始pH值，使体系的初始pH值维持在2.8?2.99范围内，充分搅拌90min后，倒入水热反应釜中，在200°C下反应2h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的砷钠明矾石固溶体。
[0034]性能测试:连续浸出3个月，砷浸出浓度0.1?0.5mg/L。
[0035]实施例7:
[0036]在室温搅拌条件下，向装有50份去离子水的烧杯中加入3.03g的砷酸钠固体，配制砷溶液；同样在室温搅拌条件下，向装有100份去离子水的烧杯中同时加入24g硫酸铝和
2.Sg硫酸钠固体，配制钠明矾石前驱体溶液；边搅拌边将砷溶液滴加到钠明矾石前躯体溶液中，混合过程采用IM H2SO4或IM NaOH调节反应体系的初始pH值，使反应体系的初始pH值维持在2.8?2.99范围内，充分搅拌90min后，倒入水热反应釜中，在200°C下反应2h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的砷钠明矾石固溶体。
[0037]性能测试:连续浸出3个月，砷浸出浓度0.1?0.5mg/L。
[0038]实施例8:
[0039]在室温搅拌条件下，向装有150份去离子水的烧杯中同时加入7.2g硝酸铝、1.Sg硫酸钠，混合过程采用IM H2SO4或IM NaOH调节反应体系的初始pH值，使反应体系的初始pH值维持在2.8?2.99范围内，充分搅拌45min后，倒入水热反应釜中，在200°C下反应4h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的无砷钠明矾石固溶体。
[0040]实施例9:
[0041]在室温搅拌条件下，向装有150份去离子水的烧杯中同时加入7.2g硝酸铝、1.Sg硫酸钠及0.8g砷酸钠，混合过程采用IM H2SO4或IM NaOH调节反应体系的初始pH值，使反应体系的初始PH值维持在2.8?2.99范围内，充分搅拌45min后，倒入水热反应釜中，在200°C下反应4h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的砷钠明矾石固溶体。
[0042]性能测试:连续浸出3个月，砷浸出浓度0.1?0.5mg/L。
[0043]实施例10:
[0044]在室温搅拌条件下，向装有150份去离子水的烧杯中同时加入7.2g硝酸铝、1.5g硫酸钠及2.6g砷酸钠，混合过程采用IM H2SO4或IM NaOH调节反应体系的初始pH值，使反应体系的初始PH值维持在2.8?2.99范围内，充分搅拌45min后，倒入水热反应釜中，在200°C下反应4h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的砷钠明矾石固溶体。
[0045]性能测试:连续浸出3个月，砷浸出浓度0.1?0.5mg/L。
[0046]实施例11:
[0047]在室温搅拌条件下，向装有150份去离子水的烧杯中同时加入30g硝酸铝、6g硫酸钠及2.6g砷酸钠，混合过程采用IM H2SO4或IM NaOH调节反应体系的初始pH值，使反应体系的初始PH值维持在2.8?2.99范围内，充分搅拌45min后，倒入水热反应釜中，在200°C下反应4h，反应结束后，将热固液急冷进行固液分离，将分离出的固体用蒸馏水洗涤5次，最后在室温环境下干燥5天，得到高结晶度的砷钠明矾石固溶体。
[0048]性能测试:连续浸出3个月，砷浸出浓度0.1?0.5mg/L。
[0049]以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明；对于本领域技术人员来说，凡是在不脱离本发明的精神和构思的前提下所做的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种砷钠明矾石固溶体的制备方法，其特征在于，所述方法分别以硫酸铝(或硝酸铝)、硫酸钠和砷酸钠为Al源、Na源和As源，混合后进行水热合成，最后进行后处理。
2.权利要求1所述的砷钠明矾石固溶体的制备方法，其特征在于，以硫酸铝为铝源时，按重量份计，在搅拌条件下，取O?30份的砷酸钠加入到装有50份去离子水的烧杯中，配制砷溶液；同样在搅拌条件下，按重量份计，取5?240份硫酸铝和I?28份硫酸钠固体，并同时加入到装有100份去离子水的烧杯中，配制钠明矾石前驱体溶液；然后边搅拌边将所述的砷溶液滴加到所述的钠明矾石前驱体溶液中，混合过程中调节溶液的初始PH值，使体系初始pH值在2.80?3.00范围内；充分搅拌后，将混合液倒入水热反应釜中，在100?200°C下反应2?72h，反应结束后经后处理得砷钠明矾石固溶体。
3.权利要求1所述的砷钠明矾石固溶体的制备方法，其特征在于，以硝酸铝为铝源时，按重量份计，将7?300份硝酸铝、8?60份硫酸钠和O?30份砷酸钠固体直接加入到装有150份去离子水的烧杯中，搅拌至溶解，并在混合搅拌过程中调节溶液的初始pH值，使体系的初始pH值维持在2.80?3.00范围内；充分搅拌混合后，将混合液倒入水热反应釜中，在100?200°C下反应2?72h，反应结束后经后处理得砷钠明矾石固溶体。
4.权利要求2或3所述的砷钠明矾石固溶体的制备方法，其特征在于，所述的搅拌过程是在室温20?25°C下进行，搅拌速度为150?750rpm，搅拌时间为30?120min。
5.权利要求2或3所述的砷钠明矾石固溶体的制备方法，其特征在于，调节溶液的初始PH值时，所用pH值调节剂为IM的H2SO4或IM的NaOH溶液。
6.权利要求2或3所述的砷钠明矾石固溶体的制备方法，其特征在于，所述的后处理过程为:将热固液急冷后进行固液分离，将所得固体用蒸馏水洗涤3?5次，最后在室温环境下干燥3?7天。
7.权利要求1所述的砷钠明矾石固溶体的制备方法在治理砷污染中的用途，其特征在于，利用钠明矾石矿物去除砷元素，最终形成砷钠明矾石固溶体，实现砷的稳定化处理。
8.利用权利要求1所述的砷钠明矾石固溶体的制备方法所制备的砷钠明矾石固溶体。
【文档编号】C02F1/52GK104355374SQ201410514528
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】周新涛, 罗中秋, 贾庆明, 陶志超, 陈小凤 申请人:昆明理工大学