一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法
【专利摘要】本发明涉及一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其特征在于以冶金工业排放的固体废弃物钢渣为原料，通过酸溶，过滤，获得原料液，调节pH后经水热合成、洗涤、干燥、研磨等步骤制备得到环保功能材料。将此功能材料用于印染污水处理，阳离子红脱色率大于90％；用于重金属污水处理，Cr(Ⅵ)去除率大于85％，Cu2+去除率大于90％，VO3-去除率大于90％；用于含磷污水处理，磷去除率大于85％。本发明的优点是所采用的原料为固体废弃物钢渣，制备得到环保功能材料，在污水处理方面有很好的应用价值，可以实现钢渣高值化利用。采用本发明方法可利用废弃物钢渣制备环保功能材料，实现印染、重金属、含磷污水的净化，具有良好的经济效益和广阔的工业化应用前景。
【专利说明】
一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法
技术领域
[0001]本发明属于大宗固体废弃物高值化利用领域，特别涉及一种利用冶金渣重整制备环保功能材料的方法及其在污水处理中的应用，即在印染污水处理中的应用，如阳离子红染料；在重金属污水处理中的应用，如Cr( VI )、Cu' VO3 ;在含磷污水处理中的应用，如H2PO4 ο
【背景技术】
[0002]钢渣是冶金工业中产生的废渣，其产生率为粗钢产量的8% -15%，“十二五”期间到2015年粗钢产量按7亿吨左右测算，冶金渣年产业量及处理量将超过3亿吨。因此，钢铁企业废渣的处理和资源化利用问题也越来越受到重视。国家“十二五”发展规划中就已指出，冶金渣的综合利用率力争达到73%以上。其中高炉渣的综合利用率达到86%以上，钢渣达到60%，铁合金渣达到60%。然而，中国目前综合利用的现状与该规划相差甚远，尤其是素有“劣质水泥熟料”之称的转炉钢渣的利用率仅为10% -20%。国内钢铁企业产生的钢渣不能及时处理，致使大量钢渣占用土地，污染环境。然而钢渣并非不可用固体废弃物，其中含有大量的渣钢、氧化钙、铁以及氧化镁等可利用组分。所以，为使钢铁企业创造经济和环境效益，选择合适的处理工艺和利用途径来开发钢渣的再利用价值是十分必要和迫切的。
[0003]钢渣利用的途径很多，CN103849695A公开了一种钢渣的处理方法，该方法包括在能够将钢渣中的FeO氧化生成Fe3O4的条件下，将熔融态钢渣与含氧气体进行接触，所述含氧气体中氧气量使得钢渣中80%以上的FeO氧化生成Fe3O45S后将与含氧气体进行接触后的钢渣进行冷却、破碎、筛分和磁选，得到磁性铁。通过此种方法，不仅能够有效地回收钢渣中的全铁，提升钢渣的利用价值，还能够将得到的废渣有效地用于混凝土中。CN103553454A公开了一种利用钢渣作掺合料及作骨料的高性能混凝土的制备方法。混凝土由胶凝材料、骨料、减水剂和拌合水组成；胶凝材料由水泥、钢渣微粉和矿渣微粉复合而成；所用钢渣微粉、矿渣微粉的比表面积分别控制在400?600m2/kg、400?500m2/kg ;骨料由碎石、钢渣砂和河沙组成；钢渣砂的粒径在5?10mm，部分替代碎石，其掺量为20%?50%;高效减水剂预先溶于水，随拌合水掺入。此方法可配制C20?C60等级混凝土，提高钢渣的综合利用率；所得混凝土工作性能、力学性能各方面均良好，且耐久性得到明显改善。虽然钢渣的利用途径较多，但是对于高值化利用如应用在固体碱类水滑石并无报道。传统上，类水滑石材料制备一般是利用化学品成品，如六水合硝酸镁、九水合硝酸铝、氯化铁等。钢渣中含有多种金属元素，重整制备新型环保功能材料类水滑石是否可以像化学品成品制备的材料一样具备良好的吸附等性能值得研究。
[0004]由于类水滑石有层间可交换阴离子、插层功能和记忆效应等特点，可以用于污水处理，CN101269870报道了用LDHs为吸附剂，通过吸附和离子交换来去除废水中的无机磷，但是其LDHs为纯盐制备，且层间阴离子为OH、卤素、NO3 ;CN102863042A公开了利用印染废水中阴离子染料，将加入到水中的LDHs在处理该废水的同时制成有机水滑石，同时化工有机废水中的有机物被吸附到水滑石层间，与污染物一同除去；CN103394328A公开了一种羟基功能化离子液体/类水滑石复合材料的制备方法及应用技术，主要采用共沉淀法制得水滑石，用于除去水中双酚A、苯酚、或壬基酚污染物。CN103638905A、CN101653717A报道了LDHs对重金属铜、萊、铅和镉的吸附，但LDHs均为纯盐制备，就目前而言绝大部分技术仍处于研发阶段。
[0005]以固体废弃物钢渣为原料，重整制备环保功能材料类水滑石用于污水处理，以废治废，既能解决大量钢渣堆积占用土地、污染环境的问题，又能用于较广范围的污水处理，使固体废弃物得到高值化利用，经济环保。
【发明内容】
[0006]本
【发明内容】
所要解决的技术问题是:提供一种冶金渣重整制备环保功能材料的新方法，主要应用于印染、重金属、含磷等污水的处理，实现以废治废。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]本发明提供的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，包括以下步骤:
[0009](I)将钢渣与酸以一定质量比置于烧杯中，一定温度下溶解；
[0010](2)将步骤⑴得到的固液混合物过滤，得到滤液；
[0011 ] (3)将⑵得到的滤液，用Ca (OH) 2固体或NaOH固体调节PH至8_13，得到悬浮液；
[0012](4)将(3)得到的悬浮液100-200°C，水热合成6_50h，洗涤离心至中性，得到固体；
[0013](5)将⑷得到的固体80_200°C干燥，研磨得到粉末。
[0014](6)将(5)得到的粉末用于印染污水处理，如阳离子红染料污水；
[0015](7)将(5)得到的粉末用于重金属污水处理，如含Cr (VI)，Cu'VO3重金属污水；
[0016](8)将(5)得到的粉末用于含磷污水处理，如含H2PO4污水；
[0017](9)将(5)得到的粉末焙烧，去除率有一定量提高。
[0018]优选地，步骤(I)中，酸包括有机酸(乙酸、苯甲酸、杂多酸)和无机酸(盐酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸)，酸浓度为2-6mol/L ;
[0019]优选地，步骤(I)中，酸溶液与钢渣质量比为10-40，酸溶温度为70_120°C ;
[0020]优选地，步骤(3)中，PH= 8-13 ;
[0021]优选地，步骤(4)中，水热合成条件为100-200°C，6-50h ；
[0022]优选地，步骤(5)中，干燥温度为80-200°C，粉末为功能材料类水滑石，其阳离子M3+为Fe 3+、Al3+中一种或两种，M2+为Ca 2+、Mg' Mn2+中一种或两种；
[0023]优选地，步骤(6)中，阳离子红初始浓度为5-100ppm，吸附剂用量0.5_4g/L，吸附温度 20-65°C，时间 0.5-4h ；
[0024]优选地，步骤(7)中，Cr ( VI)初始浓度为3-100ppm，吸附剂用量0.3_4g/L，吸附温度 20-65°C，时间 0.3-6h ；
[0025]优选地，步骤(7)中，Cu2+初始浓度为5-200ppm，吸附剂用量0.6_6g/L，吸附温度20-80°C，时间 0.5-6h ；
[0026]优选地，步骤(7)中，VO3初始浓度为5-300ppm，吸附剂用量0.5-10g/L,吸附温度20-65°C，时间 0.5-20h ；
[0027]优选地，步骤(8)中，H2PO4初始浓度为Ι-lOOppm，吸附剂用量0.5_5g/L，吸附温度20-65°C，时间 0.3-8h ；
[0028]本发明所用对象为炼钢过程中产生的钢渣，其中含有钙、铁、硅、镁、铝和少量锰磷等的氧化物，主要矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物，有大量可利用组分，为大宗工业固体废弃物。将钢渣水热合成环保功能材料类水滑石，用于污水处理，以废治废。既解决了大量钢渣堆积占用土地、污染环境的问题，又可用于印染、重金属、含磷污水的处理，使固体废弃物得到高值化利用，具有良好的经济效益和广阔的工业化应用前景。
【附图说明】
[0029]图1为功能材料SEM图谱
[0030]图2为焙烧后功能材料SEM图谱
【具体实施方式】
[0031]下面结合实例对本发明专利进一步说明。
[0032]实施例1.
[0033]冶金渣重整制备环保功能材料的制备方法:
[0034](I)将钢渣与5mol/L的醋酸质量比1:25，90°C油浴搅拌溶解，得到固液混合物；
[0035](2)将步骤⑴得到的固液混合物过滤，得到滤液；
[0036](3)将⑵得到的滤液用Ca(OH)凋体调节PH至12，得到悬浮液；
[0037](4)将(3)得到的悬浮液150°C，水热合成16h，洗涤离心至中性，得到固体；
[0038](5)将(4)得到的固体80°C干燥，研磨成粉，得到层间阴离子为醋酸根离子的功能材料类水滑石。
[0039]本实施例制备的功能材料在吸附阳离子红印染污水中的应用:
[0040]将功能材料0.05g放入100mL50ppm的阳离子红染料污水中，46.3°C摇床震荡，4h后测试染料浓度为2.95ppm，脱色率为94.1 %。
[0041]实施例2.
[0042]冶金渣重整制备环保功能材料的制备方法:
[0043](I)将钢渣与3mol/L的盐酸质量比1:30，95°C油浴搅拌溶解，得到固液混合物；
[0044](2)将步骤⑴得到的固液混合物过滤，得到滤液；
[0045](3)将⑵得到的滤液用NaOH固体调节PH至11，得到悬浮液；
[0046](4)将(3)得到的悬浮液145°C，水热合成40h，洗涤离心至中性，得到固体；
[0047](5)将⑷得到的固体90°C干燥，研磨成粉。
[0048](6)将(5)得到的粉末450°C焙烧3h，得到功能材料类水滑石。
[0049]本实施例制备的功能材料在吸附重金属Cr ( VI)污水中的应用:
[0050]将功能材料0.2g放入200mL60ppm的铬酸钾污水中，65°C摇床震荡，6h后测试染料浓度为6.756ppm，去除率为88.74%。
[0051]实施例3.
[0052]冶金渣重整制备环保功能材料的制备方法:
[0053](I)将钢渣与4mol/L的醋酸质量比1:35，105°C油浴搅拌溶解，得到固液混合物；
[0054](2)将步骤⑴得到的固液混合物过滤，得到滤液；
[0055](3)将⑵得到的滤液用0&(0!1)2固体调节PH至12.5，得到悬浮液；
[0056](4)将(3)得到的悬浮液150°C，水热合成20h，洗涤离心至中性，得到固体；
[0057](5)将(4)得到的固体80.5°C干燥，研磨成粉，得到层间阴离子为醋酸根离子的功能材料类水滑石。
[0058]本实施例制备的功能材料在吸附Cu2+污水中的应用:
[0059]将功能材料0.1g放入100mL80ppm的Cu2+污水中，35°C摇床震荡，3h后测试染料浓度为6.76ppm，去除率率为91.55%。
[0060]实施例4.
[0061]冶金渣重整制备环保功能材料的制备方法:
[0062](I)将钢渣与3mol/L的硝酸质量比1:35，85°C油浴搅拌溶解，得到固液混合物；
[0063](2)将步骤⑴得到的固液混合物过滤，得到滤液；
[0064](3)将⑵得到的滤液用NaOH固体调节PH至10，得到悬浮液；
[0065](4)将⑶得到的悬浮液140°C，水热合成10h，洗涤离心至中性，得到固体；
[0066](5)将(4)得到的固体70°C干燥，研磨成粉，得到层间阴离子为硝酸根离子的功能材料类水滑石。
[0067]本实施例制备的功能材料在吸附VO3污水中的应用:
[0068]将功能材料5g放入100mL200ppm的NaVO3S水中，45°C摇床震荡，1h后测试染料浓度为13.2ppm，去除率率为93.4%。
[0069]实施例5.
[0070]冶金渣重整制备环保功能材料的制备方法:
[0071](I)将钢渣与3.5mol/L的硫酸质量比1:40，110°C油浴搅拌溶解，得到固液混合物；
[0072](2)将步骤⑴得到的固液混合物过滤，得到滤液；
[0073](3)将⑵得到的滤液用NaOH固体调节PH至12.3，得到悬浮液；
[0074](4)将⑶得到的悬浮液145°C，水热合成15h，洗涤离心至中性，得到固体；
[0075](5)将(4)得到的固体78°C干燥，研磨成粉，得到层间阴离子为硫酸根离子的功能材料类水滑石。
[0076]本实施例制备的功能材料在处理含磷污水中的应用:
[0077]将功能材料0.1g放入100mL50ppm的ΚΗ2Ρ04ψ，25°C摇床震荡，4h后测试染料浓度为6.53ppm，去除率为86.94%。
【主权项】
1.一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，包括以下步骤: (1)将钢渣与酸以一定质量比置于烧杯中，一定温度下溶解； (2)将步骤(I)得到的固液混合物过滤，得到滤液； (3)将⑵得到的滤液，用Ca(OH)2固体或NaOH固体调节PH至8_13，得到悬浮液； (4)将(3)得到的悬浮液100-200°C，水热合成6-50h，洗涤至中性，得到固体； (5)将(4)得到的固体80-200°C干燥，研磨得到粉末。 (6)将(5)得到的粉末用于印染污水处理，如阳离子红染料污水； (7)将(5)得到的粉末用于重金属污水处理，如含Cr(VI)，Cu2+，VO3重金属污水； (8)将(5)得到的粉末用于含磷污水处理，如含H2PO4污水； (9)将(5)得到的粉末焙烧，去除率有一定量提高。2.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述酸包括有机酸(乙酸、苯甲酸、杂多酸)和无机酸(盐酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸)，酸浓度为2-6mol/L。3.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述酸溶液与钢渣质量比为10-40，酸溶温度为70-120°C。4.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述PH = 8-13。5.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述水热合成条件为100-200°C，6-50h。6.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述干燥温度为80-200 °C。7.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述粉末为功能材料类水滑石，其阳离子M3+为Fe 3+、Al3+中一种或两种，M2+为Ca 2+、Mg'Mn2+中一种或几种。8.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述阳离子红初始浓度为5-100ppm，吸附剂用量0.5-4g/L，吸附温度20_65°C，时间.0.5-4h09.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述Cr( VI)初始浓度为3-100ppm，吸附剂用量0.3_4g/L，吸附温度20_65°C，时间.0.3_6h。10.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述Cu2+初始浓度为5-200ppm，吸附剂用量0.6_6g/L，吸附温度20-80°C，时间.0.5_6h。11.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述VO3初始浓度为5-300ppm，吸附剂用量0.5-10g/L,吸附温度20-65°C，时间.0.5~20ho12.按照权利要求1所述的一种冶金渣重整制备环保功能材料用于污水处理的方法，其中所述H2PO4初始浓度为Ι-lOOppm，吸附剂用量0.5_5g/L，吸附温度20_65°C，时间.0.3~8h0
【文档编号】B01J20/10GK105854784SQ201510026007
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月19日
【发明人】王晨晔, 陈艳, 李会泉, 王利国
【申请人】中国科学院过程工程研究所