利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法。本方法利用磁选后的含铁量较少的钢渣尾渣对废水中的重金属离子进行去除，其步骤包括：将磁选后的钢渣尾渣进行研磨、干燥、筛选后，置于反应器中；将废水(含重金属离子)加入反应器中，并充分混合；固液分离出尾渣，得到处理后出水。本发明所用的水处理材料为磁选后的钢渣尾渣，成本低廉，来源广泛，比重大，故使用后便于回收，不易产生二次污染。另外，钢渣尾渣本身属于固体废物，将其应用在废水处理当中，达到了“以废治废”的目的，具有良好的经济和环保效益。
【专利说明】利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业废水处理及固体废弃物资源化利用领域，涉及一种利用磁选后的钢渣尾渣对重金属离子废水的处理技术。
【背景技术】
[0002]近年来，随着社会的发展，重金属污染已经成为了社会发展所带来的一把不能忽视的利剑，深深的影响着环境保护，尤其是水环境保护的研究发展方向。重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。重金属离子主要来自有色冶炼、电镀、化工、印染、矿业等行业，且作为污染物质排入环境后，不能被微生物所降解，只能发生形态间的相互转化及分散和富集，并且沿生物链传递富集，最终由水产品和植物进入人体，危及人类身体健康。例如，镉是一种人体的非必需元素，具有生物毒性，长期摄入会致使镉在体内蓄积，可导致呼吸道和肝、肾等方面的疾病，引发“痛痛病”。2011年4月初，我国首个“十二五”专项规划——《重金属污染综合防治“十二五”规划》获得国务院正式批复，防治规划力求控制5种重金属，5种重金属分别为:铅、汞、镉、铬、砷。因此，对于废水中的重金属的治理已经到了不容忽视的地步。用于处理水中重金属离子的方法有很多，如:生物技术修复法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法、吸附絮凝法等，但是由于这些方法的处理成本普遍偏高，应用到实际的废水处理当中时受到限制，因此寻找一种经济实用的水处理材料迫在眉睫。
[0003]钢渣是炼钢过程中排出的熔渣，即在炼钢过程中利用空气或氧气去氧化炉料(主要是生铁)中的碳、硅、锰、磷等元素，并在高温下与熔剂(主要是石灰石)起反应形成的熔渣，其构成主要包括:金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蚀的炉衬料和炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢铁性质而专门加入的造渣材料等。故常说:炼钢的过程就是一个造渣的过程。钢渣的主要化学成份有CaO、SiO2, FeO, Fe203> A1203> MgO等，随着碱度不同钢渣中主体矿物相有所差别，但其组成基本恒定。`
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种利用磁选后的钢渣尾渣对水中的重金属离子进行去除的方法，本发明能够有效地去除水中的重金属离子，降低水中重金属离子带来的危害，且使用后不会对环境产生二次污染。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:
(O 将磁选后的钢渣尾渣进行研磨、干燥、筛选，备用；
(2)将(I)所述的钢渣尾渣按比例投加到重金属离子废水的反应器中；
(3)使钢渣尾渣与重金属离子废水充分反应混合；
(4)固液分离出尾渣，得到处理后出水；
步骤(1)中钢渣来源包括转炉钢渣、平炉钢渣和电炉钢渣。磁选后经研磨、干燥、筛选的钢渣尾渣研磨后粒径应在5~500目之间。
[0006]步骤(2)中所述的投加比例应在1: f 1:500 (按重金属:钢渣尾渣重量比计)之间，在不同条件下，为提高处理效果，增大尾渣与重金属离子的投加比例。本方法适用于各种初始浓度的重金属离子废水的处理，所述的重金属离子包括:镉、铜、锌、铅、铬等金属离子。且在处理过程中可以调节pH值和温度在适宜范围。
[0007]步骤(3)中反应过程可采用动态连续或者静态间歇过程，包括振荡和搅拌等方法混合，反应时间在lh~36h之间。
[0008]步骤(4)中固液分离的方法包括沉淀、离心、过滤等方法，且沉淀时间在3(T900min之间，并分离或回收反应后的尾渣。
[0009]本发明与现有技术相比，其显著优点:本发明选用的为经过磁选铁后抛弃的钢渣尾渣,其中含铁量少,成本更为低廉,来源更加广泛。
[0010]因钢渣尾渣中的主要成分为CaO、A1203、MgO等金属氧化物，当其置于水中易生成氢氧根离子，使溶液成碱性。且水中的重金属离子可与氢氧根离子形成稳定的氢氧化物沉淀，因此可利用尾渣的这种混凝沉淀作用来去除废水中的部分重金属离子。另外，钢渣疏松多孔，比表面积大，具有一定的吸附能力，故钢渣尾渣还是一种很好的吸附处理剂。另外，钢渣尾渣还具有比重大，沉降性能好的特点，故使用后便于回收，不易产生二次污染。综合钢渣尾渣所具有的这些物理化学性质，利用钢渣尾渣去除废水中的重金属离子是一种行之有效的办法。除此之外，钢渣本身即是一种固体废物，利用钢渣处理废水，使其达到排放要求，并实现“以废治废”的目的，以及良好的经济和环保效益。
[0011]本发明以磁选后的钢渣尾渣作为水处理剂，利用其自身的物理化学性质能够很好的去除水中的重金属离子，且处理效果稳定，操作过程简单，易于掌握，来源广泛，成本低廉，相对于普遍使用的化学沉淀法和传统的吸附材料，具有显著的优势。因此，本发明用于去除废水中的重金属离子具有良好的经济价值、实用价值以及环保价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为在温度为25°C，`转速为150r/min的中性条件下，9(Tl50目钢渣尾渣对不同浓度镉溶液中Cd( II )的吸附效果。其中横坐标为吸附平衡后溶液中Cd( II )的浓度，纵坐标为钢渣尾渣对Cd( II )的吸附量。由图可以看出，钢渣尾渣对于水中的Cd( II )的吸附量随着浓度的增加而显著增大。
[0013]图2为在中性条件下，不同时间的钢渣尾渣对镉溶液中Cd( II )的吸附效果。其中横坐标为吸附时间，纵坐标为钢渣尾渣对Cd( II )的吸附量。由图可以看出，钢渣尾渣对水中的Cd( II )去除较为迅速。
[0014]图3为钢渣尾渣投加量对吸附Cd( II )的影响。
[0015]图4为不同转速的条件下，钢渣尾渣对溶液中Cd( II )的去除率的变化趋势。其中横坐标为转速，纵坐标为钢渣尾渣对于溶液中Cd( II )的去除率。由图可以看出，在不同的摇床转速下，钢渣尾渣对于Cd( II )均有较好的去除效果。
[0016]图5为粒径的不同对于钢渣尾渣去除溶液中Cd( II )的影响。其中横坐标为粒径，纵坐标为钢渣尾渣对Cd( II )的去除率。
[0017]图6为在投加比例不变的条件下，不同的Cd( II )初始浓度对于钢渣尾渣吸附量的影响。其中横坐标为Cd( II )初始浓度，纵坐标为钢渣尾渣对Cd( II )的吸附量。【具体实施方式】以下以镉离子(Cd( II ))和铜离子(Cu( II ))为例，结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
实施例1:称取粒径为90-150目的钢渣尾渣粉末0.2g，加入200ml不同浓度的pH中性含镉溶液中，放入恒温摇床中，在温度为25°C，转速为150r/min的条件下反应24h后取样。水样沉淀30分钟后，过滤，测定出水中镉的浓度。镉的浓度采用原子吸收分光光度计进行测定，处理效果见附图1，其中尾渣对于水中的镉离子的吸附量随着初始浓度的增大而增加，最大吸附量约为150mg/g。
[0018]实施例2:称取粒径为90~150目的钢渣尾渣粉末lg，加入1000ml浓度为100mg/L的pH中性含镉溶液中，在恒温磁力搅拌器条件下混合，并在不同的时间进行取样。水样在4000r/min的条件下离心10分钟，再经过滤后，测定出水中镉的浓度。镉的浓度采用原子吸收分光光度计进行测定，处理效果见附图2，由图可知，当反应时间大于lh，去除效果较好，且保持稳定。
[0019]实施例3:称取不同重量粒径为90-150目的钢渣尾渣粉末，即以不同的投加比例加入100ml浓度为100mg/L的pH中性含镉溶液中，放入恒温摇床中，在温度为25°C，转速为150r/min的条件下反应24h后取样。水样沉淀60分钟后，过滤，测定出水中镉的浓度。镉的浓度采用原子吸收分光光度计进行测定，其处理效果见附图3，由图可知，在一定浓度下，存在最佳投加比例。[0020]实施例4:称取粒径为90~150目的钢渣尾渣粉末lg，加入1000ml浓度为100mg/L的PH中性含镉溶液中，在不同转速下进行混合2h后取样。水样在4000r/min的条件下离心10分钟，再经过滤后，测定出水中镉的浓度。镉的浓度采用原子吸收分光光度计进行测定，其处理效果见附图4，由图可知，在不同的搅拌速度下，尾渣均具有较好的去除效果。
[0021]实施例5:称取不同粒径的钢渣尾渣粉末，按质量比为1:10 (镉:尾渣)的比例投加入浓度为100mg/L中性含镉溶液中，在温度为25°C，转速为180r/min的条件下反应2h后取样。水样在4000r/min的条件下离心10分钟，再经过滤后，测定出水中镉的浓度。镉的浓度采用原子吸收分光光度计进行测定，其处理效果见附图5。由图可知，去除率随着粒径的减小而增加，但整体去除率均在65%以上。
[0022]实施例6:称取90-150目的钢渣尾渣粉末，按质量比为1:10 (镉:尾渣)的比例投加入不同浓度的中性含镉溶液中，在温度为30°C，转速为180r/min的条件下反应2h后取样。水样在4000r/min的条件下离心10分钟，再经过滤后，测定出水中镉的浓度。镉的浓度采用原子吸收分光光度计进行测定，其处理效果见附图6。由图可知，在投加比例不变的情况下，初始浓度对于去除率的影响不大，因此，投加比例为控制去除效果的关键因素。
[0023]实施例7:依据以上的实施例的实施方法，对铜离子(Cu ( II ))进行了同样的实验。结果表明，在投加比例在1:5~1:20 (铜:尾渣)，反应时间在ltT36h的情况下，去除率均达到了 90%以上，说明磁选后的钢渣尾渣对于水中的铜离子也具有较好的去除效果。
[0024]通过以上的实施例可以说明，钢渣尾渣对于水中的重金属离子均具有较好的处理效果。运用钢渣尾渣处理重金属离子废水，在一定条件下混合反应后，出水水质可以达到国家规定的工业废水排放标准的要求。
【权利要求】
1.一种利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)将磁选后的钢渣尾渣进行研磨、干燥、筛选后，备用； (2)将步骤(1)所述的钢渣尾渣按比例投加到含有重金属离子废水的反应器中； (3)使钢渣尾渣与含有重金属离子废水充分混合反应； (4)固液分离出尾渣，得到处理后净化的出水。
2.根据权利要求1中所述的利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法，其特征在于步骤(1)中所述的钢渣尾渣来源包括转炉钢渣、平炉钢渣和电炉钢渣。
3.根据权利要求1中所述的利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法，其特征在于:步骤(1)中所述的磁选后的钢渣尾渣的粒径在5~500目之间。
4.根据权利要求1中所述的利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法，其特征在于:步骤(2)中所述的投加比例在1~1:500之间，按重金属:钢渣尾渣重量比计。
5.根据权利要求1中所述的利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法，其特征在于:步骤(2)中所述的反应器的反应方式为静态反应或动态反应。
6.根据权利要求1中所述的利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法，其特征在于:步骤(3)中所述的反应时间为lh~36h。
7.根据权利要求1中所述的利用磁选后的钢渣尾渣去除水中金属离子的方法，其特征在于:步骤(4)中所述的固液分离的方法为沉淀、离心或过滤，沉淀时间在3(T900min之间。
【文档编号】C02F1/28GK103508507SQ201210220254
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】安立超, 惠咏薇 申请人:南京理工大学