一种改性煤矸石吸附剂的制备方法和应用与流程

本发明涉及一种改性煤矸石吸附剂的制备方法及应用，属于固体废物资源化利用领域。
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：在倡导绿色经济的今天，随着社会经济生活生产对煤炭资源需求量的增加，煤矸石积存量也日益增多，这一问题逐渐成为我国资源有效利用以及煤矸石资源化的主要任务。煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，每年的排放量相当于当年煤炭产量的10％左右，目前已累计堆存30多亿吨，占地约1.2万公顷，是目前我国排放量最大的工业固体废弃物之一。我国煤炭系统现在每年还要排放出近1亿吨煤矸石。随着国民经济的发展，煤炭需求总量不断增加，煤矸石的产生量还会大幅增加，煤矸石对环境污染已成为我国煤炭行业最为突出的环境问题之一。煤矸石又是一种可供开发和利用的自然资源，必须依靠科技进步对煤矸石进行充分的资源化利用，变废为宝，减少煤矸石对环境所带来的危害。含铅废水排放是铅污染的重要原因之一，含铅废水主要来源于冶金、金属加工、机械制造、化学药剂、石油加工、油漆颜料、纺织、电子等行业。国家《污水综合排放标准》(gb8978—2002)中规定排放废水中总铅含量不得高于1.0mg/l。由于铅及其化合物通过各种途径进入人体后，难以通过代谢排出体外，对肾脏、神经系统有很大影响，因此进行含铅废水的处理具有实际意义。传统处理含铅(ⅱ)废水的处理方法有：化学沉淀法、离子交换法、生物吸附法、电解法等。传统处理方法有：处理效果不理想、处理成本高、反应周期长、能耗高等缺点。技术实现要素：本发明针对传统含铅(ⅱ)废水处理效果差的问题，提供一种充分利用废弃的煤矸石制备新型的吸附剂，能够有效吸附废水中的铅(ⅱ)离子，同时还能够去除cod。本发明方法操作简单、生产成本低廉，吸附率高，具有很高的实用价值。本发明的目的是采用如下技术方案实现的：一种改性煤矸石吸附剂，由煤矸石、石灰石和氯化铝经高温焙烧制得。一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，包括如下步骤：1)用水冲洗煤矸石2～3次，放入烘箱中，烘干后粉碎，过筛，取筛下物为煤矸石粉；2)将煤矸石粉、石灰石和氯化铝均匀混合，在缺氧条件下焙烧；3)自然冷却后得到吸附剂。优选的，上述的一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，按质量比，煤矸石∶石灰石：氯化铝＝1∶1-3：0.1-0.2。优选的，上述的一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，步骤1)中烘干温度为50-70℃，烘干时间为20-30h。优选的，上述的一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，步骤1)煤矸石粉碎后粒径为63-107μm。优选的，上述的一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，步骤2)中焙烧的温度为700-900℃，焙烧的时间为80-100min。优选的，上述的一种改性煤矸石吸附剂的制备方法，煤矸石粉中，按重量百分比，含有35～45％sio2、25～30％al2o3、5～10％cao、2～5％mgo、5～10％fe2o3，烧失量10～25％。上述的一种改性煤矸石吸附剂在吸附废水中铅(ⅱ)离子中的应用。方法如下：将上述的改性煤矸石吸附剂加入到含铅(ⅱ)离子废水中。优选的，每立方米含铅(ⅱ)废水加入10～12kg吸附剂，搅拌反应80～100min。本发明的有益效果是：1)本发明通过石灰石和氯化铝对煤矸石进行改性，煤矸石在高温焙烧时，内部微晶结构发生膨胀，呈疏松状态，ca2+可以形成无定形的caco3，金属离子就会吸附在无定形的caco3上，caco3和金属离子被束缚到煤矸石的一些无定形金属氧化物上，进而被吸附去除。反应生成硅酸铝盐，不仅提高了表面活化性，而且煤矸石便面形成孔洞，增加了颗粒的比表面积，能够有效提高吸附性能。2)本发明，原材料来源广泛，成本低廉；3)本发明所用原料为煤矿业固体废弃物，属于资源再利用，对环境无毒害。4)本发明改性煤矸石吸附剂的制备简便，效果显著，对含铅(ⅱ)废水的铅(ⅱ)离子吸附率可达99.5％，同时对cod去除率可达66.4％，与其他同种铅(ⅱ)离子吸附剂相比处理cod的效率较高。附图说明图1改性煤矸石的粒度与含铅(ⅱ)废水吸附效果的关系。图2改性煤矸石的投加量与含铅(ⅱ)废水吸附效果的关系。图3吸附时间与含铅(ⅱ)废水吸附效果的关系。具体实施方式下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于此。由于各地污水水质及所采用的处理工艺有所差别，预处理参数也会产生相应变化，因此在不违背本发明的实质和所附权利要求范围的前提下，可对本发明中关键参数做适当调整。实施例1取铁岭某煤炭开采区取来的煤矸石，其化学成分如表1。用蒸馏水冲洗煤矸石2～3次，放入烘箱中，于55℃烘烤24h，粉碎，过200目筛，取筛下物为煤矸石粉。将100份的煤矸石粉末、150份的石灰石和14份的氯化铝均匀混合，在800℃缺氧条件下焙烧1.5h后自然冷却，即可获得改性煤矸石吸附剂。表1成分sio2al2o3caomgofe2o3烧失量比例(％)352563724实施例2(一)污水来源污水来自某蓄电池厂生产过程中产生的含铅(ⅱ)废水，铅(ⅱ)离子浓度为100mg/l，cod为3298.8mg/l。(二)改性煤矸石的粒度对含铅(ⅱ)废水吸附效果的影响方法：取污水50ml，将改性煤矸石筛分，分别取粒径为107μm、96μm、84μm、74μm、70μm、63μm的改性煤矸石0.5g，振荡吸附80min，对混合液进行离心分离，取上清液测铅(ⅱ)离子浓度及cod，结果如图1。由图1中的试验结果可以看出，随着改性煤矸石粒度的增加，cod的去除率变化不大，铅(ⅱ)离子的吸附率随粒度减小而增加，在粒径为74μm时，对铅(ⅱ)离子的去除率达到99.8％，对cod的去除率达到66.7％。因此优选粒径为74μm。(三)改性煤矸石的投加量对含铅(ⅱ)废水吸附效果的影响方法：取污水50ml，分别取粒径为74μm的改性煤矸石0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7g于50ml的污水中，振荡吸附80min，对混合液进行离心分离，取上清液测铅(ⅱ)离子浓度及cod，结果如图2。由图2中的试验结果可以看出，随着改性煤矸石吸附剂投加量的增加，铅(ⅱ)离子浓度及cod的去除率逐渐增大，当投加量为0.5g时，对铅(ⅱ)离子的去除率达到99.8％，对cod的去除率达到66.7％。因此，本发明优选改性煤矸石吸附剂的最佳投加量为10～12kg/m3废水。(四)吸附时间对含铅(ⅱ)废水吸附效果的影响方法：取污水50ml，再取粒径为74μm的改性煤矸石0.5g与50ml废水混合，分别在震荡20，40，60，80，100，120，140min时取离心后上清液测定其铅(ⅱ)离子浓度及cod，考察了不同吸附时间时改性煤矸石对含铅(ⅱ)废水的处理效果，结果如图3。由图3中的试验结果可以看出，随着吸附时间的增加，铅(ⅱ)离子浓度及cod度的去除率逐渐增大，当震荡吸附80-100min时，对铅(ⅱ)离子的去除率达到99.8％，对cod的去除率达到66.7％。因此，本发明优选吸附时间为80～100min。对比例1取铁岭某煤炭开采区取来的煤矸石，同实施例1。用蒸馏水冲洗煤矸石2～3次，放入烘箱中，于55℃烘烤24h，粉碎，过200目筛，取筛下物为煤矸石粉。将100份的煤矸石粉末，在800℃缺氧条件下焙烧1.5h后自然冷却，即可获得煤矸石吸附剂。取实施例2中的污水50ml，加入0.5g上述煤矸石粉，震荡吸附80min。实施例1和对比例1吸附铅(ⅱ)离子及cod的情况见表2。表2铅(ⅱ)离子吸附率(％)cod去除率(％)对比例185.437.6实施例199.866.7当前第1页12