一种复合改性粉煤灰及其制备方法技术

一种复合改性粉煤灰，由以下重量份数的原料制备而得：煅烧后的粉煤灰18～22份、H2SO43.5～5份、NH4Cl 0.8～1.2份以及HDTMA 3.5～4.5份。制备方法步骤如下：将煅烧后的粉煤灰加入到H2SO4溶液中，然后缓慢投加NH4Cl固体粉末，边加边搅拌，再缓慢地滴加HDTMA溶液，搅拌均匀，继续水浴1～3h后，冷却，过滤，滤渣干燥后即得。粉煤灰经过HTDMA和NH4Cl复合改性后，粉煤灰表面的玻璃体结构遭到破坏，出现了大量的Al和Si活性基团，复合改性粉煤灰的比表面积、孔隙率和平均孔径较原粉煤灰均有所增大，复合改性粉煤灰的表面可以附着更多的物质，吸附能力得到提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料领域，具体是一种复合改性粉煤灰及其制备方法。
技术介绍
矿产行业是我国经济的重要组成部分，随着我国经济和科技的快速发展，人们开采利用的矿产资源越来越多。我国拥有种类繁多的有色金属矿产资源，铅、锌、锡、汞等矿物资源的产量和储量均位居世界前列，其他金属矿产例如铁、锰、铜、铝、镍、金、银等在工业上也有大量的需求。这些矿石的开采量大，而我国的矿石品位普遍较低，内含大量杂质，需要经过选矿后才能用于冶炼，因此会产生大量的尾矿。尾矿是金属和非金属矿山开采出的矿石，经过破碎、磨矿和分选等选矿工艺选出有价值的精矿后排出的废渣，一般与选矿药剂混合成泥浆形态排入尾矿库中露天堆放。尾矿堆放在露天环境下，会占用大量的土地，同时，尾矿中含有众多对环境有害的物质。在选矿过程中，大量有毒的选矿药剂残留在尾矿中，尾矿本身还残留有多种重金属元素，例如锌、铅、镉和砷等。在酸性降雨条件下，尾矿中的重金属元素易被淋溶出来进入地下水、地表水、土壤和植物中，最终通过食物链危害到人类的健康。尾矿的重金属污染是一个重要的环境隐患，这些重金属可能随着雨水被淋溶出来，对周边环境造成污染，所以从源头上抑制重金属被淋溶出，成为了控制重金属污染的主要技术。目前在国内外研究中，主要的控制方法有中和法、覆盖隔离法和钝化法。粉煤灰(flyash)是煤炭燃烧后从烟气中截留下来的细灰，也称为飞灰，是火力发电厂等燃煤锅炉排出的主要固体废弃物之一。在煤炭燃烧过程中，粒径小于100μm的煤粉颗粒悬浮于炉膛内，温度可以达到1300℃，有机碳部分被充分燃烧，不可燃烧的无机矿物部分在高温下呈液滴状，这些液滴在烟气中迅速冷却，因为温度变化过快而无法形成晶体结构，最终成为了以Si-Al为主的玻璃体结构颗粒物，这些颗粒物被烟气除尘装置收集起来，即为粉煤灰粉煤灰作为燃煤电厂排出的主要固体废弃物，产量大，价格低廉。1950年之后，随着电力行业的发展，粉煤灰的产量迅速增加，部分发达国家纷纷开始了对粉煤灰的应用研究。目前，粉煤灰已经成为了固体矿物材料的一种，被广泛应用于各种行业，在美国，粉煤灰的利用率为80％，而日本对于粉煤灰的利用率可以达到90％以上。国内对于粉煤灰的应用研究起步较晚，1980年之前，我国粉煤灰的利用率不足10％，随着我国经济高速的增长，粉煤灰的 产量和利用率也在快速增长，到2015年为止，我国粉煤灰的年产量已经高达6.2亿吨，利用率在70％左右。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种复合改性粉煤灰及其制备方法，并将改性粉煤灰应用于处理尾矿中的重金属，利用改性粉煤灰的吸附性能降低尾矿浸出液中Zn的浓度，从源头控制尾矿重金属污染。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种复合改性粉煤灰，由以下重量份数的原料制备而得：煅烧后的粉煤灰18～22份、H2SO4 3.5～5份、NH4Cl 0.8～1.2份以及HDTMA 3.5～4.5份。所述复合改性粉煤灰的制备方法，包括如下步骤：(1)按照所述重量份数，称取煅烧后的粉煤灰和NH4Cl，量取H2SO4溶液和HDTMA溶液，(2)将煅烧后的粉煤灰加入到H2SO4溶液中，搅拌配制成第一粉煤灰悬浊液；(3)向第一粉煤灰悬浊液中缓慢投加NH4Cl固体粉末，边加边搅拌，得到第二粉煤灰悬浊液；(4)缓慢地将HDTMA溶液滴加到第二粉煤灰悬浊液中，搅拌均匀，得到第三粉煤灰悬浊液；(5)第三粉煤灰悬浊液继续水浴1～3h后，冷却，过滤，滤渣干燥后即得所述复合改性粉煤灰。步骤(1)所述粉煤灰的煅烧具体操作为，将过100～500目筛的粉煤灰置于马弗炉中，在700～1000℃下煅烧1～3h。所述H2SO4溶液的质量浓度为1.7～2.5％。所述HDTMA溶液的物质的量为50～60mmol/L。步骤(3)在40～50℃水浴条件下进行。步骤(4)在55～65℃水浴条件下进行。步骤(5)所述水浴温度为55～65℃。得到第二粉煤灰悬浊液30min后，再进行步骤(4)的操作。所述的复合改性粉煤灰的制备方法，将过200目筛的粉煤灰置于马弗炉中，在800℃下煅烧2h，称取20g煅烧后的粉煤灰加入到200mL质量浓度2％的硫酸溶液中，搅拌配制成第一粉煤灰悬浊液；在40℃水浴条件下，向第一粉煤灰悬浊液中缓慢投加1.0g NH4Cl固体粉末，边加边搅拌，得到第二粉煤灰悬浊液；30min后，在60℃水浴中，缓慢地将200mL 55mmol/L的HDTMA溶液滴加到第二粉煤灰悬浊液中，搅拌均匀，得到第三粉煤灰悬浊液；第三粉煤灰悬浊液继续在60℃水浴2h，水浴结束后，冷却，过滤，用蒸馏水清洗滤饼4到5次，将所得滤饼在60℃烘箱中烘干，研磨，过100目筛，即得复合改性粉煤灰。与现有技术相比较，本专利技术具备的有益效果：在模拟尾矿浸出液实验中，单因素实验结果表明，改性粉煤灰对Zn的去除率最高为96.8％，在改性粉煤灰处理实际尾矿浸出液中，改性粉煤灰对Zn的去除率最高为91.9％，表明本专利技术所述复合改性粉煤灰的吸附能力较原粉煤灰有了显著增加。模拟酸雨实验结果表明改性粉煤灰适合在酸雨频发地区使用。等温吸附实验结果表明改性粉煤灰对Zn的吸附过程符合Langmuir方程和Freundlich方程，为单分子层吸附，改性粉煤灰的饱和吸附量为17.39mg/g，吸附能力与改性前相比有了显著的提高。通过SEM、XRD和IR的表征结果和对改性机理的分析可知，粉煤灰经过HTDMA和NH4Cl复合改性后，粉煤灰表面的玻璃体结构遭到破坏，出现了大量的Al和Si活性基团，复合改性粉煤灰的比表面积、孔隙率和平均孔径较原粉煤灰均有所增大，复合改性粉煤灰的表面可以附着更多的物质，吸附能力得到提升。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术的技术方案作进一步阐述。实施例1第一部分 实验材料与方法1.1实验材料与仪器实验所用尾矿样品采自广西河池某锡矿尾矿库(东经107°34′7.11″，北纬25°12′22.53″)，采样点平均深度为表层以下20cm，样品在室温条件下自然风干，经研磨后过40目筛，密封保存备用。经过前期实验，对尾矿性质的分析可知，尾矿中Zn的含量最高，为3555mg/kg。尾矿渗滤液基本性质见表1-1。实验所用粉煤灰来源于南宁某发电厂，粉煤灰经研磨后过100目筛，密封保存备用，基本性质和主要化学组成见表1-2。其他实验所需化学药品见表1-3，实验仪器见表1-4。表1-1尾矿渗滤液基本性质表(mg/L)表1-2粉煤灰基本性质表表1-3主要实验试剂表1-4主要实验仪器1.2实验方法1.2.1改性粉煤灰的制备将过200目筛的粉煤灰置于马弗炉中，在800℃下煅烧2h，称取20g煅烧后的粉煤灰加入到200mL质量浓度2％的硫酸溶液中，搅拌配制成第一粉煤灰悬浊液；在40℃水浴条件下，向第一粉煤灰悬浊液中缓慢投加1.0g NH4Cl固体粉末，边加边搅拌，得到第二粉煤灰悬浊液；30min后，在60℃水浴中，缓慢地将200mL 55mmol/L的HDTMA溶液滴加到第二粉煤灰悬浊液中，搅拌均匀，得到第三粉煤灰悬浊液；第三粉煤灰悬浊液继续在60℃水浴2h，水浴结束后，冷却，过滤，用蒸馏水清洗滤饼4到5次，将所得滤饼在60℃烘箱中烘干，研磨，过100目筛，即得复合改性粉煤灰。1.2.2改性粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合改性粉煤灰，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而得：煅烧后的粉煤灰18～22份、H2SO43.5～5份、NH4Cl0.8～1.2份以及HDTMA 3.5～4.5份。

【技术特征摘要】
1.一种复合改性粉煤灰，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而得：煅烧后的粉煤灰18～22份、H2SO43.5～5份、NH4Cl0.8～1.2份以及HDTMA 3.5～4.5份。2.如权利要求1所述复合改性粉煤灰的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照所述重量份数，称取煅烧后的粉煤灰和NH4Cl，量取H2SO4溶液和HDTMA溶液，(2)将煅烧后的粉煤灰加入到H2SO4溶液中，搅拌配制成第一粉煤灰悬浊液；(3)向第一粉煤灰悬浊液中缓慢投加NH4Cl固体粉末，边加边搅拌，得到第二粉煤灰悬浊液；(4)缓慢地将HDTMA溶液滴加到第二粉煤灰悬浊液中，搅拌均匀，得到第三粉煤灰悬浊液；(5)第三粉煤灰悬浊液继续水浴1～3h后，冷却，过滤，滤渣干燥后即得所述复合改性粉煤灰。3.如权利要求2所述的复合改性粉煤灰的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粉煤灰的煅烧具体操作为，将过100～500目筛的粉煤灰置于马弗炉中，在700～1000℃下煅烧1～3h。4.如权利要求2所述的复合改性粉煤灰的制备方法，其特征在于，所述H2SO4溶液的质量浓度为1.7～2.5％。5.如权利要求2所述的复合改性粉煤灰的制备方法，其特征在于，所述HDTMA溶液的物质的量为50～...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维生，应成璋，李磊，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45