一种羟基铁结合超导磁分离用于水中磷资源化的方法技术

本发明专利技术公开了一种羟基铁结合超导磁分离用于水中磷资源化的方法，其特征在于，将羟基铁吸附剂以0.1‑20g/l的投加量加入含磷待处理水中；充分搅拌10‑30 min后，利用磁场强度大于3T的高梯度超导磁选机进行固液分离，利用清水或含碱洗脱液再生高梯度介质，洗脱后的含磷羟基铁吸附材料经搅拌解吸及进一步固液分离，得到再生羟基铁吸附剂和含磷碱性浓液，羟基铁粉作为羟基铁吸附剂再次利用，含磷碱性浓液加入氢氧化钙、氧化钙或钙盐制备磷酸钙产品。本发明专利技术在磁场中高效捕集粉体羟基铁吸附剂，其后对已吸附磷的羟基铁吸附剂进行碱解吸，解吸的磷浓液投加钙盐生产磷酸钙，最终实现水中磷的资源回收。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磷提取
,涉及一种羟基铁结合超导磁分离用于水中磷资源化的方法。
技术介绍
羟基铁是自然形成且可方便合成的一类廉价铁系矿物，常见的包括针铁矿（Goethite，α-FeOOH），四方针铁矿（Akaganeite，β-FeOOH），纤铁矿（Lepidocrocite，γ-FeOOH），六方纤铁矿（Feroxyhyte，δ-FeOOH）和水铁矿（Ferrihydrite，Fe5HO8·4H2O）。其中，双峰水铁矿（2-LineFerrihydrite）常被称为无定型氧化铁（Amorphousironoxide）或羟基氧化铁（Hydrousferricoxide）羟基铁类矿物在自然界中广泛存在，由于其活跃的表面性质、微纳米结构和较大的比表面积，在污染物迁移转化过程发挥重要作用。与此同时，大量研究表明羟基铁对磷有较好的吸附能力。羟基铁吸附材料与水分离是实现污染去除的关键环节，其中，吸附床填充和混凝是目前较成熟的分离工艺。吸附床工艺要求吸附剂具有一定的粒度，从而减少床体的压力损失。自然形成及工业合成的羟基铁一般粒径较细，甚至为微纳米结构。造粒和负载是两种主要的吸附床用羟基铁基吸附剂的制造路线，其中，粒状羟基铁(Granularferrichydroxide,GFH)在给水与废水处理领域已取得相当的商业成功，得到广泛工业应用；颗粒活性炭、陶粒等负载羟基铁也有大量的研究和性能测试报道。然而，造粒及负载工艺一定程度损失了羟基铁微纳米结构的优良吸附性能，大幅推高了吸附剂的制造成本，同时，吸附床装填之后，功能材料的理论吸附容量相比充分混合的吸附过程大幅下降。混凝工艺对吸附剂本身无特别要求，应用广泛。由于吸附剂在与水分离过程中，裹挟了大量的悬浮颗粒物及絮凝剂水解产物，吸附剂无法再生回用且污泥易造成二次污染。因此，传统的羟基铁应用工艺存在一定缺陷，制约了羟基铁的使用效率，同时推高了水处理成本。磁分离是一种基于磁性矿物在磁场中受力原理，实现磁性矿物精准分离的技术。在磁场中受磁力是矿物的固有属性，其在磁场中的受力Fmag由式（1）决定：（1）式中，为真空磁导率，为矿物颗粒的体积，为磁场梯度，M为矿物的磁化强度，其为与磁场强度相关的物理量，可通过振动磁强计测定，单位为emu/g。根据矿物在磁场中的易磁化程度，一般可将矿物分为强磁性，弱磁性和非磁性矿物。强磁性矿物与弱磁性矿物的磁滞回线有显著区别，强磁性矿物在低磁场即产生较大磁矩，进而受明显磁力，且其在较低磁场中即可达到磁饱和；自然界的强磁性矿物极少，常见的只有Fe3O4、γ-Fe2O3、某些铁酸盐、铁、钴、镍单质等。由于强磁性矿物一般具有一定的表面惰性，缺少界面活性基团，其直接用于污染吸附处理具有一定的局限性。同时，上述强磁性矿物在使用过程中易被氧化而丧失强磁特性。目前已有大量文献和专利关注强磁性矿物表面功能化改性，进而结合磁分离技术用于污染治理的研究。这一类的工作通常首先制备磁铁矿、铁酸盐等强磁性磁核，其后在磁核表面通过表面沉积、官能团嫁接等方式覆盖活性层，进而利用永磁、电磁或超导磁场进行分离。例如，申请号为201510891129.0的专利，其通过制备铁酸盐强磁性磁核，其后包覆铁基凝胶，制备强磁性吸附材料，利用超导磁场实现固液分离，进而处理水中砷、锑污染。该专利中，利用超导磁选机的主要优势是相比传统磁分离技术可大幅提高水处理产能，提高设备集约化率。缺点是，磁核和活性层工艺复杂，材料制备成本大幅提高，进而推高了水处理成本，同时，经反复吸附解吸过程后，磁核与活性层可发生破裂或脱落，进而导致在磁分离过程中活性材料大幅损失。类似专利的核心思想还是利用强磁核包覆活性组分进行污染物吸附，其后利用超导磁场进行分离。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的不足，专利技术人通过大量的实验探索，出人意料地发现了一种基于>3T超导强磁场而直接利用弱磁天然矿物（也可人工低成本合成矿物）作为吸附剂的水处理工艺。羟基铁矿物自身具有强界面活性，本身就是优良的环境吸附材料。；同时，羟基铁矿物为弱磁矿物，其在磁场中受力随磁场强度增大而提高，较难达到磁饱和。然而，由于环境功能材料的活性一般与粒径成反比，由式（1）可得，小粒径矿物颗粒受磁力大幅下降，传统磁选机提供的<1.5T磁感应强度，理论上较难高效捕集粉体羟基铁吸附剂。因此专利技术人提出微米级颗粒和超导磁场相结合，当超导磁体提供的大于3T背景磁场，即可大幅提高微米级颗粒羟基铁与水的分离效率，通过控制羟基铁的下限粒径，即可实现粉体羟基铁在工业水处理领域的直接应用。综上所述，本专利技术目的在于提出一种新的方法，提出利用超导磁体产生的>3T强磁场，结合高梯度介质，直接分离水中的粉体羟基铁，避免了羟基铁造粒、挂膜等导致的吸附容量大幅下降和材料制造成本大幅提高的技术问题；同时避免了强磁性磁核制备及改性导致的吸附材料制造成本大幅提升，进而提供一种羟基铁结合超导磁分离用于水中磷资源化的方法，最终实现水中磷的资源回收。本专利技术采用的技术方案：一种羟基铁结合超导磁分离用于水中磷资源化的方法，将羟基铁吸附剂以0.1-20g/l的投加量加入含磷待处理水中；充分搅拌10-30min后，利用磁场强度大于3T的高梯度超导磁选机进行固液分离，利用清水或含碱洗脱液再生高梯度介质，洗脱后的含磷羟基铁吸附材料经搅拌解吸及进一步固液分离，得到再生羟基铁吸附剂和含磷碱性浓液，羟基铁粉作为羟基铁吸附剂再次利用，含磷碱性浓液加入氢氧化钙、氧化钙或钙盐制备磷酸钙产品。进一步，所述羟基铁吸附剂为天然矿物或人工合成矿物，包括针铁矿、四方针铁矿、纤铁矿、六方纤铁矿和水铁矿。进一步，羟基铁吸附剂中的羟基铁粒径范围为5微米到1000微米；进一步，含磷羟基铁吸附剂的解吸采用0.1-2mol/l浓度的碱溶液。进一步，洗脱后的含磷羟基铁高梯度介质经搅拌解吸后的固液分离方法采用压滤或超导磁分离。进一步，超导磁选机中磁感应强度>5T，超导磁选机中的高梯度介质包括刚毛饼、菱形介质网、齿板和钢棍，在磁场中捕集粉体羟基铁吸附剂进行固液分离。进一步，移出磁场的含磷羟基铁吸附剂以100-300g/l的浓度冲入碱再生池。总之，本专利技术利用超导磁体产生的>3T磁感应强度，结合刚毛、菱形介质网、齿板、钢棍等高梯度材料，在磁场中高效捕集粉体羟基铁吸附剂，其后对已吸附磷的羟基铁吸附剂进行碱解吸，解吸的磷浓液利用氧化钙沉淀生产磷酸钙，最终实现水中磷的资源回收。附图说明图1是人工合成的水铁矿的磁滞回线图。图2是实施例1的工艺流程图。具体实施方式下面结以具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1：实施例是一个实例图1所示；其合成方法为在70rpm搅拌条件下将碱加入铁盐中，调节pH至6.0，静止1h，其后离心弃去上清液，60℃烘干得到粒径为10-100μm的水铁矿粉末。根据图2所示工艺流程，将上述粉末水铁矿吸附剂定量投加于含磷待处理水中。搅拌10-30分钟，其后泵入超导磁选机中进行分离，分选腔填充刚毛介质，待分选腔吸附饱和后，将其移出磁场，利用含碱洗脱液将羟基铁冲出分选腔，经搅拌解吸及进一步固液分离后，羟基铁粉再次利用，含磷碱性浓液加入氧化钙制备磷酸钙产品。羟基铁吸附剂为天然矿物或人工合成矿物，包括针铁矿（Goe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种羟基铁结合超导磁分离用于水中磷资源化的方法，其特征在于，将羟基铁吸附剂以0.1‑20g/l的投加量加入含磷待处理水中；充分搅拌10‑30 min后，利用磁场强度大于3T的高梯度超导磁选机进行固液分离，利用清水或含碱洗脱液再生高梯度介质，洗脱后的含磷羟基铁吸附材料经搅拌解吸及进一步固液分离，得到再生羟基铁吸附剂和含磷碱性浓液，羟基铁粉作为羟基铁吸附剂再次利用，含磷碱性浓液加入氢氧化钙、氧化钙或钙盐制备磷酸钙产品。

【技术特征摘要】
1.一种羟基铁结合超导磁分离用于水中磷资源化的方法，其特征在于，将羟基铁吸附剂以0.1-20g/l的投加量加入含磷待处理水中；充分搅拌10-30min后，利用磁场强度大于3T的高梯度超导磁选机进行固液分离，利用清水或含碱洗脱液再生高梯度介质，洗脱后的含磷羟基铁吸附材料经搅拌解吸及进一步固液分离，得到再生羟基铁吸附剂和含磷碱性浓液，羟基铁粉作为羟基铁吸附剂再次利用，含磷碱性浓液加入氢氧化钙、氧化钙或钙盐制备磷酸钙产品。2.根据权利要求1所述的一种羟基铁结合超导磁分离用于水中磷资源化的方法，其特征在于，所述羟基铁吸附剂为天然矿物或人工合成矿物，包括针铁矿、四方针铁矿、纤铁矿、六方纤铁矿和水铁矿。3.根据权利要求1或2所述的一种羟基铁结合超导磁分离用于水中磷资源化的方法，其特征在于，羟基铁吸附剂中的羟基铁粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙占学，李亦然，王学刚，周宾宾，陈程，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36