一种机械力固化水溶性重金属离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种固化水溶性重金属离子的方法，采用机械力研磨手段，将含有水溶性重金属离子化合物的溶液与固化剂混合，然后放入磨机中，控制球料比为7～45，研磨速度为100～1200rpm，研磨时间为20～240min，得湿式固化产品，即实现水溶性重金属离子的固化。该方法离子固化效果显著，效率高，工艺简单，绿色环保，成本低，可应用于高浓度重金属废水废液处理等领域，适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于基础化学领域，具体涉及一种机械力固化水溶性重金属离子的方法。
技术介绍
重金属一般指密度大于4.5克每立方厘米的金属，大约45种，如铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、镉(Cd)等。重金属离子其来源广泛，涉及化工，矿山，机械制造，冶金，电子和仪表等行业。水溶性重金属离子易溶于水体之中，不能被微生物降解，只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程。离子在水体中积累到一定的限度，就会对水体、水生植物和水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链直接或间接的人体永久性中毒，引发多种疾病甚至致癌。因此，重金属离子的固化(非水溶化)对于治理和去除水体中重金属离子具有重要的作用和意义。水溶性的重金属离子经过固化处理后，会与固体颗粒一起沉淀下来并不再溶出，经过过滤或沉降，就可以达到净化水体，治理水污染的目的。化学沉淀是目前国内外固化重金属离子主要方法，其原理是通过化学反应使废水中呈现溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物，包括中和沉淀物、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法。其中最常用的是中和沉淀法，常用的中和剂有氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠(Na2CO3)、氨水(NH3·H2O)、石灰(CaO)和消石灰(Ca(OH)2)，使金属离子与羟基(-OH)反应，生成不溶于水的金属离子化合物。但是采用纯化学法固化重金属离子，控制条件较为严格，处理时需要严格控制形成氢氧化物的最佳pH值，及其在沉淀过程中絮凝物的颗粒大小。此外，在絮凝过程中，絮凝剂的加药量容易出现偏差，形成重金属氢氧化物絮体偏小，沉降速度较很慢。而且固化产物呈碱性，还会对环境有污染。因此，一种新的高效环保的固化方法亟待提出。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种机械力固化水溶性重金属离子的方法，该方法离子固化效果显著，效率高，工艺简单，绿色环保，成本低，可应用于重金属废水废液的处理等领域，适合推广应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种机械力固化水溶性重金属离子的方法，包括以下步骤：采用机械力研磨手段，将含有水溶性重金属离子化合物的溶液与固化剂混合，然后放入磨机中，控制球料比为7～45，研磨速度为100～1200rpm，研磨时间为20～240min，得湿式固化产品，即实现水溶性重金属离子的固化。上述方案中，所述含有水溶性重金属离子化合物的溶液为水溶性重金属离子固体化合物与水的混合物。上述方案中，所述含有水溶性重金属离子化合物的溶液为含有水溶性重金属离子化合物的高浓度重金属废液。上述方案中，所述固化剂为CaCO3化学试剂或碳酸钙矿物。上述方案中，所述碳酸钙矿物为石灰石或方解石等。上述方案中，所述水溶性重金属离子包括但不限于亚铁、铜、锌、镍、锰、镉离子中的一种或几种。上述方案中，所述水溶性重金属离子化合物包括但不限于亚铁盐、铜盐、锌盐、镍盐、锰盐、镉盐中的一种或几种。上述方案中，所述亚铁盐、铜盐、锌盐、镍盐、锰盐、镉盐为它们的硫酸盐。上述方案中，所述磨机包括但不限于行星式球磨机和搅拌磨。上述方案中，所述水溶性重金属离子化合物与固化剂的摩尔比为1/3<n(水溶性重金属离子化合物):n(固化剂)<1。上述方案中，所述水溶性重金属离子化合物与固化剂总质量与水的固液比为0.1～10.0g/mL。上述方案中，所述高浓度重金属废液中的水溶性重金属离子化合物与固化剂总质量与水的固液比为0.1～10.0g/mL。本专利技术利用机械力研磨手段，将可溶于水的重金属盐(水溶性重金属离子化合物)转变成不溶于水的碳酸盐或非晶体，实现重金属离子的固化。研磨的过程中，在无水情况下，重金属盐与碳酸钙之间为纯固相反应，反应难以顺利进行，重金属离子难实现固化过程。在少量水的环境下，重金属盐和碳酸钙会在机械研磨的条件下实现钙离子和金属离子的解离，硫酸根与钙离子重新结合，形成稳定的硫酸钙沉淀，金属离子则与碳酸根结合，形成不溶于水的碳酸盐，其基本的原理可以表示为：其中，Me代表Fe、Cu、Zn、Cd、Mn和Ni等重金属离子。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术采用的固化剂廉价易得，且涉及的机械力方法工艺简单，绿色环保。2)本专利技术对亚铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、锰(Mn)和镉(Cd)等离子均有很好的固化效果，处理对象宽泛。3)可实现对单一或多种水溶性重金属离子的固化过程，且固化率高，其固化率可实现接近100％，固化效果显著。4)本专利技术所述固化方法应用面广泛，可应用于高浓度重金属废水废液的处理等领域。附图说明图1为本专利技术实施例1中研磨60min后所得湿式固化产品的XRD图谱图2为本专利技术实施例2中研磨30min后所得湿式固化产品的XRD图谱图3为本专利技术实施例3所得湿式固化产品的XRD图谱图4为本专利技术实施例4所得湿式固化产品的XRD图谱。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例如无具体说明，采用的试剂市售化学试剂或工业产品。以下实施例中所用的设备如下：磨机：德国飞驰行星式球磨机Pulverisette7型；恒温磁力搅拌器：上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司驰文524G型；采用全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)测量固化后溶液中离子的浓度，美国PerkinElmer公司，Optima4300DV型号；利用转靶X射线衍射仪(XRD)表征研磨处理所得产物的物相，日本RIGAKU公司，D/MAX-RB型。离心机为湖南赫西仪器装备有限公司提供的台式高速离心机，H/T16MM型。实施例1一种机械力固化水溶性重金属离子的方法，包括如下步骤：将2.78g硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和1.3g碳酸钙(CaCO3)的混合物放入50mL的研磨罐中，加入150g直径15mm的锆球和2.5mL蒸馏水，球料比为37，固液比为1.63g/mL，置于磨机中设置转速为400rpm，研磨时间分别为30min、60min，研磨完成后得湿式固化产品，即可实现水溶性重金属离子的固化过程。图1为本实施例中研磨60min时所得湿式固化产品的XRD图谱，由图1可以看出硫酸亚铁和碳酸钙经过机械研磨后，转变成了碳酸亚铁(FeCO3)、针铁矿(FeOOH)和硫酸钙。这表明，硫酸亚铁中的亚铁离子经过处理后，以碳酸亚铁和针铁矿的形式沉淀固定下来，钙则以硫酸钙的形式沉淀。将本实施例所得湿式固化产品分别洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械力固化水溶性重金属离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用机械力研磨手段，将含有水溶性重金属离子化合物的溶液与固化剂混合，然后放入磨机中，控制球料比为7～45，研磨速度为100～1200rpm，研磨时间为20～240min，得湿式固化产品，即实现水溶性重金属离子的固化。

【技术特征摘要】
1.一种机械力固化水溶性重金属离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用机械力
研磨手段，将含有水溶性重金属离子化合物的溶液与固化剂混合，然后放入磨机中，控制球
料比为7～45，研磨速度为100～1200rpm，研磨时间为20～240min，得湿式固化产品，即实现
水溶性重金属离子的固化。
2.根据权利要求1所述的机械力固化水溶性重金属离子的方法，其特征在于，所述含有
水溶性重金属离子化合物的溶液为水溶性重金属离子固体化合物与水的混合物。
3.根据权利要求1所述的机械力固化水溶性重金属离子的方法，其特征在于，所述含有
水溶性重金属离子化合物的溶液为含有水溶性重金属离子化合物的高浓度重金属废液。
4.根据权利要求1所述的机械力固化水溶性重金属离子的方法，其特征在于，所述固化
剂为CaCO3化学试剂或碳酸钙矿物。
5.根据权利要求4所述的机械力固化水溶性重金属离子的方法，其特征在于，所述碳酸
钙矿物为石灰石或...

【专利技术属性】
技术研发人员：张其武，李学伟，雷治武，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42