本发明专利技术公开了一种重金属钝化剂及其制备方法。该重金属钝化剂，原料组分包括A组分和B组分；所述A组分原料，按占A组分质量百分比计，包括如下原料组分：硫铁矿15～80；生石灰5～80；还原性铁粉5～70；所述B组分原料，按占B组分质量百分比计，包括如下原料组分：粘土矿物 30～80；元明粉3～40。该重金属钝化剂的制备步骤包括：（1）初级成品Ⅰ的制备；（2）初级成品Ⅱ的制备；（3）将制备的初级成品Ⅰ和初级成品Ⅱ掺混、粉碎、包装，得到所述重金属钝化剂。本发明专利技术的重金属钝化剂对多种重金属均具有较好的处理固化效果，与土壤相容性好，不会导致土壤二次污染，且钝化效果较高，具有较高的应用价值和市场推广潜力。
【技术实现步骤摘要】
一种重金属钝化剂及其制备方法
本专利技术涉及废水/土壤中重金属元素的处理与钝化领域，具体涉及一种重金属钝化剂及其制备方法。
技术介绍
在自然界中，硫铁矿和粘土矿物均是很好的重金属吸附材料，可广泛应用于环境污染控制方面。但如何发挥它们二者各自的优势，制备出一种对多种重金属都具有较好处理固化效果的重金属钝化剂产品是需要解决的核心问题。硫铁矿作为一种常见的金属硫化物矿，在自然状态下较为稳定，对重金属元素的处理固化率低。例如利用硫铁矿可处理废水中的六价铬离子，但在pH=3~6的微酸性环境下，硫铁矿对六价铬去除率也只有20-30%。也有学者研究（石俊仙,鲁安怀,卢晓英.自然状态与加热改性的黄铁矿处理含铬废水中的实验研究[J].矿物岩石地球化学通报，1999，18（14）：226~229.）在硫铁矿与还原性铁粉共存条件下，加热（200-305℃）活化，制备重金属处理剂产品的报道。粘土矿物也是自然界中最为常见的次生层状硅酸盐矿物，它包括2:1:1型的伊利石、2:1型的蒙脱石、1:1型的高岭石等。1:1型的高岭石（理想结构式Al4Si4O10(OH)8，实际结构式Al4Si4O10(OH)8）的层间距为7.2Å，层间力（氢键力）强，几乎不发生晶格取代，阳离子交换量小（30-150mmol/kg土），比表面积小（9-70m2/g土），因而污染物吸附能力弱。而2:1型的蒙脱石（理想结构式Al4Si8O20(OH)4.nH2O，实际结构式(1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O）的层间距达到9.6-40Å，层间力（范氏力）弱，发生晶格取代，Al3+被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，产生负电荷由Na+或Ca2+平衡，阳离子交换量大（700-1300mmol/kg土），比表面积大（600-850m2/g土），因而污染物吸附能力强。2:1:1型的伊利石（理想结构式Al4(Si8O20)(OH)4，实际结构式(K)xAl4(Si8-xAlx)O20(OH)20）性能句中，层间距达到10.0Å，层间力（静电力）强，易发生晶格取代，取代位置主要在Si-O中，取代数目比蒙脱石多，产生的负电荷由等量的K+来平衡，阳离子交换量达到200-400mmol/kg土，比表面积为65-180m2/g土，污染物吸附能力较1:1型的高岭石和2:1型的蒙脱石居中。但在自然界中，由于风吹雨淋，粘土矿物形成时代久远，活性降低，其环境污染物的吸附能力已大大下降。因此，开发制备出新的复合型重金属钝化剂用于环境污染中的重金属的处理与钝化显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种重金属钝化剂及其制备方法。本专利技术的技术路线是：以硫铁矿为主要原料，配伍以生石灰和还原性铁粉辅料，在加热过程中，使硫铁矿中的铁和硫元素得到活化，生成硫化亚铁、硫磺粉、硫化钙等化合物，制成初级成品Ⅰ，用来反应沉淀固化土壤中的砷、汞、镉等重金属元素；同时，将粘土矿物（高岭石、蒙脱石、伊利石、硅藻土）与元明粉（芒硝）混合，在饱和蒸汽下高压蒸汽加热，制备成活性粘土矿物为主的初级成品Ⅱ，用来吸附废水/土壤中的重金属元素以及通过初级产品Ⅰ已发生反应沉淀的重金属元素，从而达到复合型控制废水/土壤中的重金属元素，达到污染物减排的目的。本专利技术制备重金属钝化剂的思路为：首先，将硫铁矿（FeS2含量≥96%）、生石灰（CaO≥90%）和还原性铁粉（Fe≥98%）计量掺和，通过球磨、烘干、成型、还原焙烧、冷却、粉碎、包装等工序，制备成重金属钝化剂初级产品Ⅰ；其次，将粘土矿物（高岭石、蒙脱石、伊利石或硅藻土）（纯度≥75%）与元明粉（Na2SO4≥99%）计量掺混后，球磨，烘干，成型，在饱和蒸汽炉内加压加热，反应产物经冷却、粉碎，制成初级成品Ⅱ；最后，将初级产品Ⅰ和初级成品Ⅱ混合，破碎至100目以上，包装成袋，得到重金属钝化剂。本专利技术的具体技术方案如下。一种重金属钝化剂，原料组分包括A组分和B组分；所述A组分原料，按占A组分质量百分比（%）计，包括如下原料组分：硫铁矿15～80；生石灰5～80；还原性铁粉5～70；所述B组分原料，按占B组分质量百分比（%）计，包括如下原料组分：粘土矿物30～80；元明粉3～40。进一步地，所述硫铁矿的纯度不低于96%，且不含有包括镉、铅、锌、汞、镍、铬、铜或砷有害重金属元素。进一步地，所述生石灰为粉末状，氧化钙含量大于90%，且不含有毒有害物质。进一步地，所述还原性铁粉中，铁的含量≥98%，碳的含量≤0.01％，磷和硫的含量均≤0.03％，氢损为0.1～0.2％。进一步地，所述还原性铁粉的粒度大于100目（小于0.15mm）。进一步地，所述粘土矿物包括高岭石、蒙脱石、伊利石或硅藻土。进一步地，所述粘土矿物为细粒状，粒度大于200目（小于0.074mm），粘土矿物纯度大于75%。进一步地，所述元明粉中，Na2SO4含量≥99%。制备所述的一种重金属钝化剂的方法，包括如下步骤：（1）初级成品Ⅰ的制备：按所述质量百分比，将A组分中的各组分掺混、球磨、烘干、成型，再在还原炉中加热活化，冷却后粉碎，得到初级成品Ⅰ；（2）初级成品Ⅱ的制备：按所述质量百分比，将B组分中的各组分混合后，球磨、烘干、成型，在饱和蒸汽下加热养护，冷却后粉碎，得到初级成品Ⅱ；（3）将制备的初级成品Ⅰ和初级成品Ⅱ掺混、粉碎、包装，得到所述重金属钝化剂。进一步地，步骤（1）中，所述球磨是将混合物中的各种物料均球磨至粒径≥200目（小于0.074mm）。进一步地，步骤（1）中，所述烘干是烘干至含水率小于6%。进一步地，步骤（1）中，所述成型是将烘干后的混合物料加工成粒径1~3cm的球粒。进一步地，步骤（1）中，所述加热活化的温度为100~1200℃，加热活化的时间为0.5~4小时，加热活化的气氛为氧逸度不超过4%的还原气氛。进一步地，步骤（1）中，所述冷却的方式为空冷或水冷。进一步地，步骤（1）中，所述冷却是冷却至40℃以下。进一步地，步骤（1）中，所述粉碎是粉碎至粒径至100目以上（小于0.15mm）。进一步地，步骤（2）中，所述球磨是将混合物中的各种物料均球磨至粒径大于200目（小于0.074mm）。进一步地，步骤（2）中，所述烘干是将球磨后的混合物料烘干至含水率小于6%。进一步地，步骤（2）中，所述成型是将烘干后的混合物料加工成长30~40cm、宽10~15cm、厚3~5cm的块体。进一步地，步骤（2）中，所述饱和蒸汽下加热养护的温度为175~210℃，养护的时间为6~24小时，养护的压力为1.25-1.65MPa。进一步地，步骤（2）中，所述冷却的方式为空冷或水冷。进一步地，步骤（2）中，所述冷却是冷却至40℃以下。进一步地，步骤（2）中，所述粉碎是粉碎至粒度为100目以上（小于0.15mm）。进一步地，步骤（3）中，所述初级成品Ⅰ占初级成品Ⅰ和初级成品Ⅱ总质量的质量百分比为5~85%。进一步地，步骤（3）中，所述初级成品Ⅱ占初级成品Ⅰ和初级成品Ⅱ总质量的质量百分比为15~95%。进一步地，步骤（3）中，所述粉碎是将物料粉碎至100目以上（小于0.15mm）。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：（1）本专利技术的重金属钝化剂对多种重金属均具有较本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种重金属钝化剂，其特征在于，原料组分包括A组分和B组分；所述A组分原料，按占A组分质量百分比计，包括如下原料组分：硫铁矿 15～80；生石灰 5～80；还原性铁粉 5～70；所述B组分原料，按占B组分质量百分比计，包括如下原料组分：粘土矿物 30～80；元明粉 3～40。
【技术特征摘要】
1.一种重金属钝化剂，其特征在于，原料组分包括A组分和B组分；所述A组分原料，按占A组分质量百分比计，包括如下原料组分：硫铁矿15～80；生石灰5～80；还原性铁粉5～70；所述B组分原料，按占B组分质量百分比计，包括如下原料组分：粘土矿物30～80；元明粉3～40。2.根据权利要求1所述的一种重金属钝化剂，其特征在于，所述硫铁矿的纯度不低于96%，且不含有包括镉、铅、锌、汞、镍、铬、铜或砷的有害重金属元素。3.根据权利要求1所述的一种重金属钝化剂，其特征在于，所述生石灰为粉末状，氧化钙含量大于90%，且不含有毒有害物质。4.根据权利要求1所述的一种重金属钝化剂，其特征在于，所述还原性铁粉中，铁的含量≥98%，碳的含量≤0.01％，磷和硫的含量均≤0.03％，氢损为0.1～0.2％；所述还原性铁粉的粒度大于100目。5.根据权利要求1所述的一种重金属钝化剂，其特征在于，所述粘土矿物包括高岭石、蒙脱石、伊利石或硅藻土；所述粘土矿物为细粒状，粒度大于200目，粘土矿物纯度大于75%。6.根据权利要求1所述的一种重金属钝化剂，其特征在于，所述元明粉中，Na2SO4含量≥99%。7.制备权利要求1~6任一项所述的一种重金属钝化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）初级成品Ⅰ的制备：按所述质量百分比，将A组分中的各组分掺混、球磨、烘干、成型，再在还原炉中加热活化，冷却后粉碎，得到初级成品Ⅰ；（2）初级成品Ⅱ的制备：按所述质量百分比，将B组分中的各组分混合后，球磨、烘干、成型，在饱...
【专利技术属性】
技术研发人员：石林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。