利用铁尾矿制备椭球状硅酸锌复合吸附剂的方法技术

本发明专利技术为一种利用铁尾矿制备椭球状硅酸锌复合吸附剂的方法。该方法包括以下步骤：将铁尾矿球磨至过300目网筛后得到矿粉，然后将矿粉加入到碱溶液中，搅拌得悬浮液A；将锌盐溶解在去离子水中得溶液B；将溶液B加入到悬浮液A中，继续搅拌和超声得悬浮液C；将悬浮液C转至水热反应釜中，120～220℃条件下反应4～36h，得到灰白色的椭球状硅酸锌复合材料。本发明专利技术既可解决我国储量丰富、亟待利用的铁尾矿堆积造成的环境问题，实现资源化、高附加值功能化利用，又可为硅酸锌的制备提供新途径。

Preparation of Ellipsoidal Zinc Silicate Composite Adsorbent from Iron Tailings

The invention relates to a method for preparing ellipsoidal zinc silicate composite adsorbent by using iron tailings. The method consists of the following steps: grinding iron tailings to over 300 mesh screen to obtain ore powder, then adding ore powder to alkali solution, stirring to obtain suspension A; dissolving zinc salt in deionized water to obtain solution B; adding solution B to suspension A, stirring and ultrasonic to obtain suspension C; transferring suspension C to hydrothermal reactor, and reacting for 4-36 hours at 120-220 C to obtain ash. White ellipsoidal zinc silicate composites. The invention can not only solve the environmental problems caused by the accumulation of iron tailings, which are rich in reserves and need to be utilized urgently in China, realize resource utilization and high value-added functional utilization, but also provide a new way for the preparation of zinc silicate.

【技术实现步骤摘要】
利用铁尾矿制备椭球状硅酸锌复合吸附剂的方法
本专利技术涉及一种椭球状硅酸锌复合材料的制备方法，尤其涉及一种利用铁尾矿制备椭球状硅酸锌复合材料的方法，属于铁尾矿深加工和纳米复合材料制备

技术介绍
硅酸锌最早发现于1829年，由ArmandLévy在Moresnet发现并根据Netherlands国王的名字命名为“Willemite”(AnnalesdesMines(Paris)4ème(série/4),1843,507-520.)。由于天然硅酸锌矿储量有限，自发现至今关于硅酸锌合成和硅酸锌高附加值利用的研究长兴不衰。研究发现，硅酸锌通常形成三种晶型，分别是正硅酸锌、异极矿、片层无铝锌皂石，其中正硅酸锌的热稳定性最高，受到的关注也最多。正硅酸锌研究已经取得长足发展，目前很多不同结构和形貌的正硅酸锌材料已被报道合成，如Zn2SiO4纳米颗粒(ChemistryofMaterials,2015,27(7):2343-2349)、Zn2SiO4纳米线(JournalofCrystalGrowth,2008,310(18):4185-4189)、Zn2SiO4纳米管(AngewandteChemieInternationalEdition,2010,49(8):1442-1446)等。这些材料已广泛应用于荧光、电致发光、涂料、防腐、催化、废水处理等领域。然而目前报道的硅酸锌制备多涉及复杂的合成过程、价格较高的硅源(如硅酸钠、TEOS、白炭黑等)、不环保的化学试剂(如表面活性剂)使用，因此研究简单便捷、低成本的方式制备正硅酸锌材料是有必要的。近年来，研究学者发现硅酸锌材料的硅源可从一些固体废弃物获得。中国专利(CN104087289A)报道了一种利用废硅粉、乙酸锌、硝酸锰、氢氧化钠和表面活性剂为原料合成硅酸锌发光材料的方法。含丰富硅元素的固体废弃物还有很多。铁尾矿是铁矿石经过选取铁精矿后剩余的固体废料，在成份上以SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等为主，在矿物组成上以石英、绿泥石、角闪石、长石、辉石等脉石类矿物为主，不仅含有丰富的氧化硅，还普遍粒度较细，具有制备硅酸锌材料成分上、组成上的优势，而且来源更丰富、成本更低廉，有望作为硅源构筑高附加值功能化的正硅酸锌材料。但由于铁尾矿成分组成复杂，组分相互间作用机理情况复杂，致使其具体应用中，还存在很多技术要点需要研究和克服。目前铁尾矿的研究利用多以环保为目的，尚没有针对铁尾矿的天然硅酸盐复合矿物禀赋特性构筑高附加值功能材料的报道，即迄今为止未见以铁尾矿为原料合成硅酸锌功能材料的报道，也没有工业化应用先例。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种利用铁尾矿制备椭球状硅酸锌复合材料的方法。该方法以铁尾矿为硅源，通过充分球磨和碱活化使其释放硅酸根离子，再在水热环境下与Zn2+离子进行反应得到椭球状硅酸锌复合材料。本专利技术既可解决我国储量丰富、亟待利用的铁尾矿堆积造成的环境问题，实现资源化、高附加值功能化利用，又可为硅酸锌的制备提供新途径。本专利技术的技术解决方案是：一种利用铁尾矿制备椭球状硅酸锌复合吸附剂的方法，该方法包括以下步骤：(1)将铁尾矿球磨至过300目网筛后得到矿粉，然后将矿粉加入到碱溶液中，搅拌得悬浮液A；悬浮液中矿粉的含量为1～10％；所述碱溶液的浓度为0.001～0.5mol/L。(2)将锌盐溶解在去离子水中得溶液B；所述锌盐溶液的浓度为0.5～2.5mol/L。(3)将溶液B加入到悬浮液A中，继续搅拌和超声得悬浮液C；所述碱溶液和锌盐溶液的体积比为1:1。(4)将悬浮液C转至水热反应釜中，120～220℃条件下反应4～36h，自然冷却至室温后，离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得到灰白色的椭球状硅酸锌复合材料。所述铁尾矿中的SiO2的质量百分含量65％～90％。所述碱为碳酸钠、氢氧化钠、乙酸钠、氨水、尿素和硅酸钠的中的一种或多种。所述锌盐为硫酸锌、氯化锌、硝酸锌和乙酸锌中的中的一种或多种。所述的摩尔比为锌:硅＝10:1～1:1。所述的比例中，硅的量为铁尾矿中硅元素的摩尔量；或者，当碱为硅酸钠时，硅的摩尔量为铁尾矿中的硅元素和硅酸钠中的硅元素之和。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过水热反应把铁尾矿转变为椭球状硅酸锌复合材料，该材料具有明显的介孔特征，孔径集中分布在4nm左右，可在30min内完全吸附100mg/L罗丹明-B溶液中的染料分子，有望应用于抗生素、霉菌毒素、染料、重金属的吸附富集或脱除，在环境修复、废水处理、饲料添加剂领域具有广阔应用前景。本专利技术可为硅酸锌的制备提供新方法，为我国储量丰富、亟待利用的铁尾矿的资源化、高附加值功能化利用开辟新途径。附图说明图1为铁尾矿及实施例1制备硅酸锌复合材料的XRD谱图。图2为铁尾矿(图2a)及实施例1制备硅酸锌复合材料(图2b)的电镜照片。图3为实施例1制备硅酸锌复合材料的N2吸附-解吸等温线。图4为实施例1制备硅酸锌复合材料的孔径分布图。图5为铁尾矿及实施例1制备硅酸锌复合材料对100mg/L罗丹明-B吸附前后的UV-vis光谱图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术解决方案做进一步说明，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。所述的铁尾矿具体为唐山铁尾矿，其SiO2含量为65％～90％，主要物相为石英，还含有少量的黑云母、钠长石、微斜长石和斜绿泥石，由不规则颗粒组成，粒径普遍小于50μm。实施例1：将2.0g球磨后过300目网筛的铁尾矿粉末(含SiO2的摩尔量为0.03mol)分散于40mL含1.4g硅酸钠(0.0049mol)、0.1g氢氧化钠的混合碱(0.0025mol)溶液中，充分搅拌(2500r/min，4h)形成均一悬浮液。然后向其中逐渐加入40mL含6.6g乙酸锌(0.036mol)(摩尔比锌:总硅＝1.03:1)的水溶液，继续搅拌(2000r/min，2h)和超声(45min)使其充分反应形成均一悬浮液。然后将此悬浮液转入到100mL的聚四氟乙烯水热反应罐内，密封，在140℃下反应12h。待反应罐自然冷却至室温，将产物离心分离并充分洗涤，干燥、研磨、过筛得灰白色的椭球状硅酸锌复合材料。该复合材料呈实心椭球形貌，粒径约300nm，主要物相组成为石英和正硅酸锌，具有介孔结构，等温线为IV型等温线，孔径集中分布于4nm左右。该材料可在45min完全吸附100mg/L罗丹明-B溶液中的染料分子。(吸附数据由ITACHIU-3900H紫外-可见分光光度计测定)实施例2：将2.0g球磨后过300目网筛的铁尾矿粉末(含SiO2的摩尔量为0.027mol)分散于40mL含1.4g硅酸钠(0.0049mol)、0.5g乙酸钠(0.006mol)的混合碱溶液中，充分搅拌(3500r/min，4h)形成均一悬浮液。然后向其中逐渐加入40mL含6.6g乙酸锌(0.036mol)、1.2g氯化锌(0.0088mol)(摩尔比锌:总硅＝1.4:1)的混合水溶液，继续搅拌(1500r/min，2h)和超声(30min)使其充分反应形成均一悬浮液。然后将此悬浮液转入到100mL的聚四氟乙烯水热反应罐内，密封，在180℃下反应5h。待反应罐自然冷却至室温，将产物离心分离并充分洗涤，干燥、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用铁尾矿制备椭球状硅酸锌复合吸附剂的方法，其特征为该方法包括以下步骤：（1）将铁尾矿球磨至过300目网筛后得到矿粉，然后将矿粉加入到碱溶液中，搅拌得悬浮液A；悬浮液中矿粉的含量为1~10%；所述碱溶液的浓度为0.001~0.5 mol/L；（2）将锌盐溶解在去离子水中得溶液B；所述锌盐溶液的浓度为0.5~2.5 mol/L；（3）将溶液B加入到悬浮液A中，继续搅拌和超声得悬浮液C；所述碱溶液和锌盐溶液的体积比为1:1；（4）将悬浮液C转至水热反应釜中，120~220℃条件下反应4~36 h，自然冷却至室温后，离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得到灰白色的椭球状硅酸锌复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用铁尾矿制备椭球状硅酸锌复合吸附剂的方法，其特征为该方法包括以下步骤：（1）将铁尾矿球磨至过300目网筛后得到矿粉，然后将矿粉加入到碱溶液中，搅拌得悬浮液A；悬浮液中矿粉的含量为1~10%；所述碱溶液的浓度为0.001~0.5mol/L；（2）将锌盐溶解在去离子水中得溶液B；所述锌盐溶液的浓度为0.5~2.5mol/L；（3）将溶液B加入到悬浮液A中，继续搅拌和超声得悬浮液C；所述碱溶液和锌盐溶液的体积比为1:1；（4）将悬浮液C转至水热反应釜中，120~220℃条件下反应4~36h，自然冷却至室温后，离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得...

【专利技术属性】
技术研发人员：田光燕，董功越，梁金生，汤庆国，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12