一种铊污染深度固化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种铊污染深度固化剂及其制备方法与应用。该铊污染深度固化剂的制备方法包括以下步骤：(1)将硅铝矿物、钙镁辅助剂和助熔剂混合均匀，进行焙烧后得到活性硅酸铝盐材料；(2)向活性硅酸铝盐材料中加入水和氧化剂，混合均匀，将得到的料浆进行干燥、粉碎，得到铊污染深度固化剂。将由该方法制得的铊污染深度固化剂应用于铊污染的治理中，铊污染深度固化剂能与铊及铊的化合物发生稳定的结合，形成难溶物质，达到高效、长久、稳定地固化污染源铊的效果。

A Deep Curing Agent Contaminated by Thallium and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种铊污染深度固化剂及其制备方法与应用
本专利技术属于重金属处理
，尤其涉及一种铊污染深度固化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
铊(Tl)，是元素周期表中第6周期ⅢA族元素之一，在地壳中属稀散元素，平均含量约为1mg/kg。铊单质为略带蓝色的银白色柔软金属，不溶于水和碱溶液，易溶于酸溶液。铊是一种伴生元素，几乎不单独成矿，世界上唯一的独立铊矿在中国贵州省兴仁县，主要成分是红铊，其它大多以分散状态同晶形杂质存在于铅、锌、铁、铜等金属的硫矿中，常用这些金属冶炼的副产品来回收和提取。铊对人体的毒性超过了铅和汞，近似于砷。铊是人体非必需微量元素，可以通过饮水、食物、呼吸而进入人体并富集起来，铊的化合物具有诱变性、致癌性和致畸性，可诱导食道癌、肝癌、大肠癌等多种疾病发生，使人类健康受到极大的威胁。铊还可以与细胞膜表面的Na-K-ATP(三磷酸腺苷)酶竞争结合进入细胞内，与线粒体表面含巯基团结合，抑制其氧化磷酸化过程，干扰含硫氨基酸代谢，抑制细胞有丝分裂和毛囊角质层生长。同时，铊可与维生素B2及维生素B2辅助酶作用，破坏钙在人体内的平衡。近年来，由于发生了多起有关铊中毒的事件，促使国家环境保护总局将铊列入环境优先污染物黑名单，并在《无机化学工业污染物排放标准》(GB31573-2015)中规定铊废水排放标准限值为5μg/L。目前通常采用离子交换法、萃取法、自然蒸发法和化学沉淀法等除铊工艺处理铊污染废水，但这些处理工艺均存在流程繁琐、处理效率低、处理成本高等问题，且均难以将废水中铊元素处理至安全排放标准以下，外排废水中铊元素仍严重超标，造成地表水河流断面的铊污染问题严重，已经对饮用水卫生安全构成严重威胁。且化学沉淀法主要为先通过加碱调节pH值，再利用氧化剂(如高锰酸盐、液氯、高铁酸盐、双氧水等)将一价铊氧化成三价铊，然后通过吸附、沉淀、过滤进行去除；这种工艺虽然能在一定程度上降低废水中铊元素的含量，但运用该工艺进行处理时需投加大量碱调节pH值，以及投加大量絮凝剂进行吸附，药剂消耗量大，处理成本高，且液体氧化剂易泄露，使用操作起来不方便，总体来说不利于推广使用。因此，亟需研究开发新型的深度除铊剂，在快速去除废水中铊的同时，又能达到国家规定的《污水综合排放标准》，且可避免二次污染。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种铊污染深度固化剂，该铊污染深度固化剂能够与溶液中Tl或者其它形式的铊化合物进行离子吸附或交换，与铊元素稳定结合形成难溶物沉淀，同时还提供该铊污染深度固化剂的制备方法及应用。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种铊污染深度固化剂，所述铊污染深度固化剂中以枸溶性SiO2计的有效硅的含量≥20wt％，以CaO和MgO计的钙镁合量≥30wt％，以Fe2O3和MnO2计的铁锰合量为1.8～5.5wt％，以Al2O3计的氧化铝含量≥6.4wt％，CEC容量≥54cmol/kg，pH值为9～11，碱性条件下对铊的饱和吸附量≥1g/kg。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种如上述的铊污染深度固化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将硅铝矿物、钙镁辅助剂和助熔剂混合均匀，进行焙烧后得到活性硅酸铝盐材料；(2)向活性硅酸铝盐材料中加入水和氧化剂，混合均匀，将得到的料浆进行干燥、粉碎，得到铊污染深度固化剂。本专利技术利用硅铝矿物、钙镁辅助剂和助熔剂经高温焙烧活化处理后得到活性硅酸铝盐材料，活性硅酸铝盐材料在水溶液中可以分解离出硅酸盐和铝酸盐，解离出的硅酸盐、铝酸盐可以和硅酸铝盐材料相互作用形成一种具有多孔洞大表面积的活性硅酸铝盐吸附材料；将氧化剂投入活性硅酸铝盐材料的水溶液后，水溶液中形成的活性硅酸铝盐吸附材料可以将氧化剂吸附在材料表面，使材料在具备强吸附性的同时兼具强氧化性，最终经干燥后得到了一种铊污染深度固化剂。上述的制备方法，优选的，为了提高铊污染深度固化剂固化污染源铊的能力，所述硅铝矿物、钙镁辅助剂和助熔剂的质量比为(10～20)：(12～35)：1；所述活性硅酸铝盐材料和氧化剂的质量比为(9～19)：1；所述活性硅酸铝盐材料和水的质量比为10：(1～10)。上述的制备方法，优选的，为了保证铊污染深度固化剂对污染源铊的强吸附性，所述硅铝矿物中SiO2的含量为60～80wt％，Al2O3的含量为10～20wt％；所述硅铝矿物为长石类硅铝酸盐矿物和/或黏土类硅铝酸盐矿物；更优选的，所述硅铝矿物为铝土矿、石英、黑云母、绿泥石、长石、绿豆岩和伊利石中的至少一种。上述的制备方法，优选的，所述钙镁辅助剂中CaO和MgO的总含量为40～60wt％；所述钙镁辅助剂为石灰石、生石灰、氢氧化钙、菱镁矿、白云石、硫酸镁中至少一种。钙镁辅助剂具有活化作用，能够活化硅铝矿物。上述的制备方法，优选的，将硅铝矿物、钙镁辅助剂和助熔剂混合均匀后的混合物先进行研磨再进行焙烧，研磨后混合物的粒度为+1500目至-60目。更优选的，研磨后混合物的粒度为+1500目至-100目。上述的制备方法，优选的，所述助熔剂为含钠原料和/或含钾原料，助熔剂的加入可以降低焙烧温度；所述含钠原料为硫酸钠、氧化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、硝酸钠、芒硝中的至少一种；所述含钾原料为硫酸钾、氧化钾、氢氧化钾、碳酸钾、氯化钾、硝酸钾中的至少一种；所述氧化剂为高铁酸钾、高铁酸钠、高锰酸钾、高锰酸钠、二氧化锰中至少一种。上述的制备方法，优选的，为了保证硅铝矿物、钙镁辅助剂和助熔剂的熔融混合效果，提高铊污染深度固化剂的综合性能，所述焙烧的温度为800～1500℃，时间为30min～10h。更优选的，所述焙烧的温度为1150～1350℃，时间为45min～10h。上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中混合为10～105℃，时间为10min～30min。需将步骤(2)中混合的温度和时间控制在本专利技术的范围内，如果低于本专利技术的范围，则吸附氧化剂的速率较慢速率较低，如果超出本专利技术的范围，则氧化剂会发生降解。由于活性硅酸铝盐材料具有极强的碱性，向其与氧化剂的混合物中加入水进行反应，所得混合料浆的pH值大于10，料浆中存在大量羟基离子，可有效抑制氧化剂还原。上述的制备方法，优选的，所述干燥的温度为100～105℃，干燥至水含量≤3wt％。上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中粉碎至粒度为-100目。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种如上述的铊污染深度固化剂或者根据上述的制备方法制备得到的铊污染深度固化剂在治理铊污染中的应用，包括以下步骤：向铊污染体中加入所述铊污染深度固化剂处理30分钟以上，所述铊污染深度固化剂和铊污染体中铊元素的质量比为(5000～20000)：1，所述铊污染体为铊含量超标的土壤、水体或废渣。本专利技术的铊污染深度固化剂具有强氧化、高吸附性能、沉降速度快和残渣稳定等特点，当使用本专利技术的铊污染深度固化剂进行铊污染治理时，污染体中的Tl+将被氧化成Tl3+，此时由于铊污染深度固化剂的多孔洞、大表面积特性可以使Tl3+进入材料晶格中，通过离子交换、络合及共沉淀等作用被牢固地束缚。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的铊污染深度固化剂，具有强碱性、强氧化性，同时还具有孔洞多、表面积大、CEC容量高的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铊污染深度固化剂，其特征在于，所述铊污染深度固化剂中，以枸溶性SiO2计的有效硅的含量≥20wt％，以CaO和MgO计的钙镁合量≥30wt％，以Fe2O3和MnO2计的铁锰合量为1.8～5.5wt％，以Al2O3计的氧化铝含量≥6.4wt％，CEC容量≥54cmol/kg，pH值为9～11，碱性条件下对铊的饱和吸附量≥1g/kg。

【技术特征摘要】
1.一种铊污染深度固化剂，其特征在于，所述铊污染深度固化剂中，以枸溶性SiO2计的有效硅的含量≥20wt％，以CaO和MgO计的钙镁合量≥30wt％，以Fe2O3和MnO2计的铁锰合量为1.8～5.5wt％，以Al2O3计的氧化铝含量≥6.4wt％，CEC容量≥54cmol/kg，pH值为9～11，碱性条件下对铊的饱和吸附量≥1g/kg。2.一种如权利要求1所述的铊污染深度固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硅铝矿物、钙镁辅助剂和助熔剂混合均匀，进行焙烧后得到活性硅酸铝盐材料；(2)向活性硅酸铝盐材料中加入水和氧化剂，混合均匀，将得到的料浆进行干燥、粉碎，得到铊污染深度固化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硅铝矿物、钙镁辅助剂和助熔剂的质量比为(10～20)：(12～35)：1；所述活性硅酸铝盐材料和氧化剂的质量比为(9～19)：1；所述活性硅酸铝盐材料和水的质量比为10：(1～10)。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述硅铝矿物中SiO2的含量为60～80wt％，Al2O3的含量为10～20wt％；所述硅铝矿物为长石类硅铝酸盐矿物和/或黏土类硅铝酸盐矿物。5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述钙镁辅助剂中CaO和MgO的总含量为40～60wt％；所述钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀驰，王杨，钟楚彬，赖学明，王程程，周小惠，
申请(专利权)人：湖南中土环保技术研究院，中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43