一种水体除磷磁性材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种水体除磷磁性材料及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：将铜火法冶炼渣破碎、研磨，得铜渣粉；将锌冶炼水萃渣破碎、研磨，得锌渣粉；将铜渣粉和锌渣粉混匀，然后向其中加入粘结剂，进行造粒，得吸附材料前驱体；将吸附材料前驱体以2‑5℃/min的速度升温至80‑120℃，保温1‑4h，然后以5‑10℃/min的速度升温至120‑300℃，保温1‑5h，冷却，制得。该吸附材料具有制备成本低、除磷效果好、吸附容量大、制备过程简单易于操作以及不会产生二次污染的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种水体除磷磁性材料及其制备方法和应用
本专利技术属于环保材料
，具体涉及一种水体除磷磁性材料及其制备方法和应用。
技术介绍
由于工业生产的迅猛发展，大量含磷的废水排入江河湖泊中，增加了水体中营养物质的负荷，从而引起水体中藻类与水生物大量繁殖。最近几年云南滇池、安徽巢湖、太湖等湖泊频繁爆发大规模蓝藻事件，国家环保部门对此提出了多项措施进行控制以此来缓解严峻的形式。目前，已经有很多技术应用于磷的去除，如生物法、化学混凝法、离子交换法、膜分离法、人工湿地法、电化学法和吸附法等。其中，吸附法被认为是处理江海湖泊富磷水体的主要方法，具有较好的应用前景，其具有高效、经济、易操作及无二次污染等优点。根据已有的资料表明，常用的磷吸附剂主要有稀土氧化物、铁复合氧化物、铁铝复合氧化物、磁性吸附材料和其他的吸附物质，其中，稀土元素反应时间较长，且速度较慢；铁铝锆等复合氧化物反应较快，但是对磷的去除率不高，性价比较低，现有的磁性吸附材料的制备成本较高，现在只停留于试验阶段，无法大规模投入生产使用，其他的吸附物质在使用时需要添加絮凝剂，会产生大量的化学污泥，污泥沉淀到水体底部，最终可能导致被固定的磷再次释放。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种水体除磷磁性材料及其制备方法和应用，该磁性材料可有效解决现有的净化材料存在的吸附容量小、吸附速率慢、易造成二次污染以及成本高的问题。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水体除磷磁性材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将铜火法冶炼渣破碎、研磨，得铜渣粉；(2)将锌冶炼水萃渣破碎、研磨，得锌渣粉；(3)将铜渣粉和锌渣粉混匀，然后向其中加入粘结剂，进行造粒，得吸附材料前驱体；(4)将步骤(3)中的吸附材料前驱体以2-5℃/min的速度升温至80-120℃，保温1-4h，然后以5-10℃/min的速度升温至120-300℃，保温1-5h，冷却，制得。采取上述方案所产生的有益效果为：火法冶炼铜的过程中，原材料经过焙烧后得到铁磁性物质，该类物质具有较强的磁性，锌水萃冶炼过程中需要添加石灰，冶炼后最终生成大量的活性含钙硅酸矿物，将两者混合用于去除水体中的磷，去除过程中活性含钙硅酸盐发生水解，生成羟基和钙离子，当羟基和钙离子与水体中的磷酸根接触后反应生成羟基磷灰石，羟基磷灰石是一种无毒无害的物质，处理一定时间后，由于铁磁性物质具有磁性，最终采用磁选设备将材料进行回收即可实现去除水体中磷的目的。将铜渣粉和锌渣粉通过粘结剂粘合后造粒，第一次以2-5℃/min升温过程中主要目的在于去除粘结剂中的水，一定的升温速度，可以防止吸附材料前驱体脱水过程中发生破碎；第二次以5-10℃/min升温过程中主要目的是将粘结剂中的羟基脱出，最终转变成纳米级二氧化硅和或三氧化铝，从而起到粘结的作用，升温速度过高或过低，均会导致粘结效果变差。进一步地，步骤(1)中铜渣粉的粒径全部小于325目。采取上述方案所产生的有益效果为：铜渣粉粒度过大，易导致吸附材料比表面积变小，不利于去除水体中的磷，粒度过小，导致生产成本增加。进一步地，步骤(2)中锌渣粉的粒径全部小于325目。采取上述方案所产生的有益效果为：锌渣粉粒度过大，不利于成型，同时，使制得的吸附材料比表面积较小，不利于除磷。进一步地，步骤(3)的吸附材料前驱体中铜渣粉和锌渣粉的质量比为3-5:2-4，粘结剂的质量占铜渣粉和锌渣粉混合粉体的15-25％。进一步地，步骤(3)的吸附材料前驱体中铜渣粉和锌渣粉的质量比为4:3，铜渣粉的量多于锌渣粉的量，粘结剂的质量占铜渣粉和锌渣粉混合粉体的25％。采取上述方案所产生的有益效果为：一定量的铜渣粉可充分提供铁磁性物质，利于后续将吸附材料利用磁选的方式从水体中吸出，提高吸附材料的分离效果；一定量的锌渣粉可以提供充足的活性硅酸钙作为反应活性位点，从而快速吸附水体中的磷，提高除磷效果；一定量的粘结剂可提高粘结效果，防止吸附材料发生破碎，利于后续磁选分离。进一步地，步骤(3)中粘结剂由硅溶胶和或铝溶胶制成。采取上述方案所产生的有益效果为：硅溶胶或铝溶胶经过高温处理后易脱出羟基，最终转变成具有粘结作用的纳米级二氧化硅和三氧化铝，提高粘结效果。进一步地，步骤(3)中硅溶胶和或铝溶胶的质量浓度为5-50％。进一步地，步骤(3)中硅溶胶和或铝溶胶的质量浓度为20-40％。进一步地，步骤(3)中硅溶胶和或铝溶胶的质量浓度为30％。采取上述方案所产生的有益效果为：硅溶胶和或铝溶胶的质量浓度过低，导致材料成型困难，质量浓度过高，使得细颗粒增多，导致制备的材料孔道易被堵塞，不利于后续除磷。进一步地，步骤(3)中吸附材料前驱体的形状为球形、圆柱形或不规则颗粒状。进一步地，步骤(3)中当吸附材料前驱体的形状为球形时，吸附材料前驱体的粒级为φ1～6mm。进一步地，步骤(3)中当吸附材料前驱体的形状为球形时，吸附材料前驱体的粒级为φ3mm。进一步地，步骤(3)中当吸附材料前驱体的形状为圆柱形时，吸附材料前驱体的直径为φ0.5～6mm。进一步地，步骤(3)中当吸附材料前驱体的形状为圆柱形时，吸附材料前驱体的直径为φ3mm。采取上述方案所产生的有益效果为：吸附材料前驱体的粒度或直径过小，设备无法实现，粒度或直径增大后，既不利于后续回收，且吸附材料的比表面积也会下降，降低除磷效果。进一步地，步骤(4)中将步骤(3)中的吸附材料前驱体以3℃/min的速度升温至105℃，保温2h，然后以6℃/min的速度升温至220℃，保温3h。采取上述方案所产生的有益效果为：第一阶段以3℃/min的速度升温至105℃，保温2h过程主要是去除粘结剂中的水分，此过程中的升温速度和保温温度过高会导致吸附材料发生开裂，导致吸附材料的成型率差；第二阶段以6℃/min的速度升温至220℃，保温3h的过程中主要是使得粘结剂分子中的羟基脱出，此阶段升温速度和保温温度过高或过低，均会导致粘结效果变差。本专利技术所产生的有益效果为：本专利技术中提供的磁性材料的原料为金属冶炼渣，原料易得，原料价格低廉，制备过程简单易于操作，制备成本低，可用于大规模批投入生产使用；该吸附材料具有吸附容量大、吸附速度快的优点，吸附过程中，利用锌冶炼水淬渣中含有的含钙硅酸盐作为反映的活性位点，含钙硅酸盐发生水解生成羟基和钙离子，羟基和钙离子与水体中的磷酸根发生反应生成羟基磷灰石，可将水体中磷酸根固定，在利用铜火法冶炼渣中存在的铁磁性物质具有磁性的性质，将吸附材料从水中磁选快速分离即可，可有效避免磁性材料中的磷二次释放。本专利技术的除磷化学反应机理如下：5Ca2++OH-+3HPO42-→Ca5(PO4)3(OH)↓+3H+3Ca2++2HPO42-→Ca3(PO4)2↓+2H+附图说明图1为实施例1中磁性吸附材料图；图2为实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水体除磷磁性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将铜火法冶炼渣破碎、研磨，得铜渣粉；/n(2)将锌冶炼水萃渣破碎、研磨，得锌渣粉；/n(3)将铜渣粉和锌渣粉混匀，然后向其中加入粘结剂，进行造粒，得吸附材料前驱体；/n(4)将步骤(3)中的吸附材料前驱体以2-5℃/min的速度升温至80-120℃，保温1-4h，然后以5-10℃/min的速度升温至120-300℃，保温1-5h，冷却，制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种水体除磷磁性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铜火法冶炼渣破碎、研磨，得铜渣粉；
(2)将锌冶炼水萃渣破碎、研磨，得锌渣粉；
(3)将铜渣粉和锌渣粉混匀，然后向其中加入粘结剂，进行造粒，得吸附材料前驱体；
(4)将步骤(3)中的吸附材料前驱体以2-5℃/min的速度升温至80-120℃，保温1-4h，然后以5-10℃/min的速度升温至120-300℃，保温1-5h，冷却，制得。


2.如权利要求1所述的水体除磷磁性材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中铜渣粉的粒径全部小于325目。


3.如权利要求1所述的水体除磷磁性材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中锌渣粉的粒径全部小于325目。


4.如权利要求1所述的水体除磷磁性材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)的吸附材料前驱体中铜渣粉和锌渣粉的质量比为3-5:2-4，粘结剂的质量占铜渣粉和锌渣粉混合粉体的15-25％。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈广，邓宇森，熊平，
申请(专利权)人：四川时代绿洲环境修复股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51