基于矿物相结构特征和重金属同异质属性判断微观结合作用的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于矿物相结构特征和重金属同异质属性判断微观结合作用的方法，包括步骤：对待测重金属固体废物进行X射线衍射测试，获得所述矿物相结构特征；获取所述重金属元素在所述待测重金属固体废物中的元素形式，以确定所述重金属元素特性为同质属性还是异质属性；根据所述矿物相的结构特征以及所述重金属元素的同异质属性判断所述待测重金属固体废物中重金属元素和矿物相二者之间的微观结合作用。本发明专利技术与传统的实验表征方法相比，具有普适性强，流程简便、快速、准确的优势。准确的优势。准确的优势。

【技术实现步骤摘要】
基于矿物相结构特征和重金属同异质属性判断微观结合作用的方法


[0001]本专利技术涉及重金属固废分析表征
，尤其涉及一种基于矿物相结构特征和重金属同异质属性判断二者的微观结合作用的方法。

技术介绍

[0002]重金属分离并资源化是实现危废环境风险最小化的关键。例如，专利技术专利CN106119545A，CN106011482B，CN108220604B，提供了一系列的基于关键矿相相转变调控技术的重金属深度分离方法，这些方法的核心理论依据就是重金属与关键矿相的微观作用关系。危险废物中矿相与重金属的微观作用关系，是影响重金属迁移、转化和分离特性的决定性因素，是分析危废环境与资源属性的关键。但是，重金属危废种类多、形式多样，组分复杂，涉及多金属多矿相共存的特点，导致针对实际体系中矿相与重金属微观作用分析的研究十分困难。
[0003]目前，在重金属与矿物相微观作用研究领域，高能X射线分析技术是其中应用最广泛、置信度最高的核心研究手段，以X射线吸收近边结构（XANES）和拓展X射线吸收精细结构（EXAFS）为代表，通过耦合多维的表征信息才能获得具体的微观作用信息。因而，这些方法工作量大、效率低、价格昂贵、只能用于纯相体系、不具有普适性。
[0004]鉴于此，有必要提供种一种基于矿物相和同异质属性判断重金属微观结合作用的方法，以解决或至少缓解上述技术缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提供一种基于矿物相和同异质属性判断重金属微观结合作用的方法，旨在解决现有技术中对判断重金属固体废物的重金属微观结合作用的表征方法不佳的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于矿物相结构特征和重金属同异质属性判断微观结合作用的方法，包括步骤：S1，对待测重金属固体废物进行元素分析，获取所述待测重金属固体废物中赋存的重金属元素和矿物相；S2，对所述待测重金属固体废物进行X射线衍射分析，根据X射线衍射图谱获得所述矿物相的结晶相态，根据所述矿物相的结晶相态以及所述待测重金属固体废物的扫描电镜照片和/或所述矿物元素对应的晶体结构数据库信息，获得所述矿物相的结构特征；S3，在所述重金属元素未形成单独的物相时，获取所述重金属元素在所述待测重金属固体废物中的存在形式，以确定所述重金属元素的电荷信息，其中，所述存在形式包括阳离子或者阴离子基团；S4，根据所述重金属元素的电荷信息与所述矿物相中对应的离子或者基团的电荷信息是否匹配，判断所述重金属元素与所述矿物相中对应的离子或者基团之间的同异质属
性为同质属性还是异质属性；S5，根据所述矿物相的结构特征以及所述重金属元素与矿物相之间的同异质属性判断所述待测重金属固体废物中所述重金属元素和矿所述物相的微观结合作用。
[0007]进一步地，所述步骤S2包括：S21，对所述待测重金属固体废物进行X射线衍射分析，根据X射线衍射图谱获得所述矿物相的结晶相态，所述结晶相态包括非晶相和结晶相；S22，在所述结晶相态为结晶相时，根据所述待测重金属固体废物的扫描电镜照片、或者所述矿物相对应的晶体结构数据库信息、或者所述待测重金属固体废物的扫描电镜照片与所述矿物相对应的晶体结构数据库信息的结合，确定所述结晶相的晶相特征，以获得所述矿物相的结构特征；其中，所述晶相特征包括孔道矿物相、层状矿物相、纳米矿物相以及块材矿物相；S23，在所述结晶相态为非晶相时，确定所述矿物相的结构特征为无定型矿物。
[0008]进一步地，所述步骤S2中对所述待测重金属固体废物进行X射线衍射分析，根据X射线衍射图谱获得所述矿物相的结晶相态的步骤，包括：对所述待测重金属固体废物进行预处理：将所述待测重金属固体废物的样品在60~105℃下进行空气烘干后研磨并筛分获取50~100目的样品粉末；采用X射线衍射仪进行结晶度测试，获得样品粉末的XRD衍射图谱；使用所述矿物相的标准卡片对所述衍射图谱进行匹对，将所述矿物相的匹配特征信号峰数量≥3的矿相，划分为结晶相，匹配特征信号峰数量＜3的，划分为非晶相。
[0009]进一步地，所所述步骤S22包括：在所述结晶相态为结晶相时，根据所述矿物相对应的矿物相的X衍射图谱标准卡片以及所述矿物相对应的晶体结构数据库信息，确定所述矿物相的晶体结构信息；根据所述晶体结构信息中所记载的原子/基团排列，将存在连续的、重复的、尺寸在5~10
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的空间结构的晶体结构划分成非致密型结构，所述非致密型结构包括孔道结构、层状结构；将不符合所述非致密结构的晶体结构，划分为致密型结构；其中，在所述晶体结构被划分为非致密型结构时，根据所述待测重金属固体废物的扫描电镜照片确定所述矿物相的结构特征。
[0010]进一步地，还包括：在所述晶体结构被划分为致密型结构时，根据所述待测重金属固体废物的扫描电镜照片对所述矿物相对应的矿物相颗粒尺寸特征进行观测；将颗粒平均尺寸＜500nm的矿物相划分为纳米矿物相，颗粒平均尺寸＞500nm的则被划分为块材矿物相。
[0011]进一步地，在所述步骤S3中：采用X射线荧光光谱对共存的所述重金属元素进行鉴别，以获取所述重金属元素在所述待测重金属固体废物中的存在形式。
[0012]进一步地，在所述步骤S3中：所述电荷信息包括离子电荷信息或者基团电荷信息、电荷数、离子或者基团理论半径。
[0013]进一步地，在所述步骤S4中：判断所述重金属元素与所述矿物相中对应的离子或者基团之间的同异质属性为同质属性还是异质属性的条件为：
所述重金属元素与所述矿物相中对应的离子或者基团之间判定为同质属性需要同时满足以下三个条件：电荷属性相同，所带电荷数相同，以及离子/基团的半径差异≤30%；否则，判定为异质属性。
[0014]进一步地，所述待测重金属固体废物中重金属元素和矿物相的微观结合作用包括离子交换、表面吸附、聚集包夹和晶格掺杂；其中，在所述矿物相的结构特征为无定型非晶态时，所述重金属元素和矿物相的微观结合作用为聚集包夹；在所述矿物相为孔道矿物相时，所述重金属元素与所述矿物相中对应的离子或者基团之间的同异质属性为同质属性时，所述重金属元素和矿物相的微观结合作用为离子交换；在所述矿物相为孔道矿物相时，所述重金属元素与所述矿物相中对应的离子或者基团之间的同异质属性为异质属性时，所述重金属元素和矿物相的微观结合作用为表面吸附；在所述矿物相为层状矿物相时，所述重金属元素与所述矿物相中对应的离子或者基团之间的同异质属性为同质属性时，所述重金属元素和矿物相的微观结合作用为离子交换；在所述矿物相为层状矿物相时，所述重金属元素与所述矿物相中对应的离子或者基团之间的同异质属性为异质属性时，所述重金属元素和矿物相的微观结合作用为表面吸附；在所述矿物相为纳米矿物相时，所述重金属元素与所述矿物相中对应的离子或者基团之间的同异质属性为同质属性时，所述重金属元素和矿物相的微观结合作用为表面吸附和者晶格掺杂；在所述矿物相为纳米矿物相时，所述重金属元素与所述矿物相中对应的离子或者基团之间的同异质属性为异质属性时，所述重金属元素和矿物相的微观结合作用为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矿物相结构特征和重金属同异质属性判断微观结合作用的方法，其特征在于，包括步骤：S1，对待测重金属固体废物进行元素分析，获取所述待测重金属固体废物中赋存的重金属元素和矿物相；S2，对所述待测重金属固体废物进行X射线衍射分析，根据X射线衍射图谱获得所述矿物相的结晶相态，根据所述矿物相的结晶相态以及所述待测重金属固体废物的扫描电镜照片和/或所述矿物元素对应的晶体结构数据库信息，获得所述矿物相的结构特征；S3，在所述重金属元素未形成单独的物相时，获取所述重金属元素在所述待测重金属固体废物中的存在形式，以确定所述重金属元素的电荷信息，其中，所述存在形式包括阳离子或者阴离子基团；S4，根据所述重金属元素的电荷信息与所述矿物相中对应的离子或者基团的电荷信息是否匹配，判断所述重金属元素与所述矿物相之间的同异质属性为同质属性还是异质属性；S5，根据所述矿物相的结构特征以及所述重金属元素与矿物相之间的同异质属性判断所述待测重金属固体废物中所述重金属元素和矿所述物相的微观结合作用。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21，对所述待测重金属固体废物进行X射线衍射分析，根据X射线衍射图谱获得所述矿物相的结晶相态，所述结晶相态包括非晶相和结晶相；S22，在所述结晶相态为结晶相时，根据所述待测重金属固体废物的扫描电镜照片、或者所述矿物相对应的晶体结构数据库信息、或者所述待测重金属固体废物的扫描电镜照片与所述矿物相对应的晶体结构数据库信息的结合，确定所述结晶相的晶相特征，以获得所述矿物相的结构特征；其中，所述晶相特征包括孔道矿物相、层状矿物相、纳米矿物相以及块材矿物相；S23，在所述结晶相态为非晶相时，确定所述矿物相的结构特征为无定型矿物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中对所述待测重金属固体废物进行X射线衍射分析，根据X射线衍射图谱获得所述矿物相的结晶相态的步骤，包括：对所述待测重金属固体废物进行预处理：将所述待测重金属固体废物的样品在60~105℃下进行空气烘干后研磨并筛分获取50~100目的样品粉末；采用X射线衍射仪进行结晶度测试，获得样品粉末的XRD衍射图谱；使用所述矿物相的标准卡片对所述衍射图谱进行匹对，将所述矿物相的匹配特征信号峰数量≥3的矿相，划分为结晶相，匹配特征信号峰数量＜3的，划分为非晶相。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S22包括：在所述结晶相态为结晶相时，根据所述矿物相对应的矿物相的X衍射图谱标准卡片以及所述矿物相对应的晶体结构数据库信息，确定所述矿物相的晶体结构信息；根据所述晶体结构信息中所记载的原子/基团排列，将存在连续的、重复的、尺寸在5~10
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的空间结构的晶体结构划分成非致密型结构，所述非致密型结构包括孔道结构、层状结构；将不符合所述非致密结构的晶体结构，划分为致密型结构；其中，在所述晶体结构被划分为非致密型结构时...

【专利技术属性】
技术研发人员：林璋，莫晓峰，田晨，刘学明，梁彦杰，颜旭，柯勇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：