一种硅酸盐-碳酸盐复合矿物材料、其制备方法及在沉淀重金属离子方面的应用技术

本发明专利技术涉及一种硅酸盐

【技术实现步骤摘要】
一种硅酸盐
‑
碳酸盐复合矿物材料、其制备方法及在沉淀重金属离子方面的应用


[0001]本专利技术属于溶液的处理或净化
，具体涉及一种硅酸盐
‑
碳酸盐复合矿物材料、其制备方法及在沉淀重金属离子方面的应用。

技术介绍

[0002]工业生产过程中产生大量含重金属的废水，其排放会导致水体和周围土壤中重金属含量不断累积，对生态环境造成污染，且通过食物链的传递最终威胁到人体健康。因此，重金属的去除对于保护水体及土壤生态环境具有重要意义。
[0003]去除重金属的工艺众多，碱沉淀法是当前工业上广泛应用的一种方法，主要是通过添加石灰、氢氧化钠、碳酸钠等强碱性物质，调节水体碱度使重金属元素转变为难溶的氢氧化物或碳酸盐态，从而固定并去除重金属，其中石灰原料来源广泛、价格低廉，是应用最广泛的沉淀剂。但该方法处理重金属时存在一定的局限性，主要问题有：(1)碱用量不足时，重金属去除效果无法保证，但大量碱的使用导致处理后的水体碱性过强(pH>9)，需进一步酸中和处理后才能满足排放的要求，工艺成本增大；(2)以金属氢氧化物为主要成分的污泥含水量高、体积大，沉降时间长，固液分离困难，同时，该类污泥属于危险固废，在堆存过程中，部分重金属离子的再溶出也会造成二次污染。尤其处理含锰、镉重金属离子废液时，由于锰、镉离子在水环境中往往结合六个水分子而形成稳定的八面体壳核结构(Me(H2O)
62+
，Me＝Cd、Mn)，较铜、铁、锌等四配位型重金属((Me(H2O)
42+
)而言，其水化能更高，即脱除水化壳所需的能量更高，导致其反应活性低；且镉、锰氢氧化物具有较大的溶度积常数，在传统碱中和过程中往往需要将水体pH值调节至12以上，才能保证足够高的镉、锰去除率,因而使得上述碱沉淀工艺的短板更加凸显。除此之外，在处理重金属污染土壤时，强碱性物质的大量使用会破坏土壤酸碱平衡，造成二次污染。
[0004]方解石矿物和硅酸盐矿物是自然界中广泛存在的两类矿产资源，在环境治理方面也有较多应用。其中，方解石(含有CaCO3)是生产石灰的主要原料，自身化学性质稳定，对重金属的吸附作用较弱。虽然目前国内外已有研究表明，活化后的方解石矿物材料可以直接作用于铜、铁、锌等重金属离子使其以氢氧化物或碱式碳酸盐、碱式硫酸盐等复合盐的形式沉淀，但其对镉、锰的固定容量远低于上述金属离子，无法满足排放要求。同样地，天然硅酸盐矿物如蒙脱石、海泡石、高岭石、蛇纹石、滑石等，作为重金属离子吸附剂被广泛研究，但其原料或改性矿物材料的吸附容量均不高，尤其在处理镉、锰等重金属时，处理后固体中重金属含量仅为1
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5％。依靠效率不高的表面吸附机理，天然矿物对重金属的吸附量不仅远达不到资源化的目的，而且，为使重金属浓度达标排放，大量使用矿物原料而产生的大量含重金属的固体渣也亟需处理。
[0005]现有研究中，基于上述矿物的沉淀剂材料尚未达到对镉、锰重金属元素的有效固定，本申请提供一种碳酸盐
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硅酸盐复合矿物材料，强化其对重金属的吸附性能，且制备和应用工艺简单、绿色环保，有助于净化环境，在提升非金属矿产资源综合利用价值的同时，
也有望实现相关固废的资源化应用，具有重要的工业应用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料、其制备方法及在沉淀重金属(镉、锰等)离子方面的应用，该硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料能够在温和条件下高效固定镉、锰重金属，实现重金属污染的稳定、无害化处理以及二次金属资源的回收。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0008]提供一种硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料，所述硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料由硅酸盐矿物粉末与碳酸盐矿物粉末混合球磨活化得到。
[0009]本专利技术还提供上述硅酸盐
‑
碳酸盐复合矿物材料的制备方法，具体步骤如下：将硅酸盐矿物粉末与碳酸盐矿物粉末混合，放入球磨机中进行球磨，球料比为25
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50：1，球磨转速为400
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800转/分钟，球磨时间为30
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240分钟，得到硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料。
[0010]按上述方案，所述硅酸盐矿物粉末为天然矿物蛇纹石，橄榄石，凹凸棒石，滑石中的一种或多种的粉末，或含有上述矿物的固废，粒径为158微米以下。
[0011]按上述方案，所述碳酸盐矿物粉末为碳酸镁，碳酸钙，碱式碳酸镁，碳酸钙镁中的一种，或含有上述成分的天然矿物或固废，粒径为158微米以下。
[0012]按上述方案，所述硅酸盐矿物粉末中硅酸盐与碳酸盐矿物粉末中碳酸盐的质量比为1
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3：1。
[0013]本专利技术还包括上述硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料在沉淀重金属离子方面的应用，具体使用方法为：向含重金属离子的溶液中加入所述硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料，常温常压下匀速震荡搅拌反应，反应结束后静置，随后固液分离，重金属以碳酸盐的形式被固定并从液相中去除。
[0014]按上述方案，所述重金属离子包括锰离子，镉离子。本专利技术的对铜、锌、镍、铁离子也具有很好的沉淀去除效果。
[0015]按上述方案，所述含重金属离子的溶液pH值为3～7。
[0016]按上述方案，所述含重金属离子的溶液中重金属离子与硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料中碳酸盐的摩尔比为1：0.5～3。
[0017]按上述方案，匀速震荡搅拌反应工艺条件为：以300
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500rpm的转速进行震荡搅拌，反应30
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240分钟。
[0018]本专利技术利用机械力化学研磨手段，将硅酸盐矿物与碳酸盐矿物混合研磨活化，球磨可以破坏原生矿物的晶体结构，提高其反应活性，除此之外，两者混合在特定的球磨条件下，还增强了两种物料之间的界面相互作用(碳酸盐矿物在硅酸盐矿物表面的负载)，制备得到硅酸盐
‑
碳酸盐复合材料。在固化重金属离子的过程中，在硅酸盐矿物与碳酸盐矿物的协同作用下，重金属离子如镉、锰离子能够在硅酸盐矿物表面形成碳酸盐沉淀，通过静置沉淀即可实现固液分离，该反应在pH值为3及以上的环境下均可有效进行，且在极低的固定剂用量下实现对镉、锰等重金属离子的高效固定，该过程中不会引进新的杂质。其基本反应原理如下式(a)和式(b)所示：
[0019]X
‑
Si
‑
O(H)+YCO3→
YCO3@X
‑
Si
‑
O(H)
ꢀꢀꢀ
(a)
[0020]YCO3@X
‑
Si
‑
O(H)+Me
2+
→
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料，其特征在于，所述硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料由硅酸盐矿物粉末与碳酸盐矿物粉末混合球磨活化得到。2.根据权利要求1所述的硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料，其特征在于，所述硅酸盐矿物粉末为天然矿物蛇纹石，橄榄石，凹凸棒石，滑石中的一种或多种的粉末，或含有上述矿物的固废，粒径为158微米以下。3.根据权利要求1所述的硅酸盐
‑
碳酸盐复合矿物材料，其特征在于，所述碳酸盐矿物粉末为碳酸镁，碳酸钙，碱式碳酸镁，碳酸钙镁中的一种，或含有上述成分的天然矿物或固废，粒径为158微米以下。4.根据权利要求1所述的硅酸盐
‑
碳酸盐复合矿物材料，其特征在于，所述硅酸盐矿物粉末中硅酸盐与碳酸盐矿物粉末中碳酸盐的质量比为1
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3：1。5.一种权利要求1
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4任一所述的硅酸盐
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碳酸盐复合矿物材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将硅酸盐矿物粉末与碳酸盐矿物粉末混合，放入球磨机中进行球磨，球料比为25
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50：1，球磨转速为400
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800转/分钟，球磨时间为30
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240分钟，得到硅酸盐
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【专利技术属性】
技术研发人员：张其武，陈敏，胡慧敏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：