一种利用赤泥制备晶须状微纳米零价铁材料的方法及其制备的产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种利用赤泥制备晶须状微纳米零价铁材料的方法及其制备的产品和应用，属于固废利用和环境修复的交叉技术领域。本发明专利技术的制备方法是将赤泥、还原剂、粘结剂与水混匀后制备成含碳球团，将含碳球团干燥后在1000～1100℃隔绝氧气条件下进行还原焙烧，获得晶须状微纳米零价铁。本发明专利技术制得的晶须状微纳米零价铁材料实现了对环境污染物赤泥的高效利用，具有原料来源广泛、流程短、成本低、材料附加值高的优点，在环境领域中有广泛的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种利用赤泥制备晶须状微纳米零价铁材料的方法及其制备的产品和应用


[0001]本专利技术属于固废利用和环境修复的交叉
，具体涉及一种利用赤泥制备晶须状微纳米零价铁材料的方法及其制备的产品和应用，特别是在去除废水中偶氮染料和/或重金属离子中的应用。

技术介绍

[0002]赤泥是生产氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生0.8～1.5吨赤泥。中国作为世界第一大氧化铝生产国，年产赤泥达数千万吨，我国目前堆存了数吨的赤泥。赤泥因其pH值很高，属于有害废渣(强碱性土)。过去一般只能堆存，既占用了大量土地，又对土壤、水源、大气等造成污染。此外，赤泥中的铁含量往往较高，部分赤泥铁含量可达40％以上。因此，赤泥的处理处置及资源化利用也成为了世界性环保难题。
[0003]近年来，环境材料发展迅速，在水体净化工程中有许多的应用，零价铁(nZVI)便是其中之一。微米级的ZVI由于颗粒粒径大、比表面积小、表面的活性位点不足，导致ZVI对污染物去除速率较慢、修复时间长、工程投资大、维护费用高。与常规ZVI相比，纳米零价铁(nZVI)主要是以粒径为0～100nm的铁粒存在，使其具有独特的表面效应、体积效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应，从而具有比表面积大、强还原性、反应迅速等特点。目前nZVI主要通过液相还原法制备，此法使用的试剂昂贵，合成过程中会有大量的氢气和副产物产生，且通常需要通入惰性气体保护，从而导致nZVI的制备成本非常高。此外，nZVI在废水中反应后生成磁铁矿，在范德华力和磁力作用下，在水体中容易聚集，导致迁移能力下降，反应活性降低。因此研发低成本高活性的微细粒零价铁材料迫在眉睫。
[0004]中国专利CN201911139130.2公开了一种利用赤泥和烟煤制备零价铁催化剂的制备方法。将赤泥和烟煤机械混合12h后，放入密封的铁铬合金反应器内，在700～900℃热解60～120min，然后将焙烧产物进行干燥处理，干燥温度为100～120℃，干燥时间为16～24h，最后得到零价铁催化剂。催化剂颗粒大小非常均匀且金属铁的分散度好，零价铁催化剂具有去除水中Cr重金属离子的能力。但该方法对原料和焙烧产物的处理比较复杂，且耗时较长。同时也未公开零价铁的粒度、形貌等微观特征。
[0005]中国专利CN201610822748.9公开了用赤泥生产规整化铁碳微电解填料的方法，将赤泥、无烟煤、粘结剂与水混匀后制备成含碳球团，含碳球团干燥后在1100～1300℃隔绝氧气进行还原焙烧，获得规整化铁碳微电解填料。将该专利技术制备的规整化铁碳微电解填料其应用于工业废水处理，可有效降低废水的COD和色度，运行使用效果稳定。但是该专利技术采用的焙烧温度较高，所制备的材料中金属铁主要以微米级球形颗粒存在，活性较差。
[0006]基于上述理由，特提出本申请。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种利用赤泥制备
晶须状微纳米零价铁材料的方法及其制备的产品和应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。
[0008]为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种利用赤泥制备晶须状微纳米零价铁材料的方法，所述方法具体包括如下步骤：
[0010](1)制备赤泥含碳球团：将赤泥、还原剂和粘结剂按一定比例混合后加水造球，制备成含碳球团并干燥；
[0011](2)还原焙烧：将步骤(1)所得的干燥的含碳球团在温度1000～1100℃、隔绝氧气条件下还原焙烧；焙烧结束后，在隔绝氧气条件下冷却，得到所述的晶须状微纳米零价铁。
[0012]具体地，上述技术方案步骤(1)中，所述造球是指将混合物料与水加入圆筒式、圆盘式、振动式或搅拌式造球机等内制成球团。
[0013]进一步地，上述技术方案步骤(1)中，为了保证最终材料中有足够含量的零价铁，所用赤泥的铁含量大于30％；同时为了促进铁晶须的生成，赤泥中碱性组分Na2O+CaO+K2O含量应大于5％，其中Na2O含量应大于2％。
[0014]进一步地，上述技术方案步骤(1)中，所述赤泥、还原剂和粘结剂的质量比为100:(20～30)：(0.5～2)。
[0015]进一步地，上述技术方案步骤(1)中，所述还原剂优选为无烟煤。
[0016]进一步地，上述技术方案步骤(1)中，所述粘结剂优选为羧甲基纤维素钠或淀粉。
[0017]进一步地，上述技术方案步骤(1)中，所述水的用量可不做具体限定，只要能实现混合物料制成球团即可，例如，所述水与与混合物料的质量比为10～20：100，较优选为12～15：100；其中：所述混合物料指的是由赤泥、还原剂和粘结剂组成的混合物料。
[0018]进一步地，上述技术方案步骤(1)中，所述干燥的温度为100～200℃，所述干燥时间为60min～120min。
[0019]进一步地，上述技术方案步骤(2)中，所述还原焙烧的时间优选为20～60min。
[0020]本专利技术的第二个目的在于提供采用上述所述方法制备得到的晶须状微纳米零价铁材料，零价铁材料主要以铁晶须的形式存在，铁晶须以放射状生长在铝硅酸盐基质上。
[0021]进一步地，上述技术方案，所述晶须状微纳米零价铁材料中铁晶须的直径为200nm～10μm，铁晶须的长度为5μm～100μm。
[0022]本专利技术的第三个目的在于提供上述所述方法制备得到的晶须状微纳米零价铁材料在去除废水中的偶氮染料和/或重金属离子中的应用。
[0023]进一步地，上述技术方案，所述偶氮染料为亚甲基蓝、甲基橙、酸性品红、酸性橙等中的任一种或多种。
[0024]进一步地，上述技术方案，所述重金属离子为Cr
6+
、Ni
2+
、Cu
2+
等中的任一种或多种。
[0025]本专利技术制备工艺中各原料所起的作用以及还原焙烧的反应机理如下：
[0026]a)本专利技术赤泥中的铁矿物按Fe2O3→
Fe3O4→
FeO
→
Fe的次序逐级被还原剂无烟煤气化产生的CO还原。在FeO
→
Fe阶段，赤泥中碱性组分(Na2O、CaO、K2O)中的Na
+
、Ca
2+
、K
+
进入FeO晶格，因为它们半径比Fe
2+
更大，引起FeO晶格畸变，导致生成的零价铁呈晶须状。
[0027]b)本专利技术焙烧过程中，赤泥中的SiO2、Al2O3、CaO等脉石组分相互反应生成铝硅酸盐基质，充当铁晶须的载体，铁晶须以放射状生长在铝硅酸盐基质上，从而避免团聚；
[0028]c)粘结剂在造球时将赤泥和无烟煤粘合起来，在500℃左右挥发，不参与反应。为了防止还原焙烧能够顺利进行和焙烧产物中的零价铁不被氧化，还原焙烧和冷却均在隔绝氧气的条件下进行。
[0029]d)本专利技术的焙烧温度为1000～1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用赤泥制备晶须状微纳米零价铁材料的方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：(1)制备赤泥含碳球团：将赤泥、还原剂和粘结剂按一定比例混合后加水造球，制备成含碳球团并干燥；(2)还原焙烧：将步骤(1)所得的干燥的含碳球团在温度1000～1100℃、隔绝氧气条件下还原焙烧；焙烧结束后，在隔绝氧气条件下冷却，得到所述的晶须状微纳米零价铁。2.根据权利要求1所述的利用赤泥制备晶须状微纳米零价铁材料的方法，其特征在于：步骤(1)中，所用赤泥的铁含量大于30％，碱性组分Na2O+CaO+K2O含量大于5％，其中Na2O含量大于2％。3.根据权利要求1所述的利用赤泥制备晶须状微纳米零价铁材料的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述赤泥、还原剂和粘结剂的质量比为100:(20～30)：(0.5～2)。4.根据权利要求1所述的利用赤泥制备晶须状微纳米零价铁材料的方法，其特征在于：所述还原剂为无烟煤。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：余文，唐作珍，高彩琪，方龙，陈江安，唐琼瑶，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：