一种定向诱导重金属形成特定矿物的资源化回收方法技术

本发明专利技术属于重金属污染物治理技术领域，公开了一种定向诱导重金属形成特定矿物的资源化回收方法，向含重金属离子的水体中加入高价金属阳离子，并调节pH至弱酸性；将矿物晶种颗粒加入到含重金属的水体中，并调节pH致使金属离子沉淀，得到沉淀物；洗涤沉淀物，洗去表面吸附态或附着态重金属离子；最后将所得固体干燥制得目标矿物材料或化学试剂。本发明专利技术中加入的矿物晶种能够起到显著的结构诱导效应，可以选择性改变重金属离子的最终产物，也即是通过选择不同结构的矿物晶种可以选择性诱导重金属离子形成与该晶种结构类似的结晶产物。这种处理方法可同时满足重金属离子的高效去除和产物的易回收与可应用性。物的易回收与可应用性。物的易回收与可应用性。

【技术实现步骤摘要】
一种定向诱导重金属形成特定矿物的资源化回收方法


[0001]本专利技术属于重金属污染物治理
，公开了一种定向诱导重金属形成特定矿物的资源化回收方法。

技术介绍

[0002]重金属污染所引起的环境和人类健康问题日益加剧，已受到全球广泛关注。重金属污染物包括铜、镉、铅、锌、铬、镍、汞等，具有致癌、致畸或其他毒性等，危害环境、动植物生产及人体健康。目前已发展了许多针对土壤、自然水体、废水等介质的重金属污染治理技术，如针对土壤重金属污染的钝化、固定化/稳定化、电动力学技术等；针对水体的吸附、絮凝沉淀等技术。这些技术可以很好的钝化或从水体中去除重金属离子，但是也存在明显的缺点。如土壤重金属钝化技术仅能实现短期内的重金属迁移活性和生物可利用性的降低，从长期来看重金属可以重新被活化。而像电动力学、吸附、絮凝沉淀等技术可以将重金属离子从水体中去除，但仍需对处理过程中产生的固体废物进行无害化处理，后续处理存在一定的难度以及较为繁琐。
[0003]重金属虽然是一类有害物质，但同时也是有用资源。那么，是否存在既可以解决土壤重金属污染的永久修复，又可以实现水体中重金属离子的去除且无需担心后续固体产物的安全处置的简便处理方法呢？目前的技术均无法同时实现重金属离子的高效去除，及产物易回收、可应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种定向诱导重金属形成特定矿物的资源化回收方法，解决了目前无法同时实现重金属离子的高效去除，及产物易回收、可应用的问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种定向诱导重金属形成特定矿物的资源化回收方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、在含重金属离子的溶液中添加正三价及以上价态金属阳离子，随后调节pH至4～5，得到混合溶液；
[0008]步骤二、将矿物晶种颗粒加入到混合溶液中，同时调节混合溶液的酸碱性至目标反应pH值≥5，重金属离子与正三价及以上价态的金属阳离子共沉淀，得到沉淀物；
[0009]步骤三、洗涤沉淀物，洗去沉淀物表面的重金属离子，得到固体产物；
[0010]步骤四：将固体产物干燥后，得到目标矿物材料或化学试剂。
[0011]进一步，所述的矿物晶种包括金属氧/氢氧化物矿物、碱式阴离子盐矿物、以及其他与目标产物具有相似或相同晶体或表面结构的矿物。
[0012]进一步，正三价及以上价态金属阳离子为铝、铁、铬、锰、钛和稀土离子中的一种或多种。
[0013]进一步，干燥方式采用烘干、冷冻干燥或自然干燥；温度不超过150℃。
[0014]进一步，重金属离子为锌离子、镉离子、铜离子、镍离子或钴离子。
[0015]进一步，共沉淀的反应时间为2小时以上。
[0016]进一步，重金属离子与正三价及以上价态金属阳离子的摩尔比为(1
‑
5)：1。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0018]本专利技术公开了一种定向诱导重金属形成特定矿物的资源化回收方法，充分利用了矿物学上的晶种诱导成矿理论，利用矿物晶种结构特异性实现了重金属离子的定向诱导成矿，所得产物为与矿物晶种结构类似的矿物，且产物的晶体类别可由矿物晶种的种类决定，实现了污染介质中重金属离子的产品化和产物多元化，从而有望推动从土壤、自然水体、废水等介质中回收重金属离子为有价值的功能矿物或化学试剂的生产活动，为市场提供有价值的吸附剂、催化剂、电极材料、阻隔材料、化学原料等。本专利技术重金属资源化方法，在处理后能够直接获得有价值的能够直接使用的材料或化学试剂，从而实现重金属废物的资源化和有价值化。也即是说，这种处理方法同时满足重金属离子的高效去除，且产物易回收、可应用。成本低，处理简单、高效、能耗低，制备周期短，适于规模化制备，应用前景广阔。
附图说明
[0019]图1是实施案例1中Zn和Al摩尔比为5时各体系锌离子随时间变化的去除动力学曲线；
[0020]图2是实施案例1中Zn和Al摩尔比为3时各体系锌离子随时间变化的去除动力学曲线；
[0021]图3是实施案例1中Zn和Al摩尔比为1时各体系锌离子随时间变化的去除动力学曲线；
[0022]图4是实施案例1中Zn和Al摩尔比为3实验中不同体系的Zn离子瞬时去除速率曲线；
[0023]图5是实施案例1中各体系(水滑石吸附体系LDH
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Zn、共沉淀体系Zn
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Al、水滑石诱导体系LDH
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Zn
‑
Al)产物的X射线衍射图谱(XRD)；
[0024]图6是实施案例1中Zn和Al摩尔比为3实验中水滑石吸附体系LDH
‑
Zn、共沉淀体系Zn
‑
Al、水滑石诱导体系LDH
‑
Zn
‑
Al的产物的元素面扫和EDX能谱分析结果。其中，图a代表水滑石吸附锌离子体系(LDH
‑
Zn)产物中Mg、Al、Zn元素分布和相对含量；图b代表Zn和Al均相共沉淀体系(Zn
‑
Al)产物中Al、Zn元素分布和相对含量；图c代表水滑石晶种诱导锌离子矿化体系(LDH
‑
Zn
‑
Al)产物中Mg、Al、Zn元素分布和相对含量；
[0025]图7是本专利技术实施例2采用的水滑石晶种法诱导镉离子体系的镉离子去除效率图；
[0026]图8是实施案例3中氯化铜沉淀体系Cu
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Cl、共沉淀体系Cu
‑
Al、水滑石晶种诱导体系LDH
‑
Cu
‑
Al产物的XRD图谱；
[0027]图9是实施案例4中氯化铜沉淀体系Cu
‑
Cl、共沉淀体系Cu
‑
Al、副氯铜矿晶种诱导体系产物的XRD图谱；
[0028]图10是实施案例3和4对比结果简明示意图，表示在Cu和Al离子混合溶液中，添加水滑石晶种则最终产物为层状双金属氢氧化物矿物(CuAl
‑
LDH)，而添加副氯铜矿晶种则使得最终产物为碱式阴离子盐矿物。
具体实施方式
[0029]本专利技术公开了一种定向诱导重金属形成特定矿物的重金属资源化回收方法，包括以下步骤：
[0030]1)调节含重金属离子的水体或土壤溶液pH至4～5间，使晶种不至于大量溶解；
[0031]2)按比例将细小的特定矿物晶种颗粒加入到含重金属的水体或土壤溶液中(如按1g矿物晶种/L水体的比例或其他比例添加晶种)，随后向水体中加入高价金属阳离子并调节pH至目标反应pH值(≥5)使重金属离子和所添加的高价金属阳金属离子共同沉淀；亦可先加入高价金属阳离子，随后加入矿物晶种颗粒，最后调节pH至目标反应pH值。需要指出的是，反应目标pH的设定需要根据混合溶液中金属离子的沉淀pH确定，只需确保溶液中的金属离子能够发生沉淀反应即可。
[0032]3)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定向诱导重金属形成特定矿物的资源化回收方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在含重金属离子的溶液中添加正三价及以上价态金属阳离子，随后调节pH至4～5，得到混合溶液；步骤二、将矿物晶种颗粒加入到混合溶液中，同时调节混合溶液的酸碱性至目标反应pH值≥5，重金属离子与正三价及以上价态的金属阳离子共沉淀，得到沉淀物；步骤三、洗涤沉淀物，洗去沉淀物表面的重金属离子，得到固体产物；步骤四：将固体产物干燥后，得到目标矿物材料或化学试剂。2.根据权利要求1所述的一种定向诱导重金属形成特定矿物的资源化回收方法，其特征在于，所述的矿物晶种包括金属氧/氢氧化物矿物、碱式阴离子盐矿物、以及其他与目标产物具有相似或相同晶体或表面结构的矿物。3.根据权利要求1所述的一种定向诱导重金属形成特定矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖潘民旺，刘洵，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：