專利名稱：利用粉煤灰提取磁性礦物修復水體重金屬污染的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于固廢處理和環(huán)境污染治理技術領域，具體涉及一種利用粉 煤灰提取磁性礦物治理水體中重金屬污染的方法。
背景技術：
工業(yè)化和人類活動造成的水體和土壤重金屬污染是當前人類面臨的 嚴重環(huán)境問題。由于重金屬污染具有多源性、滯后性、累積性、不可生物 降解性等特點，并能通過食物鏈最終危及人類的生命和健康。因此，重金 屬污染的治理是環(huán)境資源領域的重大任務。目前，按照重金屬污染治理的 原理，重金屬污染治理方法主要有化學法、物理化學法、生物法和礦物法。 其中，化學法(如化學沉淀法、氧化還原法等)處理重金屬污染技術容易
實現(xiàn)，但治理成本往往豐支高、易產生二次污染；物理化學法(如離子交換 法、電解法、吸附法、反滲透法等)往往操作和原材料成本較高；生物法 (如微生物吸附、植物吸收等)雖然材料豐富、操作成本低、去除效果好， 但還處于實驗室試驗階段；礦物法類似于生物處理，利用礦物及其礦物改 性產物具有的表面吸附、離子交換、孔道過濾和化學活性治理重金屬污染 和修復環(huán)境功能。礦物法治理重金屬污染具有礦物來源廣泛、成本低，可 以直接經機械加工或經適當?shù)母男院突瘜W處理即可應用，而且吸附后的脫 附工藝簡單，環(huán)境協(xié)調性好等特點，是一種資源節(jié)約和環(huán)境友好型的重金 屬污染處理方法。
目前常用的重金屬治理用環(huán)境礦物有二大類，第一類是金屬類礦物， 如天然的鐵錳氧化物礦物(氧化鐵、疏鐵礦、黃鐵礦、軟錳礦等)，這類 礦物對處理C,、 Cu2+、 Pb2+、 Hg2+、 Cd"等污染有良好的效果。第二類是 非金屬礦物，如蒙脫石、膨潤土、硅藻土、沸石、磷灰石、翁土礦物等。 其中鐵(氫)氧化物礦物在自然界廣泛存在，特別是赤鐵礦(a-Fe203)、 磁鐵礦(Fe30"、針鐵礦(ot -FeOOH)因其具有較大的表面積和較強的吸附能 力，是目前常用的重金屬污染環(huán)境治理礦物。研究表明，利用鐵氧化物礦物具有的極性表面和較高的比表面積，吸附環(huán)境中的重金屬離子是一種經 濟、有效的固定水體和土壤中重金屬的材料。
目前在重金屬污染環(huán)境治理中應用的氧化鐵礦物主要有人工合成的 氧化鐵和天然氧化鐵礦物兩類。人工合成的氧化鐵礦物因純度高、粒度細， 重金屬的去除效果高，但成本高，難以大量推廣。近年，發(fā)展以天然礦物 或富含氧化鐵的工業(yè)固體廢渣作骨料，再將一定形態(tài)的氧化鐵固定在礦物 骨料表面，制成經過改性的、性能更優(yōu)的環(huán)境礦物材料作為吸附重金屬和
有機污染物的材料。如黏土-磁鐵礦-Fe(OH)3共沉淀體系作為重金屬的吸 附劑；利用化學-熱包膜技術在廢渣上包被氧化鐵作為吸附劑，有效去除 As(V)和As(m)等。這些改性或合成的氧化鐵材料要求一定的工藝處理 和操作步驟，且使用條件有一定限制。
在自然界中有許多具有天然凈化功能的氧化鐵礦物，特別是許多富鐵 的工業(yè)固體廢物中如粉煤灰、鐵尾礦、紅泥、鋼渣等，它們富含磁性氧化
鐵，能否利用這些固體廢物中的氧化鐵作為吸附固定重金屬和有機污染物 的新材料，成為一種新的選擇。雖然直接利用粉煤灰固定土壤重金屬已有 成功的經驗，但由于處理需要的用量大，可能產生二次污染等。因此，利 用氧化鐵具有的磁性特征，可通過磁分離技術，將它們有效地從工業(yè)固體 廢物中分離出來，利用氧化鐵對重金屬的固定和吸附性能，作為治理水體 和土壤重金屬污染的環(huán)保材料是一新的思路。
粉煤灰是我國最豐富的固體廢物，也是十分嚴重的環(huán)境污染物，處理 量非常大，粉煤灰的年排放量達1.6億噸以上。粉煤灰中含有一定量由煤 炭燃燒過程中形成的赤鐵礦和磁鐵礦等磁性礦物，由于工業(yè)固體廢物礦物 材料儲量大，設計的提取方法簡單、成本低廉，操作簡易且效果好、無二 次污染，達到固廢處理和環(huán)境治理有機結合，是環(huán)境友好和工藝上可應用 的 一種重金屬污染環(huán)境修復技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種固廢利用和重金屬污染環(huán)境修復結合，低成本、易操 作的重金屬污染環(huán)境修復方法。 本發(fā)明方法的具體步驟是 (1)磁性礦物提取
4將粉煤灰和水配制成灰漿，抽取灰漿至高梯度磁分離器，灰漿中的磁 性礦物被吸附至高梯度磁分離器內，非磁性部分從高梯度磁分離器排出后 被繼續(xù)抽取至高梯度磁分離器，通過循環(huán)反復若干次提取，將粉煤灰中的
磁性顆粒完全提?。?br> (2 )磁性礦物清洗
抽取清水至高梯度磁分離器，循環(huán)反復若干次，利用清水循環(huán)清洗管 路和磁性礦物顆粒上黏附的其他礦物顆粒；取下高梯度^f茲分離器上磁性礦 物顆粒，備用；
(3)水體重金屬污染修復
將步驟(2)得到的磁性礦物與重金屬污染廢水混合后抽取至高梯度 磁分離器，循環(huán)反復若干次，處理后的廢水排放，高梯度磁分離器內的磁 性礦物回ij欠。
所述的高梯度磁分離器可采用現(xiàn)有裝置，也可自制，自制的結構簡單 的高梯度磁分離器由5-6個永磁鐵組成，使用前永磁鐵外包塑料膜，磁分 離完成后，可方便地將塑料膜取下，這樣可防止磁性顆粒黏附在永磁鐵上。
所述的灰漿最優(yōu)由粉煤灰和7jc按照質量比i: 7-12配制，該濃度的灰
漿最利于灰漿的循環(huán)和^f茲性礦物的吸附，濃度過高，循環(huán)不通暢，能耗大， 濃度過低，提取效率低。
所述的(1)磁性礦物提取、(2)磁性礦物清洗、(3 )水體重金屬 污染修復在帶攪拌器的容器、蠕動泵、高梯度磁分離器和環(huán)形管路組成的 提取裝置中完成。
本發(fā)明的特點是
1、 本發(fā)明采用循環(huán)系統(tǒng)設計，灰漿配制、磁性礦物提取、清洗和去 除水中重金屬均可在一套系統(tǒng)內完成，自動化程度高、操作簡便、不需化 學試劑。
2、 本發(fā)明方法磁性礦物提取完全、提取效率高。提取后的粉煤灰， 磁化率在40xlO-S-50xlO-Si^kg"之間，提取效率卯％以上，提取的磁性礦 物純度高。
3、 固廢處理和重金屬污染環(huán)境修復有機結合，治理成本低，磁性吸 附劑可回收循環(huán)利用，不產生二次污染，。
4、 提取的磁性礦物用途廣，即可作為水體中重金屬的吸附劑，又可作為土壤中重金屬的固定劑。將提取的磁性礦物風干，磨細過100目；以 0.1%比例施入重金屬污染土壤，控制土壤水分在田間持水量附近，時間 5-6個月，利用磁性礦物的吸附功能和氧化還原功能將土壤中的活性重金 屬固定。重金屬污染土壤修復結束后，可根據(jù)需要將磁性礦物回收或留在 土壤中。磁性礦物回收程序將土壤風干，過2mm篩，直接利用包被保 鮮膜或保鮮袋的^F茲分離器將土壤中的磁性礦物回收。


圖1為本發(fā)明方法的循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
圖2為粉煤灰中提取磁性礦物表面結構的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式
如圖1所示，容器1帶有攪拌器5，容器1的底部設有三通閥7,容 器l、蠕動泵2和高梯度磁分離器3通過橡皮管4連通，高梯度^f茲分離器 3由6塊永磁鐵組成，
將收集的火電廠粉煤灰約200g置于容器1中，加水至粉煤灰和水的 比例約l: 10;打開攪拌器5，以100-200轉/分轉速攪拌5-10分鐘，形成 均勻的粉煤灰灰漿。
打開三通閥7，設定蠕動泵2轉速150-200轉/分，粉煤灰灰漿進入環(huán) 形管路，通過蠕動泵2驅動形成粉煤灰灰漿環(huán)流；粉煤灰灰漿勻速通過高 梯度磁分離器3，灰漿中的磁性礦物吸附至永磁鐵上，打開開關6,粉煤 灰灰漿中的非磁性部分經環(huán)形管路回到容器1;回到容器1的粉煤灰灰漿 經攪拌器5攪拌，再通過蠕動泵2驅動進入環(huán)流回路，進行第二次提?。?經30-60分鐘連續(xù)分離(分離時間可根據(jù)粉煤灰中的磁性礦物數(shù)量進行調 節(jié))，通過循環(huán)反復多次提取，將粉煤灰中的磁性顆粒完全提取，粉煤灰 中磁性礦物提取率達90%以上。
永磁鐵外包塑料保鮮膜或套保鮮袋，磁分離完成后，可方便地將保鮮 膜或保鮮袋取下，這樣可防止磁性顆粒黏附在永》茲鐵上。
關閉攪拌器5和蠕動泵2，打開三通閥7，將剩余粉煤灰灰漿放出容 器l;粉煤灰灰漿放完后，關閉三通閥7;放入1-2L清水；打開蠕動泵2 開關，利用清水循環(huán)清洗管路和》茲性礦物顆粒上黏附的其他礦物顆粒；取下高梯度^f茲分離器上磁性礦物顆粒，備用。
取下經清洗的磁性礦物顆粒，放入容器l;注入重金屬污染廢水；打 開攪拌器5，攪拌5-10分鐘；打開三通閥7，通過5-10分鐘循環(huán)回收，將 廢水中的/F茲性礦物回收；處理后的廢水經三通閥7排出。
實施例1
采集浙江省8個主要火電廠的粉煤灰，應用上述提取方法，經30分 鐘循環(huán)提取磁性礦物。經提取前后的粉煤灰磁性測定，磁性礦物提取率在 90%以上，提取后的粉煤灰磁化率在42xlO義56xlO-SmSkg";提取的磁性礦 物組成主要是赤鐵礦和磁鐵礦；8個火電廠粉煤灰的磁性礦物含量在 2.2%-16.3%,其》茲性礦物含量的差異主要取決于燃煤的來源和燃燒溫度等 因素。提取的磁性礦物經XRD、磁測和掃描電子顯微鏡檢測，證明粉煤 灰中提取的磁性礦物類型是赤鐵礦(0t-Fe2O3)和磁鐵礦(Fe304),磁化率在 3780xl0-8-13082xl(T8i^kg",飽和等溫剩磁SST^xlO-^GS^xlO^An^kg^
實施例2
含CcP廢水的去除用CdSO4.H2O配成含50mg/LCd"溶液，添加實 施例1粉煤灰中提取的磁性礦物1 g/L,經30分鐘和1小時去除反應，循 環(huán)分離磁性礦物后，經測定磁性礦物對Cc^+去除率分別達88%和89%。
實施例3
含Pb"廢水的去除用Pb(NO3)2配成含50mg/LPb"溶液，添加應用 本裝置從半山火電廠粉煤灰中提取的磁性礦物1 g/L，經30分鐘和1小時 去除反應，循環(huán)分離磁性礦物后，經測定Pb"去除率分別達94和980/0。
實施例4
含Cu"和Pb"廢水的去除用CuS04.H20和Pb(N03)2配成含50mg/L Cu"和Pb"溶液，添加應用本裝置從半山火電廠粉煤灰中提取的磁性礦物 1 g/L,經30分鐘和1小時去除反應，循環(huán)分離磁性礦物后，經測定，Cu2+ 去除率分別達31%和32%, Pl^+去除率分別達62°/。和66%。
權利要求
1、一種利用粉煤灰提取磁性礦物修復水體重金屬污染的方法，包括如下步驟(1)磁性礦物提取將粉煤灰和水配制成灰漿，抽取灰漿至高梯度磁分離器，灰漿中的磁性礦物被吸附至高梯度磁分離器內，非磁性部分從高梯度磁分離器排出后被繼續(xù)抽取至高梯度磁分離器，循環(huán)反復若干次；(2)磁性礦物清洗抽取清水至高梯度磁分離器，循環(huán)反復若干次，利用清水循環(huán)清洗管路和磁性礦物顆粒上黏附的其他礦物顆粒；取下高梯度磁分離器上磁性礦物顆粒，備用；(3)水體重金屬污染修復將步驟(2)得到的磁性礦物與重金屬污染廢水混合后抽取至高梯度磁分離器，循環(huán)反復若干次，處理后的廢水排放，高梯度磁分離器內的磁性礦物回收。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于所述的高梯度磁分離器 由5-6個永磁鐵組成，使用前永磁鐵外包塑料膜。
3、 如權利要求l所述的方法，其特征在于所述的灰漿中粉煤灰和 水的質量比為1: 7-12。
4、 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的(1)磁性礦物提 取、(2)磁性礦物清洗、(3)水體重金屬污染修復在帶攪拌器的容器、 蠕動泵、高梯度》茲分離器和環(huán)形管路組成的提取裝置中完成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用粉煤灰提取磁性礦物修復水體重金屬污染的方法，將粉煤灰配制成灰漿，利用提取裝置，循環(huán)反復多次提取粉煤灰中的磁性礦物；利用提取的磁性礦物，通過提取裝置，循環(huán)去除廢水中的重金屬和回收磁性礦物。本發(fā)明方法磁性礦物提取和去除水中重金屬在一套系統(tǒng)內完成，操作簡便、提取效率高，不需化學試劑。本發(fā)明方法將固廢處理和重金屬污染環(huán)境修復有機結合，治理成本低，吸附劑可回收循環(huán)利用，不產生二次污染。
文檔編號B01J20/06GK101612548SQ20091010068
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權日2009年7月16日
發(fā)明者盧升高 申請人:浙江大學