CN109126411B - 一种剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂它是将铁尾矿与污泥分别烘干后粉碎，过筛；再混合均匀，加入含氯化锌、氢氧化钾或碳酸钾的活化药剂水溶液，混合搅拌后抽滤，烘干，放马弗炉煅烧，放置后隔绝空气冷却，再用盐酸与蒸馏水进行清洗，烘干，制得。本发明所用的原料铁尾矿和城市污泥均为固体废弃物，原料丰富，廉价易得，制备工艺简单，易于实现工业化生产，达到以废制废的目的。本发明的吸附容量为65～87mg/g。

Description

一种剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及大气污染处理技术，特别是涉及一种剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂及其制备方法。
背景技术
铁矿石是一种重要的化学矿物原料，用于炼铁和炼制其它工业产物，我国铁矿资源丰富，处于世界前列，几乎在各省都有分布。我国现有的铁矿选别采用浮选法，无论是生产工艺和生产设备及自动化连续化程度与国际水平相比都存在很大差距，而且精铁矿品位和回收率达不到指标，这不仅为尾矿渣的资源化利用带来极大的不便，而且生产成本高，对人体、环境危害大。随着我国经济的发展，市场对铁矿的需求日益增大，加之铁矿资源的不断开采，使其副产物日益增加，尤其是尾矿被丢弃或直接排放，不仅造成了资源浪费，还严重污染了环境。因此研发铁尾矿的回收和利用技术，尤其是作为具有经济价值的原材料，对我国经济发展以及保障生态环境具有重要的作用。
在城市污水处理过程中产生的主要固体废物——污泥，产量巨大，处理处置费用较高，现处置方法还以填埋为主。在我国污水处理厂的全部建设费用中，用于处理污泥的约占20％～50％，甚至达70％左右。大量未经处理的污泥任意堆放和排放，不但会对环境造成新的污染，而且还会浪费污泥中的有用能源。
铁尾矿中的主要成分是SiO2、铁尾矿中还有一定量的Na2O、K2O，使得铁尾矿呈碱性。将碱性的铁尾矿通过煅烧负载在空隙丰富的剩余污泥中，能够用来吸附SO2、NOX等酸性气体。
Na20+H20＝2NaOH
K20+H20＝2KOH
Figure BDA0001806712590000011
Figure BDA0001806712590000012
除此之外，铁尾矿中还含有较高的Fe2O3，其中Fe2O3能和SO2等具有还原性质的酸性气体发生反应，使吸附量增加。
剩余污泥是由细菌、原生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起而形成的絮状体颗粒。剩余污泥中往往含有大量的有机质，含碳量高达50％或更多。碳质材料因具有丰富的孔隙结构而具有巨大的比表面积，具有一定的吸附性能，同时其表面含有多元含氧官能团，可以制备具有一定催化性能的吸附剂。
使用氯化锌活化含碳量高的剩余污泥，在高温下氯化锌气化，气化的氯化锌分资浸渍到碳的内部起骨架作用，与炭化后的碳的高聚物结合在一起，当用酸或热水将氯化锌洗去后，就会形成巨大比表面积的多孔活性炭；碳酸钾和氢氧化钾在高温下能被还原成金属钾并形成CO，蒸汽钾和CO不断挤入碳原子促进了多孔结构的形成。同时，铁尾矿中原生的碱性物质也能对比表面积的形成起到促进作用。
在国内已申请的相关专利中，201310262102.6公开了一种使用铝土矿尾矿和硅藻土作为原料的吸附剂，此吸附剂与本发明的区别在于仅利用了铝土尾矿中和硅藻土烧制后的物理吸附特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂。
本发明的另一目的在于提供一种剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂的制备方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
按照本发明剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂，其特征在于，它是将铁尾矿与污泥分别烘干后粉碎，过筛；再混合均匀，加入含氯化锌、氢氧化钾或碳酸钾的活化药剂水溶液，混合搅拌后抽滤，烘干，放马弗炉煅烧，放置后隔绝空气冷却，再用盐酸与蒸馏水进行清洗，烘干，制得。
按照本发明所述剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将铁尾矿在140～150℃下烘干8～10h，粉碎2～5h后，过200～250目筛，得到预处理的铁尾矿I；
(2)将污泥在100～110℃烘干20～24h，磨碎，筛分成粒径为1～2mm的颗粒，得到预处理的污泥II；
(3)将预处理的铁尾矿I和预处理的污泥II按照1:1～1:5的重量比例混合，加入活化药剂，混合搅拌0.5～1h后抽滤，90～150℃下烘干，隔绝空气在400～900℃下煅烧3～7h，再隔绝空气冷却至室温，再进行清洗，首先用0.5～1.5moL/L的盐酸清洗，再用蒸馏水清洗至pH为6～7，最后在90～150℃下烘干，即得；
其中所述的活化药剂为氯化锌、氢氧化钾或碳酸钾水溶液中的一种，所述活化药剂的浓度为1～6mol/L，所述的活化药剂添加量与铁尾矿的体积比为1:10～60。
按照本发明所述的剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂的制备方法，其特征在于，所述活化药剂的浓度为3～5mol/L，所述的活化药剂添加量与铁尾矿的体积比为1:20～50。
按照本发明所述的剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的污泥为城市污水处理厂产生的活性污泥。
本发明将含有铁氧化物的尾矿负载在改性污泥上，给予其混合物一定的热解条件，使其转化为用于吸附SO2或NOX气体的吸附剂。
所述的污泥为城市污水处理厂产生的活性污泥。
本发明与现有技术相比具有以下优点和效果:
(1)发明以废弃的铁尾矿和城市污泥为原料，使处理SO2、NOX等酸性气体污染环境的成本降低，同时也使废弃的铁尾矿得到了综合利用，达到以废制废的目的；
(2)本发明主要针对工厂中SO2、NOX等酸性气体排放的处理，用废弃的铁尾矿和污泥通过低成本的处理和改性，直接吸附处理被排放的有害气体，从而起到保护环境的作用；
(3)本发明和现有的吸附剂相比，该吸附剂成本低廉，可有效控制工厂SO2、NOX等酸性气体废气在环境中的迁移，吸附时间较短，处理成本低、操作简便，适宜推广应用。
(4)对废弃的铁尾矿和城市污泥的利用，具有良好的社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围并不限于所述内容。
使用吸附容量评价吸附效果，吸附容量q是指在某一温度和压力下，在单位质量的吸附剂上所吸附的吸附质的质量。吸附容量可以作为一个主要指标去衡量吸附效果。在t时刻的吸附容量q(mg/g)计算公式如下：
Figure BDA0001806712590000041
C0，Ct分别为含有SO2、NOX等酸性气体的初始浓度和吸附过程开始后t时刻时的浓度(mg/L)，V为吸附气体样品的体积(L)，m为吸附剂的投加量(g)。
实施例1
一种剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂及其制备方法吸附SO2的效果：
(1)将来自鞍山矿业公司的大孤山铁矿尾矿(Fe:12％、Ca:3.5％、Si:26％)脱水在150℃下烘干10h，用球磨机粉碎，过200目筛，得到预处理的铁尾矿I；
(2)将污泥在105℃烘干20～24h，磨碎，筛分成粒径为2mm的颗粒，得到预处理的污泥II；
(3)将预处理的铁尾矿I和预处理的污泥II按照1:1的重量比例混合，加入活化药剂为5mol/L的氯化锌溶液，其添加量与铁尾矿的体积比为1:30，混合搅拌1h，抽滤，在100℃下烘干，放马弗炉中，400℃下煅烧3h，隔绝空气冷却至室温，再进行清洗，首先用1moL/L的盐酸清洗2～3次，再用蒸馏水清洗至pH为6～7，最后在150℃烘干，即得。
将吸附剂40g放入吸附柱中，SO2烟气流量为300L/h，吸附剂含水率3g水/10g，SO2进口浓度为0.1％。在实验条件下经测算，吸附容量为65mg/g。
实施例2
一种剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂及其制备方法的效果：
(1)将来自鞍山矿业公司的大孤山铁矿尾矿(Fe:12％、Ca:3.5％、Si:26％)脱水在150℃下烘干8h，用球磨机粉碎，过180目筛，得到预处理的铁尾矿I；
(2)将污泥在100℃烘干24h，磨碎，筛分成粒径为1mm的颗粒，得到预处理的污泥II；
(3)将预处理的铁尾矿I和预处理的污泥II按照1:2的重量比例混合，加入活化药剂为4mol/L的氢氧化钾溶液，其添加量与铁尾矿的体积比为1:20，混合搅拌1h，抽滤，在105℃下烘干，放马弗炉中，500℃下煅烧6h，放置3h，隔绝空气冷却至室温，再进行清洗，首先用1moL/L的盐酸清洗2～3次，再用蒸馏水清洗至pH为6～7，最后在150℃烘干，即得。
将吸附剂55g放入吸附柱中，NO2烟气流量为300L/h，吸附剂含水率3g水/10g，NO2进口浓度为0.1％。在实验条件下经测算，吸附容量为74mg/g。
实施例3
一种剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂及其制备方法吸附NO的效果：
(1)将来自鞍山矿业公司的大孤山铁矿尾矿(Fe:12％、Ca:3.5％、Si:26％)脱水在150℃下烘干10h，用球磨机粉碎，过240目筛，得到预处理的铁尾矿I；
(2)将污泥在105℃烘干24h，磨碎，筛分成粒径为1.5mm的颗粒，得到预处理的污泥II；
(3)将预处理的铁尾矿I和预处理的污泥II按照1:3的重量比例混合，加入活化药剂为3mol/L的碳酸钾溶液，其添加量与铁尾矿的体积比为1:50，混合搅拌1h，抽滤，在130℃下烘干，放马弗炉中，700℃下煅烧7h，隔绝空气冷却至室温，再进行清洗，首先用1moL/L的盐酸清洗2～3次，再用蒸馏水清洗至pH为6～7，最后在150℃烘干，即得。
将污泥负载铁尾矿的吸附剂80g放入吸附柱中，NO烟气流量为300L/h，吸附剂含水率3g水/10g，NO2进口浓度为0.1％。在实验条件下经测算，吸附容量为87mg/g。

Claims (3)

1.一种用于吸附NOX或SO2气体的剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将铁尾矿在140～150℃下烘干8～10h，粉碎2～5h后，过200～250目筛，得到预处理的铁尾矿
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
（2）将污泥在100～110℃烘干20～24h，磨碎，筛分成粒径为1～2mm的颗粒，得到预处理的污泥
Figure 768316DEST_PATH_IMAGE002
；
（3）将预处理的铁尾矿
Figure 708065DEST_PATH_IMAGE001
和预处理的污泥
Figure 319175DEST_PATH_IMAGE002
按照1:1～1:5的重量比例混合，加入活化药剂，混合搅拌0.5～1h后抽滤，90～150℃下烘干，隔绝空气在400～900℃下煅烧3～7h，再隔绝空气冷却至室温，再进行清洗，首先用0.5～1.5moL/L的盐酸清洗，再用蒸馏水清洗至pH为6～7，最后在90～150℃下烘干，即得；
其中所述的活化药剂为氯化锌、氢氧化钾或碳酸钾水溶液中的一种，所述活化药剂的浓度为1～6mol/L，所述的活化药剂添加量与铁尾矿的体积比为1:10～60。
2.根据权利要求1所述的用于吸附NOX或SO2气体的剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂的制备方法，其特征在于，所述活化药剂的浓度为3～5mol/L，所述的活化药剂添加量与铁尾矿的体积比为1:20～50。
3.根据权利要求1所述的用于吸附NOX或SO2气体的剩余污泥负载铁尾矿改性吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的污泥为城市污水处理厂产生的活性污泥。
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