CN110028125A - 一种以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法 - Google Patents

一种以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法，属于废水处理和固废资源化利用技术领域，以含铁、铜或铝金属元素废渣为原料，通过超细粉碎、气力沉降分离获得矿物纳米粒子载体，将矿物纳米粒子载体与含离子态有机物水体搅拌均匀，再加入矿物载体分离助剂，进行浮选分离，所述矿物载体分离助剂的质量份组成为：腐植酸10~20份、氨基酸35~75份、二甲基醚10~28份、咪唑5~17份，应用于水体处理时投加量为10‑30mg/L。

Description

一种以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物 的方法
技术领域
本发明属于废水处理和固废资源化利用领域，具体涉及一种以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法。
背景技术
随着科学技术和经济的高速推进及发展，我国工业水平也大幅度提高，金属废渣产生量也不断增加。针对有色金属行业的统计研究，截至2017年，我国的有色金属行业冶炼废渣增长速度约920万吨/年，废渣总量约为1.5亿吨。基于矿物性质和冶炼工艺，废渣中也存在大量的有价金属。例如，铜冶炼和精炼过程中产生大量的铜渣，铜渣中存在40%~55%的FeOx， 25%~40%的SiO2，10%左右的Al2O3和CaO，以及少量的Cu、Au、Ag等金属元素。但是铜渣结构复杂，嵌布粒度细，其中的有价元素难以有效提取，工业上常常采用堆存的方式进行处理，造成了环境的污染以及土地资源的浪费。铝电解大修渣通过堆场底部地层渗入地下水，从而造成环境的污染。钢渣是炼钢厂粗钢冶炼过程中排放的固体废弃物，钢渣中存在2%～8%的Fe2O3和含量为2%～8%的Al2O3等。在我国，钢渣的利用途径较多，主要用作水泥混凝土掺和料、筑路以及建材方面，但是利用率较低，仅为20%左右。在废渣的回收利用方面，国内外研究人员做了大量的研究。例如，曹兴等在“一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺”（CN108467236A）中提出了将重金属废渣、电石渣、重金属稳定剂按一定计量比进行固化，通过管道输送至指定区域进行堆存。该方法实现了重金属废渣污染性能的降低，但是也造成了金属资源的浪费。赵侣璇等在“一种含重金属废渣堆存场地的微生物修复方法”（CN108856283A）中提出了将含有铅、锌、镉等重金属元素的废渣堆存场地作为培养介质，用混合硫酸盐还原菌和枯草芽孢杆菌对土壤进行修复，可去除污染物质。该方法实现了废渣的资源化利用，但是反应条件苛刻，且周期较长。刘阿宝等在“一种含铜、锰、钴、锌、镍重金属废渣再回收的处理方法”（CN108754148A）中提出了采用硫酸还原浸出、萃取-电积提铜、中和除杂、硫化沉钴、碳化沉锰、蒸发结晶等工艺，实现了有色金属提取回收利用最大化，但是该法工艺较为复杂，能耗高。因此，结合金属废渣的性质，亟待开发金属废渣的经济合理利用方法。
废水中离子态有机物主要包括具有诸如羧基、苯酚、烯醇、醇、羰基、胺、巯基等氧、氮和硫官能团的芳香族和脂类有机化合物或非均相混合物，离子态有机物的存在对人类活动及水环境产生消极的影响。例如，苯酚是高分子材料、合成染料、医药、农药等工业的原料之一，由于苯酚的广泛应用，不可避免地造成污染，它是一种剧毒物质，可致癌，已经被列入有机污染物的黑名单。黄原酸基团主要存在于选矿废水中，具有一定的毒性，含有黄原酸基团的丁基黄原酸对人畜的毒性问题主要表现在伤及神经***和肝脏器官，对生殖***也有不良影响。金属废渣中含有Cu、Al、Fe等金属元素，能够与废水中离子态有机物起到架桥作用。因此，结合金属废渣的性质，发挥废渣中金属元素的作用，将金属废渣应用于水体中离子态有机物的去除，不仅实现了金属废渣的资源化利用，同时也实现了水体中离子态有机物的高效富集和水体净化。
发明内容
针对现有金属废渣大量堆滞，易造成资源浪费、二次污染严重的问题，本发明的目的在于提供一种以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法，可以实现金属废渣的资源化利用、水体中离子态有机物的高效富集及水体的净化。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法，以含铁、铜或铝金属元素废渣为原料，通过超细粉碎、气力沉降分离获得矿物纳米粒子载体，将矿物纳米粒子载体与含离子态有机物水体搅拌均匀，再加入矿物载体分离助剂，进行浮选分离。
进一步地，本发明的技术方案中所述的含铁、铜或铝金属元素废渣为铜冶炼渣、铝电解大修渣、钢渣中至少一种，铁、铜、铝总质量含量不低于20%，其中质量比为Cu/(Cu+Fe+Al)<5%，铜冶炼渣、铝电解大修渣和钢渣三者的质量比（4.5~5.2）:（3.0~3.2）:（1.8~2.3）。
本发明的技术方案中所述超细粉碎处理条件：所述含铁、铜或铝金属元素废渣首先经纳米砂磨机或高速振动球磨机进行超细粉碎至粒度不高于1.0 µm，平均比表面积为200~300m3/g。
本发明的技术方案中所述气力沉降分离处理条件：含铁、铜或铝金属元素废渣经超细粉碎后再用气力沉降分离得到矿物纳米粒子载体，粒度分布为100~500 nm，平均比表面积为250~400 m3/g，应用于水体处理时投加量为50~500 mg/L。
进一步地，矿物载体分离助剂的质量份组成为腐植酸10~20份、氨基酸35~75份、二甲基醚10~28份、咪唑5~17份，应用于水体处理时投加量为10~30 mg/L。
本发明的技术方案中，所述的水体中离子态有机物为氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基一种或几种，总含量为30~450 mg/L，水体pH为5~9，氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基各基团的浓度范围均为30~120 mg/L。
本发明的技术方案中，所述浮选分离时间为5~10 min。
本发明的技术原理：将含铁、铜或铝金属元素废渣制备为矿物纳米粒子载体，使水体中离子态有机物与载体中的金属元素形成架桥作用，能够很好的嵌合在载体的表面和孔隙中，实现离子态有机物与水体的分离；通过载体分离助剂改变载体的表面物化性质，通过泡沫传递作用，实现载体与水体的分离。
对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
（1）本发明的方法实现了金属废渣的资源化利用；
（2）本发明的方法实现了水体中有机物的高效快速富集及脱除，实现了水体的净化；
（3）本发明的方法工艺简单，成本低，易于实现工业化的应用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。需要说明的是，这些实施例仅为了更好的理解本发明，而不是限制本发明所保护的范围。
【实施例1】
一种废渣源纳米粒子载体及其吸附分离水体中离子态有机物的方法，水体中含有氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基，总浓度为100 mg/L，pH为5.0。
如图1所示，具体步骤如下：将铜冶炼渣、铝电解大修渣、钢渣为原料，经纳米砂磨机进行超细粉碎，粉碎后颗粒最大粒度为0.76µm，平均比表面积为220 m3/g；再采用气力输送旋风分离器进行气力沉降分离，得到矿物纳米粒子载体，矿物纳米粒子载体中：铁、铜、铝总质量含量为29%，且质量比Cu/(Cu+Fe+Al)为4.5%，平均粒度为200 nm，平均比表面积为280 m3/g；按照60 mg/L的加入量将矿物纳米粒子载体加入至500 ml含离子态有机物水体中，搅拌均匀；再加入质量份组成为腐植酸10份、氨基酸55份、二甲基醚18份、咪唑17份的矿物分离助剂15 mg/L，搅拌均匀，进行浮选分离。浮选分离时间为6 min；浮选分离残余溶液即为净化水。其中，离子态有机物的去除率如表1所示。
表1 实施例1具体参数及结果表
【实施例2】
一种废渣源纳米粒子载体及其吸附分离水体中离子态有机物的方法，水体中含有氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基，总浓度为200 mg/L，pH为7.0。
如图1所示，具体步骤如下：将铜冶炼渣、铝电解大修渣、钢渣为原料，经纳米砂磨机进行超细粉碎，粉碎后颗粒最大粒度为0.50µm，平均比表面积为240 m3/g；再采用气力输送旋风分离器进行气力沉降分离，得到矿物纳米粒子载体，矿物纳米粒子载体中：铁、铜、铝总质量含量为40%，且质量比Cu/(Cu+Fe+Al)为4.0%，平均粒度为220 nm，平均比表面积为295 m3/g；按照180 mg/L加入量将矿物纳米粒子载体加入至500 ml含离子态有机物水体中，搅拌均匀；再加入质量份组成为腐植酸13份、氨基酸60份、二甲基醚12份、咪唑15份的矿物分离助剂18 mg/L，搅拌均匀，进行浮选分离。浮选分离时间为8 min；浮选分离残余溶液即为净化水。其中，离子态有机物的去除率如表2所示。
表2 实施例2具体参数及结果表
【实施例3】
一种废渣源纳米粒子载体及其吸附分离水体中离子态有机物的方法，水体中含有氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基，总浓度为300 mg/L，pH为9.0。
如图1所示，具体步骤如下：将铜冶炼渣、铝电解大修渣、钢渣为原料，经纳米砂磨机进行超细粉碎，粉碎后颗粒平均粒度为0.45 µm，平均比表面积为250 m3/g；再采用气力输送旋风分离器进行气力沉降分离，得到矿物纳米粒子载体，矿物纳米粒子载体中：铁、铜、铝总质量含量为45 %，且质量比Cu/(Cu+Fe+Al)为4.5%，平均粒度为300 nm，平均比表面积为320 m3/g；按照300 mg/L加入量将矿物纳米粒子载体加入至500 ml含离子态有机物水体中，搅拌均匀；再加入质量份组成为腐植酸15份、氨基酸50份、二甲基醚20份、咪唑15份的矿物分离助剂17 mg/L，搅拌均匀，进行浮选分离。浮选分离时间为9 min；浮选分离残余溶液即为净化水。其中，离子态有机物的去除率如表3所示。
表3 实施例3具体参数及结果表

Claims (6)

1. 一种以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法，其特征在于：以含铁、铜或铝金属元素的废渣为原料，通过超细粉碎、气力沉降分离获得矿物纳米粒子载体，将矿物纳米粒子载体与含离子态有机物水体搅拌均匀，再加入矿物载体分离助剂，进行浮选分离，所述矿物载体分离助剂的质量份组成为：腐植酸10~20份、氨基酸35~75份、二甲基醚10~28份、咪唑5~17份，应用于水体处理时投加量为10-30 mg/L。
2.根据权利要求1所述的以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法，其特征在于，所述的含铁、铜或铝金属元素废渣为铜冶炼渣、铝电解大修渣和钢渣中至少一种，铁、铜、铝总质量含量不低于20%，其中质量比为Cu/(Cu+Fe+Al)<5%。
3. 根据权利要求1所述的以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法，其特征在于，所述废渣首先经纳米砂磨机或高速振动球磨机进行超细粉碎至粒度不大于1.0µm，平均比表面积为200~300 m3/g。
4. 根据权利要求1所述的以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法，其特征在于，含铁、铜或铝金属元素废渣经超细粉碎后再用气力沉降分离得到矿物纳米粒子载体，粒度分布为100~500 nm，平均比表面积为250~400 m3/g，应用于水体处理时投加量为50~500 mg/L。
5. 根据权利要求1所述的以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法，其特征在于，所述的水体中离子态有机物为氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基中的一种或两种以上，总含量为30~450 mg/L，水体pH为5~9。
6. 根据权利要求1所述的以废渣源纳米粒子为载体吸附分离水体中离子态有机物的方法，其特征在于，所述浮选分离时间为5~10 min。
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