CN111715178A - 一种铜冶炼废渣基的吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶炼渣资源化利用及无害化处理技术领域，公开了一种铜冶炼废渣基的吸附材料及其制备方法，制备吸附材料所用的原料由铜冶炼废渣、黏土及造孔剂组成；吸附材料的制备方法为：将铜冶炼废渣、黏土烘干磨碎成干粉，将造孔剂烘干破碎；按配比称取铜冶炼废渣粉料、黏土粉料及破碎后的造孔剂，混合搅拌均匀送至成球制粒机中造粒成型，最后经烘干后煅烧制得吸附材料成品。本发明的吸附材料表面粗糙、内部多孔，可用作重金属吸附材料；本发明的制备方法将铜冶炼废渣资源化利用，具有良好的经济效益和社会效益。本发明采用铜冶炼企业固体废物为原料制备重金属吸附材料，吸附处理重金属废水，具有节约自然资源的优势并可达以废治废的目的。

Description

一种铜冶炼废渣基的吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明属于冶炼渣资源化利用及无害化处理技术领域，尤其涉及一种铜冶炼废渣基的吸附材料及其制备方法。
背景技术
目前，现行铜冶炼企业多采用火法冶炼工艺处理硫化铜精矿，该工艺会产生大量的铜冶炼废渣。铜冶炼废渣主要构成为铁硅氧化物、铜铁硅氧化物、氧化铝和氧化钙等成分。目前产出的铜冶炼废渣多以填埋或堆存为主，堆存填埋一方面占用大量场地，另一方面由于铜冶炼废渣中含有活性重金属成分，如管理不善，极易造成环境污染；也有企业将铜冶炼废渣交由第三方固废处理企业进行回收其中有价金属处理。
废水中重金属的去除方法大体可分为两大类：一是使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶的重金属化合物或元素，经沉淀或上浮而使其从废水中去除，可采用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、离子浮选法、电解沉淀或电解上浮法、隔膜电解法等方法去除；二是将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离，可采用蒸发法、吸附法、反渗透法、电渗析法、离子交换法等方法实现。第一类方法中中和沉淀法、硫化物沉淀法和电解沉淀法应用最广。从重金属回用的角度看，第二类方法较第一类更具优越性，因为采用第二类方法处理时，重金属是以原状态浓缩，不需要添加任何化学药剂，经处理后可直接回收利用。而采用第一类方法时，重金属需要借助于多次使用化学药剂，经过多次化学形态转化才能回收利用。一些重金属废水如电镀漂洗水用第二类方法回收其中重金属后，废水也更容易实现闭路循环。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有技术铜冶炼废渣的无害化处理及资源化利用率低。
(2)现有技术吸附材料配方中，主要使用矿物等自然资源或工业原料，废水重金属吸附材料原料成本高。
(3)现有技术没有采用农村废弃秸秆等有机造孔剂，使吸附材料制备烧制过程中能耗更高。
解决以上问题及缺陷的难度为：在冶炼企业，采用冶炼废渣制备水处理材料，并应用于该企业的重金属废水处理中。
解决上述问题及缺陷的意义为：利用冶炼企业固废制备水处理吸附材料，并应用于企业自身的重金属废水处理中，可实现尤其在企业内部实现“以废治废”。
本发明采用铜冶炼企业固体废物为原料制备重金属吸附材料，吸附处理重金属废水，具有节约自然资源的优势并可达“以废治废”的目的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种铜冶炼废渣基的吸附材料及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种铜冶炼废渣基的吸附材料，由以下质量百分比的原料制备而成：60-85wt.％铜冶炼废渣、10-30wt.％黏土、5-10wt.％造孔剂；所述铜冶炼废渣为火法冶炼工艺处理硫化铜精矿生产阳极铜产品过程中形成的废弃渣，其成分包括SiO2 25-35wt.％、Fe 27-45wt.％、CaO 1-6wt.％、Al2O3 3-10wt.％；黏土是含沙粒很少、有黏性的土壤，由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等成分，具有较好的粘塑性；造孔剂为具有造孔作用的有机造孔剂，优选农村废弃秸秆。
本发明另一目的在于提供一种制备铜冶炼废渣基的吸附材料的方法，包括以下步骤：
(1)将铜冶炼废渣、黏土分别烘干后磨碎成干粉；
(2)将造孔剂进行干燥、破碎处理，处理后的造孔剂含水率<20wt.％，粒度要求小于0.5毫米；
(3)按原料配比分别称取上述粉料，混合搅拌均匀，制得吸附材料粉料；
(4)将吸附材料粉料送至成球制粒机中造粒成型，制得吸附材料坯料；
(5)将吸附材料坯料在105℃下烘干3-5小时；
(6)将烘干后的吸附材料坯入烧结炉，升温至1000-1100℃保温1.5-3小时，随炉冷却，出炉得吸附材料成品。
(7)具体包括：将烧制完成的铜渣基吸附材料成品浸泡入0.5-1.5mol/L的NaOH溶液中，浸泡时间为10-25h；浸泡完成后，用蒸馏水冲洗至溶液呈中性；置于烘箱中于105℃烘干，得改性铜渣基吸附材料。
本发明的另一目的在于提供一种用于废水中重金属离子去除的滤料。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明制备吸附材料所用的原料由铜冶炼废渣、黏土及造孔剂组成；吸附材料的制备方法为：将铜冶炼废渣、黏土烘干磨碎成干粉，将造孔剂烘干破碎；按配比称取铜冶炼废渣粉料、黏土粉料及破碎后的造孔剂，混合搅拌均匀送至成球制粒机中造粒成型，最后经烘干后煅烧制得吸附材料成品。本发明的吸附材料表面粗糙、内部多孔，可用作重金属吸附材料；本发明的制备方法将铜冶炼废渣资源化利用，具有良好的经济效益和社会效益。
本发明的特征体现在吸附材料配方中60wt.％以上的原料为铜冶炼废渣，所制备的废水重金属吸附材料成本低，并可实现以废治废的目的。
本发明的特征还体现在造孔剂采用农村废弃秸秆等有机造孔剂，可以在吸附材料烧制过程中节约能源，降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的制备铜冶炼废渣基的吸附材料的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种铜冶炼废渣基的吸附材料及其制备方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明提供的吸附材料，由以下质量百分比的原料制备而成：60-85wt.％铜冶炼废渣、10-30wt.％黏土、5-10wt.％造孔剂。
本发明所处理的铜冶炼废渣是指采取火法工艺处理铜精矿生产阳极铜产品过程中形成的废弃渣，主要成分为：
Figure BDA0002571548760000041
本发明吸附材料配方中铜冶炼渣中的铁、钙氧化物在吸附材料烧结过程中都有助烧作用，可降低烧结温度，有利于减少吸附材料烧结能耗。
本发明吸附材料配方中造孔剂为有机造孔剂，优选农村废弃秸秆。
本发明对所制备吸附材料的改性：将烧制完成的铜渣基吸附材料成品浸泡入0.5-1.5mol/L的NaOH溶液中，浸泡时间为10-25h；浸泡完成后，用蒸馏水冲洗至溶液呈中性；置于烘箱中于105℃烘干，得改性铜渣基吸附材料成品。
如图1所示，本发明提供的制备铜冶炼废渣基的吸附材料的方法，具体包括以下步骤：
S101，将铜冶炼废渣、黏土分别烘干后磨碎成干粉，粒度要求小于75微米。
S102，将造孔剂进行干燥、破碎处理，处理后的造孔剂含水率小于20wt.％，粒度要求小于0.5毫米。
S103，按60-85wt.％铜冶炼废渣、10-30wt.％黏土、5-10wt.％造孔剂的原料配比分别称取上述粉料，混合搅拌均匀，制得吸附材料粉料。
S104，将吸附材料粉料送至成球制粒机中造粒成型，制得吸附材料坯料。
S105，将吸附材料坯料在105℃下烘干3-5小时。
S106，将烘干后的吸附材料坯入烧结炉，升温至1000-1100℃保温1.5-3小时，随炉冷却，出炉得吸附材料成品。
S107，将烧制完成的铜渣基吸附材料成品浸泡入0.5-1.5mol/L的NaOH溶液中，浸泡时间为10-25h；浸泡完成后，用蒸馏水冲洗至溶液呈中性；置于烘箱中于105℃烘干，得改性铜渣基吸附材料。
本发明所述的制备方法简单易行、成本低，所制备的吸附材料表面粗糙、内部多孔，可应用于工业废水中重金属离子的吸附去除处理，可实现铜冶炼废渣的无害化处理及资源化利用，具有良好的经济效益和社会效益。
本发明提供的一种铜冶炼废渣基的吸附材料及其制备方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的仅仅是一个具体实施例而已。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例一
某公司铜冶炼废渣，主要成分为：
Figure BDA0002571548760000051
将铜冶炼废渣烘干磨碎成干粉，粒度小于75微米。
将黏土烘干磨碎成干粉，粒度小于75微米。
采用干燥破碎的农村废弃秸秆作为造孔剂，含水率小于20wt.％，粒度小于0.5毫米。
按80wt.％铜冶炼废渣、15wt.％黏土、5wt.％造孔剂的原料配比分别称取上述粉料，混合搅拌均匀，制得吸附材料粉料。
将吸附材料粉料送至成球制粒机中造粒成型，制得吸附材料坯料。
将吸附材料坯料在105℃下烘干4小时。
将烘干后的吸附材料坯入烧结炉，升温速度15℃/min，至1050℃保温2小时，随炉冷却，出炉得吸附材料成品。
将烧制完成的铜渣基吸附材料成品浸泡入0.5mol/L的NaOH溶液中，浸泡时间为15h；浸泡完成后，用蒸馏水冲洗至溶液呈中性；置于烘箱中于105℃烘干，取出备用。
试验配制初始浓度为20mg/L的模拟含Cu2+废水，移取50mL溶液置于若干100mL PET瓶中，加入1g碱改性铜渣基吸附材料。在吸附温度35℃，振荡速度200r/min的条件下进行吸附，吸附240min后取出过滤，利用原子吸收仪测定吸附后上清液中Cu2+浓度为3mg/L，改性铜渣基吸附材料对模拟废水中Cu2+的去除率达85％。
实施例二
某公司铜冶炼废渣，主要成分为：
Figure BDA0002571548760000061
将铜冶炼废渣烘干磨碎成干粉，粒度小于75微米。
将黏土烘干磨碎成干粉，粒度小于75微米。
采用干燥破碎的农村废弃秸秆作为造孔剂，含水率小于20wt.％，粒度小于0.5毫米。
按70wt.％铜冶炼废渣、23wt.％黏土、7wt.％造孔剂的原料配比分别称取上述粉料，混合搅拌均匀，制得吸附材料粉料。
将吸附材料粉料送至成球制粒机中造粒成型，制得吸附材料坯料。
将吸附材料坯料在105℃下烘干4小时。
将烘干后的吸附材料坯入烧结炉，升温速度15℃/min，至1050℃保温2小时，随炉冷却，出炉得吸附材料成品。
将烧制完成的铜渣基吸附材料成品浸泡入1mol/L的NaOH溶液中，浸泡时间为15h；浸泡完成后，用蒸馏水冲洗至溶液呈中性；置于烘箱中于105℃烘干，取出备用。
试验配制初始浓度为50mg/L的模拟含Cu2+废水，移取50mL溶液置于若干100mL PET瓶中，加入1g碱改性铜渣基吸附材料。在吸附温度35℃，振荡速度200r/min的条件下进行吸附，120min后取出过滤，利用原子吸收仪测定吸附后上清液中Cu2+浓度为5.8mg/L，改性铜渣基吸附材料对模拟废水中Cu2+的去除率达88％。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铜冶炼废渣基的吸附材料，其特征在于，所述铜冶炼废渣基的吸附材料按质量百分比由以下原料制备而成：60-85wt.％铜冶炼废渣、10-30wt.％黏土、5-10wt.％造孔剂。
2.如权利要求1所述的铜冶炼废渣基的吸附材料，其特征在于，所述铜冶炼废渣为火法冶炼工艺处理硫化铜精矿生产阳极铜产品过程中形成的废弃渣，包括SiO2 25-35wt.％、Fe27-45wt.％、CaO 1-6wt.％及Al2O3 3-10wt.％。
3.如权利要求1所述的铜冶炼废渣基的吸附材料，其特征在于，所述黏土为含沙粒少、有黏性的土壤，由多种水合硅酸盐和氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐成分。
4.如权利要求1所述的铜冶炼废渣基的吸附材料，其特征在于，所述造孔剂为具有造孔作用的有机造孔剂，包括农村废弃秸秆。
5.一种制备权利要求1～4任意一项所述铜冶炼废渣基的吸附材料的方法，其特征在于，所述制备铜冶炼废渣基的吸附材料的方法包括：
(1)将铜冶炼废渣、黏土分别烘干后磨碎成干粉；
(2)将造孔剂进行干燥、破碎处理，处理后的造孔剂含水率<20wt.％，粒度要求小于0.5毫米；
(3)按原料配比分别称取上述粉料，混合搅拌均匀，制得吸附材料粉料；
(4)将吸附材料粉料送至成球制粒机中造粒成型，制得吸附材料坯料；
(5)将吸附材料坯料烘干；
(6)将烘干后的吸附材料烧结，冷却，得吸附材料成品；
(7)将烧制完成的铜渣基吸附材料成品在改性溶液中浸泡，浸泡完成后，冲洗至溶液呈中性；烘干，得改性铜渣基吸附材料。
6.如权利要求5所述的制备铜冶炼废渣基的吸附材料的方法，其特征在于，所述步骤(5)将吸附材料坯料在105℃下烘干3-5小时。
7.如权利要求5所述的制备铜冶炼废渣基的吸附材料的方法，其特征在于，所述步骤(6)将烘干后的吸附材料坯入烧结炉，升温至1000-1100℃保温1.5-3小时，随炉冷却，出炉得吸附材料成品。
8.如权利要求5所述的制备铜冶炼废渣基的吸附材料的方法，其特征在于，所述步骤(7)具体包括：将烧制完成的铜渣基吸附材料成品浸泡入0.5-1.5mol/L的NaOH溶液中，浸泡时间为10-25h；浸泡完成后，用蒸馏水冲洗至溶液呈中性；置于烘箱中于105℃烘干，得改性铜渣基吸附材料。
9.一种利用权利要求1～4所述铜冶炼废渣基的吸附材料制备的用于废水中重金属离子去除的滤料。
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