[发明专利]用于回收废水中重金属离子的镍渣吸附材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料制备领域，涉及固体废弃物的综合利用和废水治理技术，具体涉及一种用于回收废水中重金属离子的镍渣吸附材料及其制备方法。 

背景技术

镍渣是金属镍和镍合金冶炼过程中产生的一种固体废渣，即其高温熔融物经水淬后形成的一种粒化炉渣，其化学成分因矿石来源和冶炼工艺的不同，有较大差异，其中SiO₂含量为30~50wt%，Fe₂O₃含量为30~60 wt %，CaO含量为1.5 ~5 wt %，MgO含量为1 ~15 wt %，Al₂O₃含量为2.5~6 wt %。与粒化高炉矿渣相比，CaO、MgO和Al₂O₃含量低很多，但SiO₂和Fe₂O₃含量高很多。镍渣是一种无定形的非晶体物质，其熔融相以FeO-SiO₂为主，与普通的高炉矿渣、磷渣、钢渣和粉煤灰等的玻璃相组成不同。镍渣的XRD谱图没有特征衍射峰，这是由于高温熔融后的镍渣冷却时速度过快没有充分析晶所致。水淬急冷的镍渣，由于无定形相中含有少量的CaO、Al₂O₃，因而在碱性介质的激发下具有潜在的水硬性，能生成大量的水化物，形成空间网状的孔隙结构。此外，镍渣无定形相中的FeO也是一种活性组分，在碱的作用下会生成Fe(OH)₂和Fe(OH)₃凝胶，填充在其它水化产物中能起到支撑骨架的作用。这些活性成分的存在，使镍渣具有潜在的吸附特性。 

福建罗源宝钢德盛镍业镍渣年排放量200多万吨，其大量排放和闲置不仅需要占用土地或农田，而且对罗源湾周边环境造成了很大污染。目前，宝钢德盛镍业正加快建设二期项目，以期形成300万吨以上的不锈钢生产能力，建成世界级绿色不锈钢生产基地，将产生更大量的废渣如镍渣、矿渣和粉煤灰等。因此，如何有效处置和利用这些废渣就成为一个亟待解决的问题。 

目前国内外对于镍渣的研究，主要集中于提取其中的有用元素和生产建材及制品等。但是，随着镍冶炼工艺的改进，所排放的废渣中镍钴等含量很低，提取成本高，不具备提取价值，而它在其他领域的应用也受到一些标准的限制。大多数镍渣只能通过填埋的方式处理，回收利用率低。因此，对镍渣的资源化利用仍然需要重点研究。 

铅是一种灰白色软金属，广泛的存在于我们的生活环境中。蓄电池、油漆、印刷、颜料等行业都在消耗铅，但是铅的使用对大气、土壤和水资源造成了严重的污染。铅和可溶性铅盐都是有毒的，含铅废水可在人体内富积，对人体健康造成了严重的危害。据研究，儿童对铅的吸收量比成人高出几倍，铅中毒对儿童智力有较大影响。各国都逐步通过立法制定更加严格的排放标准，来阻止铅的排放造成地表水的进一步恶化。《污水综合排放标准》(GB8978—1996)将铅列为第一类污染物严加控制，总铅的最高允许排放浓度为1 mg/L。国家规定饮用水中铅的含量要低于0.05mg/L。 

铜作为生物体必需的微量元素之一，对机体的生理功能和生长发育均起着十分重要的作用。但过多地摄入铜会对人体产生很大的危害，如引起胃肠道疾病、肾衰竭、贫血甚至昏迷等症状，并最终造成死亡。根据中国最新发布的《国家饮用水标准》(GB5749-2006)，饮用水中铜的含量不得超过1 mg/L。 

目前，国内外含铅、铜废水处理的技术应用较多，较成熟实用的技术有：中和沉淀、混凝沉淀、离子交换、吸附、过滤、反渗透以及以上工艺的组合。其他处理技术如电解法、生物法、电渗析等一般实验室中用得较多，实际应用少有报道，是今后的发展方向。吸附法因具有经济高效、简单易行、无污泥产生并且吸附材料可以再生等优点而得到广泛应用。 

吸附效果好坏的关键在于吸附剂的不同。伴随着社会、经济、能源等各方面的压力日趋增大，通常认为理想的吸附材料应该具备如下几种特征：价格低廉、当地储量丰富、工业副产品、吸附饱和之后具有再次开发利用的潜力。这种观点同步考虑了受污水体的治理与固体废物的资源化利用，是实现经济利益与环境安全双重目的的有效手段。据国内外文献报道，开发含有铁、铝、硅、钙等元素成分的工业副产品材料，并将其有效应用于水体磷元素的吸附去除已经成为研究热点。镍渣是一种富含Si、Fe、Ca、Mg、Al元素的复合氧化物矿渣。而目前，以镍渣为主要原料制备吸附剂来处理废水中重金属离子的研究尚未见报道，该项目属于国内外首家研究发明的技术。 

发明内容