[发明专利]由钢铁冶炼矿渣制备硅酸根型磷灰石的方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁冶炼矿渣制备硅酸根型磷灰石的制备方法及其在吸附废水中重金属离子中的应用，属于环境保护领域。

背景技术

电镀废水是对环境和人类健康危害最大的工业废水之一。电镀通常在强酸溶液中进行，所排放出的铬、镍、铜、锌、铅、银、金等重金属离子进入大气、水、土壤。重金属离子及其化合物能够在农作物、鱼类和兽类等动植物体内累积富集，通过饮水和食物链的积累、生物浓缩、生物放大等作用，对人类产生严重危害。因此，迫切需要开发出新型的环境友好材料，同时有效去除电镀废水中的重金属离子。

目前，工业废水中汞、镉、六价铬、总铬、铅及砷排放量分别为0.7吨、16.9吨、34.8吨、131.8吨、71.8吨和109.2吨。重金属废水的处理方法主要包括：化学沉淀法，物理处理法和生物处理法等。(1)物理处理法主要包括吸附法、离子交换法和膜分离法等。活性炭粉体是最常用的吸附剂，具有吸附能力强、去除率高，但由于密度小不易于从水体中分离。离子交换法和膜分离法虽然去除重金属离子效果好，但是回收成本高、设备费昂贵。(2)生物处理法，主要包括生物絮凝法、生物化学法和植物修复法等。生物处理法虽然具有安全无毒、无二次污染等优良特性，但不适用于处理强酸性的电镀废水。(3)化学沉淀法是通过化学反应使重金属离子变成不溶性物质而沉淀分离出来。该方法操作简单方便，在废水处理中得到广泛应用。

中国专利CN 106984290 A采用静电液滴法及冷凝固浴的方法将海藻酸钠磁性复合微球与壳聚糖复合用于吸附重金属离子，虽然具有较强的吸附性能，但是可操作性差，不宜推广；中国专利CN 105521759 A以鸡蛋壳为原料，将生物质有机植酸为磷源制备出高碳酸根掺杂碳羟基磷灰石吸附剂，在制备过程中添加有机物质，容易对环境造成二次污染；中国专利专利号CN 102908998 A公开了一种黄原酸基打孔葡萄糖凝胶吸附剂的制备方法，该方法制备的凝胶用于吸附重金属，具备吸附容量高，可降解的优点，但是该材料的机械性能差，不易进行大规模利用。

羟基磷灰石Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，是磷灰石大家族中的一种典型结构代表，其晶体为六方晶系。分子中的Ca²⁺容易被Cd²⁺，Hg²⁺，Cr²⁺，Ba²⁺，Pb²⁺等重金属离子交换。低结晶质HA的微粉末，其比表面积很大，因此，磷灰石可以作为一种优质的无机离子晶格吸附与交换材料，用于废水治理和有价值元素的回收。磷灰石去除重金属离子的主要的机理包括吸附、表面络合、溶解-沉淀以及重金属离子与晶格中的离子交换作用。一般而言，被吸附放入重金属离子固化在晶格中间，不会产生二次污染。

磷灰石的制备方法有多种，主要包括机械化学法、化学沉淀法、水热法、溶胶凝胶法等，其中韩记梅等用Ca(NO₃)₂和Na₃PO₄在常压、145℃的条件下水热合成了纳米羟基磷灰石晶体，其组成、结构和形貌与牙无机质十分相似；Earl等以Ca(NO₃)₂·4H₂O和(NH₄)₂HPO₄为原料经水热条件24h合成直径10～60nm，长100～500nm的纳米棒状羟基磷灰石；徐光亮等以CaCO₃和CaHPO₄·2H₂O为前驱体，通过水热条件合成晶粒完整、分散性好、端面粒度在100nm以下的HA粉体。

发明内容

本发明的目的是以钢铁冶炼矿渣为原料，利用水热合成的方法制备硅酸根型磷灰石，并吸附废水中的重金属离子。本发明制备的硅酸根型磷灰石具有分散性好，粒度均匀，优异的吸附性能，用于吸附废水中的重金属离子。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种由钢铁冶炼矿渣制备硅酸根型磷灰石的方法，其包括如下步骤：

将钢铁冶炼矿渣粉末和磷酸盐分别用去离子水溶解后，按照钙元素和磷元素的摩尔比为(1～2):1的比例进行混合后，用碱液调节pH值为碱性；

进行水热反应后自然冷却至室温，过滤收集沉淀物，并用去离子水洗涤至中性后进行干燥，得到所述硅酸根型磷灰石。

作为优选方案，所述钢铁冶炼矿渣中包含有按照重量百分数计的如下组分：