[发明专利]用含钙铝材料处理砷污染物的方法

说明书

技术领域

本发明系一种含钙铝材料处理砷污染物的方法，涉及含钙铝材料有效利用和砷污染物处理工艺，属于废弃物资源化及砷污染物稳定化技术领域。

背景技术

砷污染对环境产生极大的危害，如其毒性物质从废物中流失至环境中将对环境造成严重的污染。砷是一种金属物质，能形成一系列的高毒性化合物，砷可以通过皮肤、呼吸道和消化道被人体吸收，会引起神经衰弱综合症，多发性神经病和皮肤粘膜病变，可引起肺癌和皮肤癌等。砷的排放使废水的毒性增大，含砷废物处置不当会引起严重砷污染，国内外都曾发现因水中砷污染而引发的中毒事件，例如近几年在我国云南、广西、河南和山东等地发生砷污染土壤事件和地表水事故，以及在日本宫崎县吕久砷矿和岛根县谷铜矿山附近居民慢性中毒事件。为此各国纷纷制定了砷污染的排放标准。因此，急需找到一种处理砷污染的方法，将其严格控制在排放标准以下。

国内外对含砷废物的处理处置途径主要包括固化稳定化填埋、生产建材和回收砷等。近年来发展了一系列的稳定固化砷污染物技术，主要是通过添加稳定剂，包括铁盐，如硫酸亚铁、硫化铁滤床或硫酸铁、氯化铁、氢氧化铁等以及液氯或漂白粉等。但是这些稳定剂的价格较高，所以寻找廉价稳定剂以获取更大的经济效益具有重要的现实意义。

固相含钙铝废弃物，由于加工成本等原因，一般无法回熔，只好堆置，逐渐被氧化，从而污染水源、土壤、环境。如建筑脚料是急需处理的废弃物，其含有大量的钙和铝，具有作为廉价稳定剂用于处理砷污染物的可能。但是含钙铝材料在应用上存在严格的要求，在进行了广泛的研究后，本发明提出：含钙铝材料按照一定的配合比使用，可以做砷污染处理，且工艺方法简单，设备要求低，易于工业化。

由此，本发明针对现阶段含钙铝废弃物资源化应用和砷污染物急需深度处理的问题，发明了一种稳定处理砷污染物的方法。该方法充分利用了含钙铝材料对砷污染物的有效处理及作用机制，具有科学安全性及重要的经济、环境和社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种用含钙铝材料处理砷污染物的方法。

本发明一种用含钙铝材料处理砷污染物的方法，其特征在于该方法具有以下工艺过程：

准备含钙铝材料和砷污染物，将含钙铝材料、砷污染物研磨成粉末。含钙铝材料和砷污染物以干重1:10~1:20比例称取，将砷污染物分散到水溶液中，随后将含钙铝材料加入到砷污染物分散液中，在室温条件下搅拌12~24h，放置陈化后进行固液分离；即可得到固定砷或砷酸根离子的Ca-Al-LDHs，可稳定化处理砷污染物；

所述的含钙铝材料，包括含钙铝工业废物、含钙铝建筑脚料白云石粉及高铝水泥；其中钙铝比为1:5~3:5，钙铝总含量50%~80%；

所述的砷污染物主要为含砷矿渣；其中砷污染物主要以酸式盐形式存在，含砷质量分数为5%~10%。

有关本发明的机理

可能机理主要有：

第一，含钙铝材料中的钙对砷酸盐的沉淀作用；

第二，含钙铝材料中钙和铝，在体系形成钙铝-LDH，对砷酸根（AsO₄）^3-的作用；

其中钙铝-LDH是一种层状双氢氧化物（Layered double hydroxides），是由Brucite (Mg(OH)₂)结构衍生而来的。当 Brucite 结构中的+2价金属离子部分被+3价金属离子所替代时，层板带正电，这时层间必须补偿阴离子来中和其电性。在本体系中，砷酸根或者亚砷酸根及其不同的酸式根可作为补偿阴离子插入到层间来中和其电性。

1842年Hochstetter首先从片岩矿层中发现了天然水滑石矿；二十世纪初人们由于发现了LDH对氢加成反应具有催化作用而开始对其结构进行研究；1969年Allmann等人通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDH的层状结构；二十世纪九十年代以后，随着现代分析技术和测试手段的广泛应用，人们对LDHs结构和性能的研究不断深化。LDHs结构有主体层板的化学组成可调变性，层间客体阴离子的种类和数量可调变性，插层组装体的粒径尺寸和分布可调控性等几个突出的特点。

Ca-Al-LDHs用来去除水体中的As(V)，一方面A s (V) 进入到水滑石的中间层，另一方面还有对砷酸盐的表面吸附作用。而且负载在钙铝阴离子粘土上的As，能够被CO₃^2-离子洗脱下来，增加了材料的重复利用性。