赤泥原料及其对吸附剂吸附性能的影响.pdf

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第44卷第1期当代化工Vo1．44，No．12015年1月ContemporaryChemicalIndustryJanuary，2015赤泥原料及其对吸附剂吸附性能的影响李德贵，阮素云，覃铭，刘淑辉，梁柳青，何兵(百色学院物理与电信工程系，广西百色533000)摘要：赤泥的堆放会对环境造成污染，但其具有较高的吸附性能，因此研究制备赤泥吸附剂能达到以废治废的目的。实验分别采用平果和德保赤泥制备吸附剂，研究了赤泥原料及赤泥吸附剂的物相组成，采用除氟及除铜实验研究了赤泥产地及赤泥堆放时间对吸附剂吸附性能的影响。结果表明，以平果、德保赤泥制备的吸附剂，在焙烧温度500℃、焙烧2h、溶液pH值为6的条件下，氟浓度可分别从19mg／L降低到O．21、0．19mg／L；铜浓度可分别从64mg／L降低到0．32、0．51mg／L。对氟的吸附容量均可达0．94mg／g；对铜吸附容量分别可达3．18、3．17mg／g；对氟、铜的去除率分别在99％、98％以上。关键词：赤泥；氟；铜；吸附剂中图分类号：TQ115；TB321文献标识码：A文章编号：1671～0460(2015)01—0041—04RedMudRawMaterialsandTheirInfluenceonAdsorptionPropertiesforPreparedAdsorbentsLIDe-gui，RUANSu-yun，QINMing，LIUShu—hui，LIANGLiu—qing，HEBing(DepartmentofPhysicsandCommunicationEngineering，BaiseUniversity,GuangxiBaise533000，China)Abstract：RedmuddumpingCalcausetheenvironmentpollution，buttheredmudhashighadsorptionperformance，SOitcanbeproducedintotheadsorbent．InthispapeLtheadsorbentswererespectivelypreparedfromPingguoredmudandDebaoredmud，andthecompositionofredmudandpreparedadsorbentswasstudied．Theinfluenceofredmudoriginandstoragetimeontheadsorptionprope~ieswasinvestigatedbythefluorineandcopperionremovalexperiments．TheresultsshowthattheadsorbentspreparedfromPingguoandDebaoredmudhavegoodadsorptionpropertiesundertheconditionofcalcinationstemperature500℃，calcinationstime2handSOlutionpH6；theconcentrationoffluorineinthesolutioncanbereducedfrom19mg／Lto0．21mg／L，0．19mg／L，andtheconcentrationofcopperionCanbereducedfrom64mg／Lto0．32mg／L，0．51mg／Lrespectively；theadsorptioncapacityforfluorinecanreachO．94mg／g，andtheadsorptioncapacityforcopperioncarlreach3．18mg／g，3．17mg／grespectively．111eremovalratesoffluofineandcopperionsareabove99％，98％respectively．Keywords：Redmud；Fluorine；Copper；Adsorbent随着制铝工业的快速发展，赤泥的排放量日益90％；郑雁等在实验条件下得出，温度为30~C时，增加，但大量赤泥作为污染性废渣堆放并没有得到赤泥的饱和吸附量可达到11．49m#g，除氟率可达有效的利用，不仅占用大量土地，而且维护费用较到95％；姚瑶等将赤泥在温度为700℃的条件下高，资料显示每吨赤泥的管理费在50～100元。另煅烧2h然后用于除磷，磷的去除率可达到89％。一方面，水资源污染Et趋严重，水体中氟离子、重土耳其ResatApak等曾经将赤泥经过水洗、酸洗、金属离子防治逐渐引起人们的重视，寻找廉价而有热处理三个步骤所制得吸附剂用于吸附水中放射性效的吸附材料，解决水体污染一直是研究的重要方元素Sr90、Cs137，赤泥吸附剂产生的水合氧化物向口。赤泥具有较高的比表面积、孑L隙率和吸附性有助于Cs137的吸附，而经过热处理后的赤泥吸附能，以赤泥制备吸附剂解决环境污染是具有价值剂对Sr90不利；印度JyotsnamayeePradhan等喁憎经并且经济的研究项目。孙道兴等研究表明：未经将赤泥置于20％的盐酸溶液中进行回流2h，然后处理过的赤泥对重金属离子本身就具有吸附能力，取出回流液直至冷却到室温，向其中添加氨水直至在赤泥添加量为2g／L条件下对铅的去除率可达到回流液完全沉淀析出，再将沉淀用蒸馏水洗直到没基金项目：广西高校科学技术研究项目，项目号：YB2014386；百色学院科学研究项目，项目号：2011KB02。收稿日期：2014-11一O2作者简介：李德贵(1982-)，男，贵J,l1遵义人，讲师职称，硕士学位，2008年毕业于四JI1大学材料学专业，研究方向：从事无机材料的制备与性能研究工作。E-mail：lidegui354@163．com。 化工有铵离子后于110℃干燥，此种赤泥吸附剂的比表1：ct-Fe2O2：AlooH面积可达到249m／g，室温下，使用2的该赤泥3：CaCO．吸附剂可用于30～100mg／L浓度范围内PO的脱除，脱磷率达80％～90％。卓九凤等对堆放不同时间的赤泥研究表明，赤泥中阳离子交换量为0．21～0．58mg／g，新鲜赤泥中各种水溶性盐基离子含量为：Na>K>Ca>Mg，随着堆积时间的增长，水溶性Ca，Mg离子浓度上升，而水溶性Na，K离子则成浓度降低趋势，同时赤泥还可以和溶液中的某些阴离子发生络合反应。因此，利用赤泥做吸附剂除102030405060708O9()Two—theta／deg掉水中超标氟离子和重金属离子是一个以废治废，变废为宝的项目，具有非常广阔的前景。图1赤泥原料的XRD图谱Fig．1TheXRDpatternsofredmud1实验部分由图1可以看出，堆存时间对平果赤泥的XRD1．1仪器与试剂图谱没有影响，因此其物相组成不随时间而变化；仪器：SmartLab全自动智能型多功能x一射线而平果赤泥与德宝赤泥却存在部分峰的差异。根据衍射仪，AR224CN型电子天平，D27—6050型真空物相检索结果，平果赤泥的主要物相为：针铁矿(O／_干燥箱，SX2—8—10箱式电阻炉，79—2型磁力搅拌一Fe0，)、一水硬铝石(AIOOH)、方解石(CaCO)、水器，PXS一215型离子活度计等化石榴石[Ca，A1z(sio)(OH)s1、针铁矿(一FeOOH)、试剂：分析纯氟化钠(NaF)，分析纯三水硝酸钙霞石[Nas(A1Si0)(HO)．∞(H。O)6]、钙钛矿铜[Cu(NO。)z·3HzO]，分析纯浓硫酸(HSO)，分析(CaTiOs)、三水铝石[AI(OH)s1等。而德保赤泥含有大纯氨水(NH，·HO)，实验用水为去离子水，所用量的绿锥石[Fe。FeSiO(0H)1，其他物相组成基本上赤泥原料为中国铝业广西分公司(平果)及广西华与平果赤泥一致。银铝业有限公司(德保)排放的赤泥。2．1．2赤泥原料析氟分析1．2实验方法分别称取2g德保和平果新鲜赤泥分别放人实验采用中国铝业广西分公司和广西华银铝业100mL去离子水中，搅拌10rain后静置1h，用氟有限公司排放的拜耳法赤泥为原料。首先用去离子离子选择电极法测定赤泥在溶液中析出的氟离子浓水将赤泥进行清洗、抽滤、干燥；然后将干燥后的度，结果如表1所示。赤泥进行破碎、筛分、成型；将制好的颗粒状赤泥表1赤泥原料中氟的析出Table1Thefluorideemissionfromredmud(直径约5mm)经过自然干燥24h后放入箱式电阻炉中，分别在500℃的温度下煅烧2h制备赤泥吸附剂。对比分析平果和德保赤泥的XRD图谱，分别确定其物相组成；采用离子选择性电极法对比研究不同堆放时间的平果赤泥(新鲜赤泥、三年赤泥、由表1可以看出，赤泥不经处理本身就具有一五年赤泥)吸附剂的吸附性能，探讨平果、德保赤定的吸附性能，堆放的赤泥可以吸附周围环境中的泥吸附剂除氟或除铜前后溶液中相应离子浓度的变氟，但在去离子水中，氟离子可以析出，在100mL化。的溶液中，质量分别为2g的平果、德保赤泥释放出的氟离子分别为3．38、1．92mgCL，即自然堆存的2结果与讨论赤泥对氟的吸附量分别在0．169、0．096mg／g以上。2。1赤泥原料分析2．2赤泥吸附剂XRD分析2．1．1原料XRD分析分别采用平果和德保赤泥为原料，经去离子水采用SmartLab全自动智能型多功能x一射线衍清洗、抽滤、干燥后，再经破碎、筛分、成型、烘射仪对平果、德保赤泥进行步进扫描。其XRD图谱干，并于500℃的温度下煅烧2h制备赤泥吸附剂，如图1所示。其XRD曲线如图2所示。 第44卷第1期李德贵，等：赤泥原料及其对吸附剂吸附性能的影响43不同赤泥原料制备的吸附剂对氟的吸附基本都能达到吸附平衡状态。平果新鲜赤泥、三年期赤泥、五年期赤泥、德保新鲜赤泥制备的吸附剂对氟的吸附容量分别达0．94、0．93、O．92、0．94mg／g；氟离子浓度从19mg／L分别降低到0．21、0．34、0．56、0．19mg／L，可以看出，德保赤泥除氟剂的除氟效果好于平果赤泥除氟剂，而堆存时间越长，除氟剂的除氟效果越差，这是与新鲜赤泥的活性较强有关，而长时间的堆放，赤泥活性逐渐降低。德保赤泥和平果新鲜赤l02O3O4O506O7O8O90Two·theta|deg泥除氟率均可达到99％。2．4赤泥吸附剂的除铜性能图2赤泥吸附剂的XRD图谱Fig．2TheXRDpatternsofredmudadsorbents分别称取平果、德保赤泥原料制备的颗粒状赤泥吸附剂2g，分别放入100mL1浓度为64mg／L的由图2可知，虽然平果及德保赤泥原料物相组铜溶液中，pH值控制为5，采用磁力搅拌器搅拌，成存在差异，但经500oC焙烧制成吸附剂以后其每间隔10min采用铜离子选择电极法测定吸附后溶XRD图谱是一致的，即物相组成一致，根据物相检液中铜离子的浓度的变化，并计算出吸附量，如图索结果，吸附剂的物相组成均为：赤铁矿(ft．一Fe203)、4所示。如加如加O方解石(CaCO)、刚玉石(A1：O，)、钙霞石『Na(AlSiO24)(H：0)2叫(H20)钙钛矿(CaTiO3)、水钙铝榴~(Ca3A1：(SiO)(OH))等。与赤泥原料物相组成相比，发生了显著的变化，赤铁矿对应的衍射峰增强，一水硬铝石、针铁矿、三水铝石对应衍射峰消bD譬0曼失，水化石榴石物相转变成水钙铝榴石。＼吕避皿2．3赤泥吸附剂的除氟性能莲褪分别称取平果(新鲜赤泥、三年期、五年期)、螵德保赤泥原料制备的颗粒状赤泥吸附剂2g，分别放人100mL浓度为19mg，L的氟溶液中，调节pH值为6，采用磁力搅拌器搅拌，每间隔10min采用氟离子选择电极法测定溶液中氟离子的浓度的变化，图4赤泥吸附剂的除铜性能Fig．4Thecopperremovalperformancesoftheredmud并计算出吸附量，如图3所示。adsorbents由图4可以看出，不同赤泥原料制备的吸附剂对铜的吸附与对氟的吸附具有类似的规律。不同的’是：平果新鲜赤泥吸附剂对铜的去除效果好于德保bD吕赤泥除氟剂。平果新鲜赤泥、三年期赤泥、五年期血l赤泥、德保新鲜赤泥制备的吸附剂可以将铜离子的浓度从64mg／L降低到0．32、1．O1、1．22、0．51mg／L，吸附容量分别达3．18、3．15、3．14、3．17mg／g。对铜的去除率在98％以上。2．5氟浓度对吸附性能的影响图3赤泥吸附剂的除氟性能分别称取制备好的平果赤泥和德保赤泥吸附剂Fig．3Thefluorideremovalperformancesoftheredmudadsorbents三份(2g／份)，并分别放人100mL浓度为190，19，1．9mg／L的氟溶液，控制溶液pH值约为6，搅拌1h由图3可以看出，随着吸附时间的延长，溶液后，用氟离子选择电极法测定吸附后的溶液中氟离中氟离子的浓度不断降低，相应地赤泥吸附剂对氟子的浓度，并计算出吸附容量，结果如表2所示。的吸附量逐渐增加，在吸附时间为50～60min时， 44当代化工2015年1月从19mL分别降低到0．21、0．19mg／L，吸附容量表2氟离子浓度对吸附剂除氟性能的影响Thble2Theinfluencesoffluorineionconcentrationon达0．94mg／g，除氟率均在99％以上。fluorideremovalperformancesofadsorbents(4)平果新鲜赤泥吸附剂对铜的去除效果好于德保赤泥除氟剂。平果、德保新鲜赤泥制备的吸附剂可以将铜离子的浓度从64mg／L降低到0．32、0．51mg／L，吸附容量分别达3．18、3．17mg／g。对铜的去除率在98％以上。参考文献：[1]朱强，奇波．国内赤泥综合利用技术发展及现状『J1_轻金属，2009f81：7—10．从表2可以看出，溶液中氟离子的浓度对平果[2]韩毅，王京刚，唐明述．用改性赤泥吸附废水中的六价铬『J]l化工赤泥及德保赤泥制备的吸附剂具有相同的影响规环保，2005，25(2)：132—136．律。原水氟浓度越高，可以提高吸附剂的吸附容量，[3]刘东燕，侯龙，王平．常见赤泥的物化特性及综合利用研究材吸附剂获得了充分的利用，但是溶液中残留氟离子料导报，2012，26(20)：310—312，348．[4]孙道兴，王馥琴．赤泥脱除废水中重金属离子的研究[J]．无机盐工的浓度也越高；相反，较低的原水氟浓度可以使溶业，2008，4O(8)：47_49．液中残留的氟浓度更低，但是其吸附容量也较低。[5]郑雁，郑红，赵磊，等．赤泥除氟效果及吸附特性研究【J1_有色矿冶3结论2008，24(5)：38-41．[6]姚瑁．赤泥处理含磷废水的研究fJ】．化学与生物工程，2008，25(11)：(1)平果赤泥的主要物相为：针铁矿、一水硬6l一63．铝石、方解石、水化石榴石、针铁矿、钙霞石、钙[7]ResatApak，GuhenAtun，KubilayGuclu，eta1．SorptiveremovalofCesium一137andStrontium-90fromwaterbyunconventionalsorbents：钛矿、三水铝石等。德保赤泥物相组成基本相同，I．Usageofbauxitewastes(redmuds)fJJ．Journalofnuclearscienceand不同的是其含有大量的绿锥石。technology，1995，32(10)，1008-1017．(2)不同赤泥原料制备的吸附剂，其物相组成18JJyotsnamayeePradhan，JasobantaDas，SurendranathDas，eta1．基本相同，主要是：赤铁矿、方解石、刚玉石、钙AdsorptionofphosphatefromaqueoussolutionusingactivatedJed霞石、钙钛矿、水钙铝榴石等。mudfJ]．Journalcolloidandinterfacescience1998，204(1)：169-172．[9]卓九凤，康静文，田建民，等，赤泥在环境污染治理中的应用及资(3璃保赤泥除氟剂的除氟效果好于平果赤泥源化途径【J1．科技情报开发与经济，2010，2O(4)：136—139．除氟剂，而堆存时间越长，除氟剂的除氟效果越差。平果、德保新鲜赤泥制备的吸附剂可将氟离子浓度(上接第40页)3结束语参考文献：[1]王延峰，刘吉祥，肖光．氯化铵生产1艺的研究IJ1．氮肥技术，以氯化钠和硫酸铵为原料，用转化法制备2014，34(4]：45—46．[2]梁华定，陈素青，赵松林，等．基础实验I(无机化学实验)【M]．杭NHC1，实验操作的关键是静置时间和水的蒸发量州：浙江大学出版社，2012．控制及NmSO杂质的分离技术。本文利用[3]汪德春．氯化铵产品应用拓展展望．纯碱工业，2012，1：23—24．[4]孙大贵，王冰青，刘作华，等．电场强化氯化铵法浸取毒重石的Na2SO·1OH：0失去结晶水的拐点温度之后，NazSO实验研究[J]．无机盐工业，2014，46(1)：17—2O．溶解度随温度升高而降低的特点，通过控制温度并[5]刘润静，赵晓凤．氯化铵固相分解法生产氨新工艺的研究lJ1．纯碱工业，2012，3：3-5．进行两次分离的方法，有效地去除了NazSO杂质，[6]关洪亮，王杏林，张璐，等．氯化铵处理含钒废水的研究【JJl环同时，加人Na2SO晶种后在冰浴中静置冷却20min，境科学与技术，2014，37(5)：122—125．【7]贾文平，韩得满，李芳，等．基础实验Ⅲ(分析化学实验)【M]．杭州：控制水的蒸发量为45％，即可有效地保证产品的纯浙江大学出版社，2012．度，提高NHC1的产率。[8]郑用熙．分析化学中的数理统计方法【M】．北京：科学出版社，1991