一种赤泥中回收硅制备硅酸钙去除水中氮磷的方法

摘要

一种利用赤泥中回收的硅制备硅酸钙去除水中氮磷的方法，它涉及一种去除水中氮磷的方法。本发明不仅解决废物资源化问题，还解决水中多余氮磷去除问题。方法：先采用稀盐酸浸出赤泥中大部分金属氧化物，再用浓硫酸浸出赤泥中钛及稀土元素，剩余二氧化硅粉末，利用水热法将提取出来的二氧化硅制成硅酸钙。向含有氮磷的废水中加入一定量的硅酸钙，在一定温度下振荡，通过气液分离作用去除水中氨氮，通过配体交换，化学沉淀作用去除水中磷。

说明书

技术领域

本发明涉及一种废物资源化同时去除水中氮磷的方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的不断发展，工业和农业结构也进行了调整。在铝工业的不断发展的同时，产生了大量的赤泥废弃物。是限制我国铝工业可持续发展的瓶颈问题之一，赤泥的废弃物的去除是我国铝产业的一大问题。赤泥堆积会使大量废碱液渗透到附近土地中,造成土壤碱化、沼泽化,污染地表、地下水源,长期饮用这类水源会影响身体健康。所以赤泥的合理处置及其资源化意义重大。

在我国规模化畜禽养殖业发展迅速，并已成为农村经济发展中的重要支柱之一。规模化畜禽养殖具有生长周期、提高产量、节约成本、便于管理等优点。但是大量畜禽废水带来一系列的环境污染问题，且污染相对集中，处理困难。畜禽养殖废水的直接排放不仅会污染地表水体，引起水体富营养化，还会对地下水和农田生态系统造成破坏，甚至危害人体健康。由于高氨氮的情况，畜禽养殖废水的可生化性不好。因此，在厌氧好氧处理之后的废水，其中的氨氮，磷浓度存在着超过畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）的可能。

若加入利用回收赤泥中的硅制成的硅酸钙，处理剩余的氨氮和磷。这种方法将同时解决工业赤泥处理困难及农业水中氮磷超标的问题。

发明内容

本发明是解决生化法对高氮磷废水处理能力的不足的问题，提供一种硅酸钙的制备方法及其应用，同时实现赤泥资源化。

一种利用赤泥中回收的硅制备硅酸钙去除水中氮磷的方法，其特征在于赤泥中回收的硅制备硅酸钙去除水中氮磷的方法是按以下步骤进行：

一、酸浸提取：将赤泥粉末加入浓度为1～5mol/L稀盐酸中，固液比为1:8～1:17，酸浸温度为50℃～100℃下搅拌1h～3h，然后利用离心方法将浸出液和浸出渣固液分离，浸出渣用蒸馏水多次洗涤烘干，再将浸出渣按固液比1:8～1:20加入到50%～90%的浓硫酸中，酸浸温度为50℃～100℃下搅拌浸出1h～3h，然后利用离心法固液分离，得到浸出渣为二氧化硅；

二、硅酸钙制备：生石灰CaO与SiO₂混合搅拌10～30min，按固液比1:20～1:30加入到聚四氟乙烯水热反应釜中，180℃～220℃水热8～24小时，利用去离子水清洗几遍，再用离心机将样品固液分离，将清洗过后的固体100～120℃下烘干8～10小时，研磨后过筛(200目)保存；

三、氮磷去除实验：在15℃～35℃和100～120r/min震荡的条件下向含有氮浓度为5～10mg/L，磷浓度为1～5mg/L水中加入硅酸钙进行反应，反应时间0～48h，得到处理后的溶液；所述含有氮磷的水的pH值范围是9.5～12；所述硅酸钙的质量与含有氮磷的水的体积比为1:100g/mL～1g：1000mL。

本发明的有益效果：

本发明操作简单，对氮磷的去除率分别为69%和92.13%，能有效的去除水中的氮磷。主要作用机制：氨氮的去除是利用气液分离作用，溶液pH达到9.5以上NH₄⁺转化为NH₃气体去除。磷的去除是利用配位交换作用机制，SO₄^2-与PO₄^-进行配体交换产生磷酸钙沉淀去除。利用赤泥中回收的SiO₂制得的硅酸钙，达到废物资源化的效果，也对水中氮磷的去除发挥作用。硅酸钙对氨氮的气液分离和磷酸根的配位交换，化学沉淀，使其有效地去除水中氮磷。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种利用赤泥中回收的硅制备硅酸钙去除水中氮磷的方法是按以下步骤进行：

一、酸浸提取：将赤泥粉末加入浓度为1～5mol/L稀盐酸中，固液比为1:8～1:15，酸浸温度为50℃～100℃下搅拌1h～3h，然后利用离心方法将浸出液和浸出渣固液分离，浸出渣用蒸馏水多次洗涤烘干，再将浸出渣按固液比1:8～1:20加入到50%～80%的浓硫酸中，酸浸温度为50℃～100℃下搅拌浸出1h～3h，然后利用离心法固液分离，得到浸出渣为二氧化硅；

二、硅酸钙制备：生石灰CaO与SiO₂混合搅拌10～30min，按固液比1:20～1:30加入到聚四氟乙烯水热反应釜中，180℃～220℃水热8～24h，利用去离子水清洗几遍，再用离心机将样品固液分离，将清洗过后的固体100～120℃下烘干8～10h，研磨后过筛(200目)保存；

三、氮磷去除实验：在15℃～35℃和100～120r/min震荡的条件下向含有氮浓度为5～10mg/L，磷浓度为1～5mg/L水中加入硅酸钙进行反应，反应时间0～48h，得到处理后的溶液；所述含有氮磷的水的pH值范围是9.5～12；所述硅酸钙的质量与含有氮磷的水的体积比为1:100g/mL～1g：1000mL。

具体实施方式二：本实施方法与具体实施方式一不同的是：所述赤泥在固液比为1:16，稀盐酸浓度为3mol/L，酸浸温度为90℃下浸出1.5h。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方法与具体实施方式一或二不同的是：所述第一步酸浸渣在固液比为1:10，90%浓硫酸，酸浸温度为90℃下浸出2h。其它与具体实施方式一至二相同。

具体实施方式四：本实施方法与具体实施方式一至三之一不同的是：所述水热反应制硅酸钙按固液比1:30在220℃水热16h。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方法与具体实施方式一至四之一不同的是：所述水热反应制硅酸钙在120℃烘干10h。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方法与具体实施方式一至五之一不同的是：所述含有氮磷的水中氮的浓度10mg/L，磷的浓度为5mg/L。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方法与具体实施方式一至六不同的是：所述含有氮磷的水的pH值为11.19。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方法与具体实施方式一至七不同的是：在温度为25℃和120r/min震荡的条件下向含有氮磷的水中加入硅酸钙进行吸附。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式八：本实施方法与具体实施方式一至七之一不同的是：所述的吸附时间为40h。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方法与具体实施方式一至八之一不同的是：所述的吸附时间为1h。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是;所述硅酸钙的质量与含有氮磷的水的体积比1g:1000mL。其它与具体实施方式一至九之一相同。

通过以下实施例验证本发明的效果：

实施例一：一种利用赤泥中回收的硅制备硅酸钙去除水中氮磷的方法是按以下步骤进行：

一、酸浸提取：将赤泥粉末加入浓度为3mol/L稀盐酸中，固液比为1：16，酸浸温度为90℃下搅拌1.5h，然后利用离心方法将浸出液和浸出渣固液分离，浸出渣用蒸馏水多次洗涤烘干，再将浸出渣按固液比1:10加入到90%的浓硫酸中，酸浸温度为90℃下搅拌浸出2h，然后利用离心法固液分离，得到浸出渣为二氧化硅；

二、硅酸钙制备：生石灰CaO与SiO₂混合搅拌30min，按固液比1:30加入到聚四氟乙烯水热反应釜中，220℃水热16小时，利用去离子水清洗几遍，再用离心机将样品固液分离，将清洗过后的固体120℃下烘干10小时，研磨后过筛(200目)保存；

三、氮磷吸附实验：在25℃和120r/min震荡的条件下向含有氮磷的水中加入硅酸钙进行反应，氮磷的水中的氮浓度为10mg/L，磷浓度为5mg/L；所述含有氮磷的水的pH值是11.19；硅酸钙的质量与含有氮磷的水的体积比为1g:1000mL，反应时间为40h后测定水中氨氮浓度，反应时间为1h后测定水中磷浓度。氨氮去除率69%，磷去除率达92.13%。