煅烧胶状黄铁矿净化水中铜离子的作用和机理

摘要

本文以产自安徽铜陵新桥硫铁矿的天然胶状黄铁矿(FeS2)为原材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、磁化率仪、原子荧光光谱等手段,综合分析了采自安徽铜陵新桥矿的胶状黄铁矿在N2保护气氛下不同温度热处理后产物的结构、磁化率、砷含量的演化规律。静态实验考察了不同温度热处理产物对水中Cu2+的净化作用、溶液初始pH值、固液比、Cu2+初始浓度、反应时间、溶液温度及水中主要阴离子和阳离子对最佳温度煅烧胶状黄铁矿(CalcinedColloidalPyrite,CCPy)净化水中Cu2+的作用。此外,通过分析动态试验柱的出水溶液中Cu2+、Fe2+、SO42-浓度,并对CCPy柱泄漏后固体产物进行XRD、SEM、HR-TEM等表征,考察了CCPy对溶液中Cu2+的净化效果及净化机理。结果表明:(1)胶状黄铁矿在N2保护氛下煅烧随温度升高发生一系列的相变,从低温到高温,经历磁铁矿、单斜磁黄铁矿、六方磁黄铁矿,四方磁黄铁矿、陨硫铁演变过程。(2)胶状黄铁矿在保护气氛下500℃煅烧产物具有最高的去除Cu2+的活性;最佳反应条件为pH5.0、固液比2g/L、Cu2+浓度为10mg/L,恒温振荡24h,CCPy对Cu2+的去除率达100％;CCPy对Cu2+的吸附符合二级动力学方程,吸附作用是自发、吸热的过程且遵循Langmuir等温吸附方程。(3)CCPy净化Cu2+的效果明显优于天然铁硫化物;当柱床体积(BedVolume,BV)为1672时,CCPy柱开始出现泄漏,处理的Cu2+有效容量为84mg/g;反应后柱子底部饱和段CCPy中Cu含量达到近20%;CCPy去除Cu2+的主要反应机理是溶度积推动的沉淀溶解反应。

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第一章 绪 论

1.1重金属污染

1.2废水中重金属离子处理现状

1.3铁硫化物的基本性质

1.4本论文的主要研究内容及实验方案设计

第二章 氮气保护氛下胶状黄铁矿热结构演化

2.1实验材料及方法

2.2结果与讨论

2.3本章小结

第三章 煅烧胶状黄铁矿产物净化水中铜离子

3.1实验材料及方法

3.2结果与讨论

3.3本章小结

第四章 煅烧胶状黄铁矿除铜的性能和机理研究

4.1实验材料及方法

4.2结果

4.3 讨论

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士期间主要学术成果