一种利用粘土矿物去除酸性废水中金属离子的方法

摘要

本发明公开了一种利用粘土矿物去除酸性废水中金属离子的方法。本方法以粘土矿物膨润土或高岭土为吸附剂，吸附脱除酸性废水中高浓度的铝、铜、铅、锌等金属离子。其技术方案是：天然粘土（膨润土或高岭土）在200-500℃下加热活化1-2小时，细磨；改性粘土加入到50-100mg/L的金属离子废水中，粘土用量为0.8-12g/L，体系温度20-55℃，反应时间1-2小时；混合液在5000-10000转/分下离心分离5-10min，金属离子去除率达80-95%。本发明充分利用了天然膨润土的层状结构、高比表面积特点，有效的去除了酸性废水中的金属离子，最大限度地降低了废水对环境的污染。

说明书

技术领域

本发明属于环保领域，具体涉及一种利用粘土矿物去除酸性废水中金属离子的方法。

背景技术

有色金属行业在金属矿山开采、选矿、冶炼等过程中会产生pH较低且含有金属离子的酸性废水，如不经处理，会腐蚀下水管道、水工构筑物等基础设施，且其中的金属会严重污染地表水、地下水或土壤，影响动植物的生长繁殖和农作物生长，对环境质量和人体健康造成巨大的危害。此类废水已引起各国研究者的广泛关注。

吸附法作为传统的含金属酸性废水处理方法之一，具有操作简便、效率高、能耗低、无二次污染、投资费用低等优点，被认为是去除水中金属离子最有应用前景的方法。吸附剂吸附的金属离子容易通过解吸回收和利用，实现污染治理和废物资源化并举，符合循环经济和可持续发展的要求。吸附法的关键是需要高吸附性能的吸附剂。传统吸附剂是活性炭和磺化煤等，近年开发出新材料包括凹凸棒、硅藻土、浮石、麦饭石、三聚氰胺-甲醛-DTPA螯合树脂等。国内针对粘土矿物的作为吸附剂材料应用于水中金属离子去除方面开展了大量的研究。例如，吴平霄等在“一种烷基胺改性无机粘土矿物吸附材料及其制法和用途”（CN103055801A）中，采用烷基胺对无机粘土矿物进行活化改性后用做吸附材料，实现了对水中铯、锶等放射性元素的高效、快速去除；吴平霄等在“一种二巯基丙醇改性粘土矿物材料及其制备方法与应用”（CN104549166A）中，采用二巯基丙醇对粘土矿物材料活化改性后，制备成吸附材料可用于重金属废水治理，实现了对汞的有效去除；蔡利山等在“一种废水净化剂及其制备方法和应用”（CN1611450）中，制备了一种含粘土矿物、硅质助滤剂和高价金属盐的废水净化剂，实现了对pH为5-8废水中主要指标的有效去除，其中对重金属离子总铬、总汞、总砷的去除率分别达到90%、87%、83%；康群等在“一种去除沼液中重金属的工艺及设备”(CN103172134A)中，采用“粘土矿物JK-1吸附-陶粒吸附-改性沸石吸附”作为三级吸附工艺，实现了对沼液废水中Cu、Cd、Pb、Cr、Zn、As、Hg等七种重金属离子的去除；李存军等在“一种纳米混层组装粘土矿物材料的制备方法及其应用”(CN103949205A)中制备的层状粘土矿物材料具有阴阳离子吸附性能，对废水中Pb²⁺吸附率可达93%；诸如此类的相关专利还包括“一种吸附Cr(VI)的分级镁铝水滑石的制备方法”(CN103551104A)、“改性水滑石的制备方法及其在重金属吸附中的应用”（CN103043691A）等。另有文献报道蒙脱石也是一种性能良好的粘土矿物吸附剂，铝锆柱撑蒙脱石在酸性条件下对Cr⁶⁺的去除率达到99%，出水中Cr⁶⁺含量低于国家排放标准，具有实际应用前景。

吸附法处理重金属虽然具有操作简便、投资少等优点，但对于复杂的金属废水，吸附法往往处理效率低。现有报道的吸附材料或方法普遍存在价格昂贵，制备或者获取复杂；选择性差；难以再生，化学和生物性质不稳定；吸附容量小、吸附平衡时间长。今后，吸附法在处理含金属废水方面的研究应主要侧重于提高吸附剂的吸附性能。膨润土或高岭土具有强的吸湿性和膨胀性，有较强的阳离子交换能力，对各种金属离子有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于自身的重量。因此，开发膨润土或高岭土型吸附剂处理酸性金属离子废水具有广阔的前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用粘土矿物去除酸性废水中金属离子的方法。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种利用粘土矿物去除酸性废水中金属离子的方法，以粘土矿物膨润土或高岭土为吸附剂，在200-500℃下加热活化1-2小时，然后细磨至粒度小于45微米，得到活化粘土；将活化粘土加入到的酸性废水中使酸性废水中活化粘土浓度为0.8-12g/L，反应1-2小时；混合液离心分离得到上清液，上清液中金属离子去除率达80-95%。

进一步地，所述酸性废水中金属离子浓度为50-100mg/L，pH为3-6。

所述活化粘土和酸性废水的反应温度为20-55℃，反应结束后，以5000-10000转/分的转速离心分离5-10min。

所述金属离子为Al³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺或Zn²⁺。

所述膨润土或高岭土纯度大于90%，吸水率大于350%，膨胀容大于10mL/g，比表面积大于20m²/g。

本发明的方法充分利用了天然膨润土的层状结构、高比表面积特点，有效的去除了酸性废水中的金属离子，最大限度地降低了废水对环境的污染。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。需要说明的是，这些实施例仅为了更好的理解本发明，本发明不限于这些实施例。

[具体实施例1]

一种利用粘土矿物去除酸性废水中金属离子的方法，酸性废水中铝离子(Al³⁺)浓度为50mg/L，pH为3.0。

实验所用膨润土纯度为95%，化学组成如表1所示。

表1膨润土的化学组成（wt%）

具体步骤如下：膨润土在450℃下加热活化2小时，细磨至粒度小于45微米；活化膨润土加入到50mg/L的含铝的酸性废水中，使含铝的酸性废水中膨润土浓度为1g/L，在35℃反应2小时；反应结束后，混合液在5000转/分下离心分离10min，取上清液，上清液中Al³⁺浓度为2.5mg/L，去除率达95%。

应用本发明前后的指标对比如表2所示。

表2应用本实施例前后的指标对比

[具体实施例2]

一种利用粘土矿物去除酸性废水中金属离子的方法，酸性废水中铜离子(Cu²⁺)浓度为100mg/L，pH为4.0。

实验所用膨润土纯度为92%，化学组成如表3所示。

表3膨润土的化学组成（wt%）

具体步骤如下：膨润土在500℃下加热活化1小时，细磨至粒度小于45微米；活化膨润土加入到100mg/L的含铜的酸性废水中，使含铜的酸性废水中膨润土浓度为5g/L，在25℃反应2小时；反应结束后，混合液在10000转/分下离心分离5min，取上清液，上清液中Cu²⁺浓度为11mg/L，去除率达89%。应用本实施例前后的指标对比如表4所示。

表4应用本实施例前后的指标对比

[具体实施例3]

一种利用粘土矿物去除酸性废水中金属离子的方法，酸性废水中铅离子(Pb²⁺)浓度为80mg/L，pH为5.0。

实验所用高岭土纯度为98%，化学组成如表5所示。

表5高岭土的化学组成（wt%）

具体步骤如下：高岭土在400℃下加热活化2小时，细磨至粒度小于45微米；活化高岭土加入到80mg/L的含铅废水中，使含铅废水中高岭土浓度为10g/L，在25℃反应2小时；反应结束后，混合液在5000转/分下离心分离10min，取上清液，上清液中Pb²⁺浓度为6.4mg/L，去除率达92%。应用本发明前后的指标对比如表6所示。

表6应用本实施例前后的指标对比

[具体实施例4]

一种利用粘土矿物去除酸性废水中金属离子的方法，酸性废水中锌离子（Zn²⁺）浓度为100mg/L，pH为6.0。

实验所用高岭土纯度为95%，化学组成如表7所示。

表7高岭土的化学组成（wt%）

具体步骤如下：高岭土在450℃下加热活化1.5小时，细磨至粒度小于45微米；活化高岭土加入到100mg/L的含锌的酸性废水中，使含锌的酸性废水中高岭土浓度为12g/L，在40℃反应2小时；反应结束后，混合液在10000转/分下离心分离5min，取上清液，上清液中Zn²⁺浓度为14mg/L，去除率达86%。应用本实施例前后的指标对比如表8所示。

表8应用本实施例前后的指标对比