申请日2018.07.19
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C04B28/26; C04B38/02; C02F1/28; C02F101/20; C02F101/22
摘要
一种用于废水处理的废渣基多孔复合材料，包括45‑60%的钴废渣、35‑50%的赤泥、4‑10%的添加剂和0.2‑3%的发泡剂;钴废渣包括40‑60%的SiO2、10‑25%的Al2O3、3‑8%的Fe和2‑8%的CaO;赤泥包括20‑30%的SiO2、35‑50%的CaO、5‑15%的Al2O3、8‑18%的Fe和2‑6%的Na2O;添加剂为模数为1.2‑1.7的水玻璃，发泡剂为铝粉或双氧水中的一种。本发明的用于废水处理的废渣基多孔复合材料，具有工艺简单、材料来源广、成本低、废水处理效果好的优点。
权利要求书
1.一种用于废水处理的废渣基多孔复合材料，其特征在于：包括45-60%的钴废渣、35-50%的赤泥、4-10%的添加剂和0.2-3%的发泡剂;所述钴废渣包括40-60%的SiO2、10-25%的Al2O3、3-8%的Fe和2-8%的CaO;所述赤泥包括20-30%的SiO2、35-50%的CaO、5-15%的Al2O3、8-18%的Fe和2-6%的Na2O;所述添加剂为模数为1.2-1.7的水玻璃，所述发泡剂为铝粉或双氧水中的一种。
2.根据权利要求1所述的用于废水处理的废渣基多孔复合材料，其特征在于：所述钴废渣的PH为2-5，所述赤泥的PH为10-12.5。
3.根据权利要求1所述的用于废水处理的废渣基多孔复合材料，其特征在于：所述赤泥经过650-800℃，焙烧1.5-2.5h。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的用于废水处理的废渣基多孔复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，1)将钴废渣和赤泥分别烘干，球磨后过200目筛;
2)过筛后的赤泥活化处理：赤泥粉末焙烧，焙烧温度650-800℃，焙烧时间1.5-2.5h;
3)添加剂的制备：用工业烧碱将水玻璃模数调整为1.2-1.7;
4)按质量百分比配置原料：钴废渣45-60%，活化赤泥35-50%，添加剂4-10%，发泡剂0.2-3%;
5)将步骤4)中的钴废渣粉末、活化赤泥、添加剂混合均匀后，添加发泡剂，制备多孔复合材料，并在常温下养护3-5h;
6)将常温养护后的多孔复合材料于70-85°C下常压蒸养10-15h，既得废渣基多孔复合材料。
5.一种如权利要求1-3任一项所述的用于废水处理的废渣基多孔复合材料的应用，其特征在于：用于废水的处理，吸附废水中的重金属离子，重金属离子包括铜、铅、铬和镍离子的一种或者多种。
说明书
用于废水处理的废渣基多孔复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种工业废渣回收处理领域，尤其涉及一种用于废水处理的废渣基多孔复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前锂离子电池需要应用到大量的钴。钴矿作为伴生矿，种类较多，工业上处理钴矿的常用方法为湿法冶炼。钴矿的湿法冶炼，一般都是用酸浸出，该工艺处理后的钴废渣一般都呈酸性，其pH在2-5之间。赤泥是生产工业氧化铝的副产废渣，呈强碱性，pH为10-12.5。氧化铝作为一种工业原料，其需求逐年增加，赤泥的累积堆存和填埋也将持续增长，赤泥中含有多种重金属，极易对环境造成污染。
目前，钴废渣和赤泥的处理方式单一，主要为堆放和填埋等，钴废渣和赤泥的堆存，占用大量土地，其高酸碱性使土地酸碱化，并且其中的重金属污染物极易渗入地下，污染土壤和水质，对周围环境带来极大损害。
工业上用于废水处理的复合材料通常有三种类型，第一种是高分子聚合物废水处理复合材料，第二种是有机修饰矿物(沸石、黏土、高岭土等)的废水处理复合材料，第三种是无机物和有机物按一定配比在特定的条件下制备的无机-有机化合材料。而废渣基的多孔复合材料的废水处理研究还没有见到。
用于废水处理的高分子聚合物复合材料通常是高分子有机物和添加剂的聚合物，受限于高分子材料的特性，其刚性、耐磨性、耐腐蚀性等较差;有机修饰无机盐或矿物的复合材料，其原理是利用有机物质的特殊基团对某些金属离子的亲和性来处理废水，这种材料对处理环境要求较高，极易失效;用于废水处理的无机-有机化合材料，材料的价格较高，配比复杂，处理工艺较复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种材料来源广，制备成本低，制备过程中能耗低的用于废水处理的废渣基多孔复合材料及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种用于废水处理的废渣基多孔复合材料，包括45-60%的钴废渣、35-50%的赤泥、4-10%的添加剂和0.2-3%的发泡剂;所述钴废渣包括40-60%的SiO2、10-25%的Al2O3、3-8%的Fe和2-8%的CaO;所述赤泥包括20-30%的SiO2、35-50%的CaO、5-15%的Al2O3、8-18%的Fe和2-6%的Na2O;所述添加剂为模数为1.2-1.7的水玻璃，所述发泡剂为铝粉或双氧水中的一种。本发明中，添加剂用来提高材料的粘结力，发泡剂用来提高材料的孔隙率。
上述的用于废水处理的废渣基多孔复合材料，优选的，所述钴废渣的pH为2-5，所述赤泥的pH为10-12.5。本发明的特征在于利用两种矿渣的pH值两极化特点，通过一定配比，混合后起到中和反应的效果，避免了使用化学试剂调节废料的pH，节省了成本。
上述的用于废水处理的废渣基多孔复合材料，优选的，所述赤泥经过650-800℃，焙烧1.5-2.5h。
一种用于废水处理的废渣基多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤，1)将钴废渣和赤泥分别烘干，球磨后过200目筛;
2)过筛后的赤泥活化处理：赤泥粉末焙烧，焙烧温度650-800℃，焙烧时间1.5-2.5h;
3)添加剂的制备：用工业烧碱将水玻璃模数调整为1.2-1.7;
4)按质量百分比配置原料：钴废渣45-60%，活化赤泥35-50%，添加剂4-10%，发泡剂0.2-3%;
5)将步骤4)中的钴废渣粉末、活化赤泥、添加剂混合均匀后，添加发泡剂，制备多孔复合材料，并在常温下养护3-5h;
6)将常温养护后的多孔复合材料于70-85℃下常压蒸养10-15h，既得废渣基多孔复合材料。
一种用于废水处理的废渣基多孔复合材料的应用，其用于废水的处理，吸附废水中的重金属离子，重金属离子包括铜、铅、铬和镍离子的一种或者多种。
本发明所述废水处理应用中，废渣基多孔复合材料与废水的质量百分比为1:15-30，水体重金属离子浓度为75-120mg/L，水体pH为6-9，处理方式为震荡，处理时间1.5-2.5h。
本发明所述的废渣基多孔复合材料对于废水中的各种重金属离子具有很好的吸附作用，起到废水处理的目的，可吸附的重金属离子有铜、铅、铬、镍等，去除效果显著，符合GB 31573-2015对废水处理标准的要求。
与现有技术相比，本发明的优点在于：一，配方中，废渣配比高，达到90%以上，不仅材料来源广，而且有效降低了成本，制备的废渣基多孔复合材料在废水处理中具有良好的应用价值;二，在废渣基多孔复合材料中，只焙烧赤泥，节省了能耗，符合可持续发展;三、本发明的特征在于利用两种矿渣的pH值两极化特点，通过一定配比，混合后起到中和反应的效果，避免了使用化学试剂调节废料的pH，节省了成本。因此，本发明提供一种废渣基多孔复合材料的制备方法及其在废水处理中的应用，具有工艺简单、材料来源广、成本低、废水处理效果好的优点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
按以下步骤制备废渣基多孔复合材料：
1)将钴废渣和赤泥分别烘干，球磨后过200目的筛;
2)过筛后的赤泥粉末焙烧活化：焙烧温度730℃，焙烧时间2h;
3)添加剂的制备：用工业烧碱将水玻璃模数调整为1.5;
4)按质量百分比配置原料：钴废渣粉末50%，活化赤泥42%，添加剂7%，发泡剂1%。
5)将步骤(4)中的钴废渣、活化赤泥、添加剂混合均匀后，添加发泡剂，制备多孔复合材料，并在常温下养护4h;
6)将常温养护后的多孔复合材料于80℃下常压蒸养12h，既得废渣基多孔复合材料。
废渣基多孔复合材料废水处理：
废渣基多孔复合材料与废水的质量百分比为1:20，含铜、铬、铅废水各一份，浓度均为100mg/L，水体pH为6.5，处理方式为震荡，处理时间2h。
比表面积(m2/g)孔容(cm3/g)吸水率(%)
20.350.001216.2
废渣基多孔复合材料的各项指标如上表所示。
废渣基多孔复合材料的废水处理效果见上表，符合GB 31573-2015对废水处理标准的要求。
实施例2
按以下步骤制备废渣基多孔复合材料：
1)将钴废渣和赤泥分别烘干，球磨后过200目的筛;
2)过筛后的赤泥粉末焙烧活化：焙烧温度730℃，焙烧时间2h;
3)添加剂的制备：用工业烧碱将水玻璃模数调整为1.5;
4)按质量百分比配置原料：钴废渣粉末54%，活化赤泥36.5%，添加剂8%，发泡剂1.5%。
5)将步骤(4)中的钴废渣、活化赤泥、添加剂混合均匀后，添加发泡剂，制备多孔复合材料，并在常温下养护4h;
6)将常温养护后的多孔复合材料于80℃下常压蒸养12h，既得废渣基多孔复合材料。
废渣基多孔复合材料废水处理：
废渣基多孔复合材料与废水的质量百分比为1:20，含铜、铬、铅废水各一份，浓度均为100mg/L，水体pH为6.5，处理方式为震荡，处理时间2h。
比表面积(m2/g)孔容(cm3/g)吸水率(%)
18.630.001114.2
废渣基多孔复合材料的各项指标如上表所示。
废渣基多孔复合材料的废水处理效果见上表，符合GB 31573-2015对废水处理标准的要求。
实施例3
按以下步骤制备废渣基多孔复合材料：
1)将钴废渣和赤泥分别烘干，球磨后过200目的筛;
2)过筛后的赤泥粉末焙烧活化：焙烧温度730℃，焙烧时间2h;
3)添加剂的制备：用工业烧碱将水玻璃模数调整为1.5;
4)按质量百分比配置原料：钴废渣粉末47%，活化赤泥45%，添加剂6%，发泡剂2%。
5)将步骤(4)中的钴废渣、活化赤泥、添加剂混合均匀后，添加发泡剂，制备多孔复合材料，并在常温下养护4h;
6)将常温养护后的多孔复合材料于80℃下常压蒸养12h，既得废渣基多孔复合材料。
废渣基多孔复合材料废水处理：
废渣基多孔复合材料与废水的质量百分比为1:20，含铜、铬、铅废水各一份，浓度均为100mg/L，水体pH为6.5，处理方式为震荡，处理时间2h。
比表面积(m2/g)孔容(cm3/g)吸水率(%)
22.550.001619.1
废渣基多孔复合材料的各项指标如上表所示。
废渣基多孔复合材料的废水处理效果见上表，符合GB 31573-2015对废水处理标准的要求。