赤泥中回收硅鐵制備改性濾芯填料及其性能研究.pdf

1、廢棄物資源的合理開發(fā)再利用是當(dāng)今環(huán)保行業(yè)關(guān)注的熱點。赤泥是制鋁工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染性廢渣，并且含有大量有價金屬元素。為了合理利用赤泥，達(dá)到廢物資源化的目的，本文采用兩段酸浸工藝分別浸出赤泥中的硅和鐵。以二氧化硅為主要材料，負(fù)載鐵鈦雙金屬氧化物，制備一種凈水陶瓷濾芯填料并用于飲用水中氨氮和余氯的去除，實現(xiàn)赤泥的綜合利用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴一段酸浸采用低濃度鹽酸浸出赤泥中大部分堿性金屬氧化物，采用單因素實驗考察了鹽酸濃度、液

2、固比、酸浸溫度以及酸浸時間對各元素浸出率的影響。實驗表明，鹽酸濃度為3mol/L，液固比為1∶16g/ml，酸浸溫度為90℃，浸出時間為1.5h，經(jīng)測定赤泥中大部分堿性金屬氧化物溶出，其中，鐵的浸出率為95.4％，鋁的浸出率為66.7％。二氧化鈦、二氧化硅不溶于酸而富集在殘渣中。⑵二段酸浸采用90％濃硫酸浸出赤泥酸浸渣，一段酸浸未完全反應(yīng)的氧化物繼續(xù)浸出，二氧化鈦溶于加熱的濃硫酸。實驗表明，硫酸濃度90％，液固比1∶10g/ml，酸浸溫

3、度為90℃，浸出時間為1.5h，二氧化鈦全部溶出進(jìn)入硫酸浸出液中，而二氧化硅富集在殘渣中，二氧化硅的回收率為80％。⑶以二氧化硅為主要原料，添加適量膨潤土及少量的石灰石、煤粉、碳酸鈉和聚乙烯醇制備了粒徑為1 mm-2mm的球形陶瓷濾芯填料并用于飲用水中氨氮的去除。實驗考察了原料配比、焙燒溫度以及焙燒時間對陶瓷濾芯填料性質(zhì)及氨氮去除率的影響。實驗表明，原料配比影響濾芯填料的機(jī)械強(qiáng)度，焙燒溫度影響濾芯填料的顯氣孔率，進(jìn)而影響對水中氨氮的吸附

4、。通過熱失重分析，確定了預(yù)處理時間30min，預(yù)處理溫度為400℃，正交試驗進(jìn)一步確定了陶瓷濾芯填料的最佳制備條件為焙燒溫度為1000℃，焙燒時間為40min，二氧化硅、膨潤土、石灰石、煤粉、碳酸鈉配比為65∶25∶4∶4∶2。最佳制備條件下，陶瓷濾芯填料鹽酸可溶率為1.8％，比表面積為2.3m2g-1，等電點為3.0。在用戶端飲用水環(huán)境下，氨氮初始濃度為0.3mg/L，氨氮的去除率為66％。⑷赤泥中的鐵以FeCl3·6H2O提取出，添

5、加硫酸氧鈦聯(lián)合改性陶瓷濾芯填料，制備鐵鈦復(fù)合改性陶瓷濾芯填料。通過濾料的表征結(jié)果可知，改性后的材料表面生成許多顆粒聚集體，比表面積有了較明顯的提高，為15.8m2g-1，紅外分析結(jié)果顯示改性后材料形成Fe-O鍵及Ti-O鍵。在此基礎(chǔ)上，采用Fe2+進(jìn)一步提高陶瓷濾芯填料的理化性質(zhì)。通過表征結(jié)果可知，陶瓷濾芯填料的比表面積有了進(jìn)一步的提高，為18.1m2g-1，濾芯填料的Zeta電位有明顯的提高，更有助于飲用水中游離余氯的去除。Fe-Ti

6、/Fe2+改性陶瓷濾芯填料對飲用水中余氯的去除實驗表明，在飲用水環(huán)境下，陶瓷濾芯填料化學(xué)性能穩(wěn)定，對余氯的去除效果較好。當(dāng)pH=7時，去除率達(dá)88％。⑸采用表征分析了負(fù)載前后陶瓷濾芯填料對飲用水中氨氮及余氯的去除機(jī)理。結(jié)果表明，負(fù)載前陶瓷濾芯填料與水中的NH4+存在靜電吸附和離子交換兩種作用;負(fù)載后顆粒材料與飲用水中的游離余氯(ClO-、HClO)之間存在三種作用:靜電吸附作用、氧化還原作用以及Fe-O-Ti-Cl鍵的形成。經(jīng)改性后，陶