废水
权利要求书
1.一种用于含磷废水处理的镍渣吸附材料，其特征在于：原料包括镍渣和Al(OH)3。
2.根据权利要求1所述的用于含磷废水处理的镍渣吸附材料，其特征在于：所述的镍渣是金属镍和镍合金冶炼过程中产生的固体废渣，其主要成分为：SiO2 30~50 wt %，Fe2O3 30~60 wt %，CaO 1.5 ~5 wt %，MgO 1~15 wt %，Al2O3 2.5~6 wt %，NiO 3~6 wt %。
3.根据权利要求1所述的用于含磷废水处理的镍渣吸附材料，其特征在于：原料中Al /Fe摩尔比为0.5~2。
4.一种制备如权利要求1所述的用于含磷废水处理的镍渣吸附材料的方法，其特征在于：以镍渣、Al(OH)3为原料，经预处理、压制成型、烧结和水热处理，制得可再生镍渣吸附材料。
5.根据权利要求4所述的用于含磷废水处理的镍渣吸附材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
(1)预处理：将镍渣置于球磨机中湿法球磨18~25小时，研磨的浆料取出后置于电热鼓风恒温干燥箱中80~120℃烘干水分，然后过100目筛得到统料;
(2)压制成型：将步骤(1)制得的统料与Al(OH)3按Al /Fe摩尔比为0.5~2加入混料机中混合均匀后制得混料;加入有机水进行造粒，造粒完成后过50目筛，陈腐24小时;将混料压制成型;
(3)烧结和水热处理：将成型后的样品置于空气中自然干燥24小时后，置于箱式电阻炉中烧结，然后随炉冷却至室温;烧成的试样置于水热釜中，在130~180℃下进行水热处理，水热时间为12~20小时;待水热釜冷却，将样品烘干，制得镍渣吸附材料。
6.根据权利要求5所述的用于含磷废水处理的镍渣吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的有机水为体积分数20%的聚乙烯醇水溶液;每100g混料加5～10mL有机水。
7.根据权利要求5所述的用于含磷废水处理的镍渣吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的烧结其温度为800~1100℃，升温速率为5 ℃/min，保温时间为2小时。
说明书
用于含磷废水处理的镍渣吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸附材料制备领域，涉及固体废弃物的综合利用和废水治理技术，具体涉及一种用于含磷废水处理的镍渣吸附材料及其制备方法。
背景技术
镍渣是金属镍和镍合金冶炼过程中产生的一种固体废渣，即其高温熔融物经水淬后形成的一种粒化炉渣，其熔融相以FeO-SiO2为主，与普通的高炉矿渣、磷渣、钢渣和粉煤灰等的玻璃相组成不同，其中CaO、MgO和Al2O3含量低很多，但SiO2和Fe2O3含量高很多。镍渣是一种非晶体物质，其无定形相中含有少量的CaO、Al2O3，因而在碱性介质的激发下具有潜在的水硬性，能生成大量的水化物，形成空间网状的孔隙结构。此外，镍渣无定形相中的FeO也是一种活性组分，在碱的作用下会生成Fe(OH)2和Fe(OH)3凝胶，填充在其它水化产物中能起到支撑骨架的作用。这些活性成分的存在，使镍渣具有潜在的吸附特性。由于高温熔融后的镍渣冷却时速度过快不能充分析晶，因而镍渣的XRD图谱为面包型，没有特征衍射峰。镍渣的化学成分因矿石来源和冶炼工艺的不同，有较大差异，其中含SiO2 为30 ~50wt%，Fe2O3为30~60 wt %，CaO为1.5 ~5 wt %，MgO为1 ~15 wt %，Al2O3为2.5~6 wt %，NiO为3~6 wt %。
福建罗源宝钢德盛镍业镍渣年排放量达200多万吨，其大量的排放、闲置不仅需要占用土地或农田，而且对罗源湾周边环境造成了很大污染。目前，宝钢德盛镍业正加快建设二期项目，以期形成300万吨以上的不锈钢生产能力，建成世界级绿色不锈钢生产基地，将产生更大量的废渣如镍渣、矿渣和粉煤灰等。因此，如何有效处置和利用这些废渣的就成为一个亟待解决的问题。
目前国内外对于镍渣的研究，主要集中于提取其中的有用元素和生产建材及制品等。但是，随着镍冶炼工艺的改进，所排放的废渣中镍钴等含量很低，提取成本高，不具备提取价值，而它在其他领域的应用也受到一些标准的限制。目前，大多数镍渣只能通过填埋的方式进行处理，回收利用率低。因此，加强对镍渣的资源化利用仍然是目前研究的重点。
磷是导致水体富营养化的主要元素之一，市政污水和工农业废水是造成自然水体磷污染的主要原因。通常情况下，市政污水的含磷量为4.15 mg/L(以磷计)，工业废水的含磷量往往都在10 mg/L以上，在排入自然水体之前，经处理之后残存的少量磷元素(甚至少于1 m/L)，经过富积，也极可能导致水体富营养化这问题。目前，水体除磷技术主要有生物法、混凝沉淀法、吸附法、离子交换和膜分离法。生物法除磷应用广泛，但也存在处理设备多、造价高、运行管理复杂等缺点。吸附法因具有经济高效、简单易行、无污泥产生并且吸附材料可以再生等优点而得到广泛应用。
吸附效果好坏的关键在于吸附剂的不同。伴随着社会、经济、能源等各方面的压力日趋增大，通常认为理想的吸附材料应该具备如下几种特征：价格低廉、当地储量丰富、工业副产品、吸附饱和之后具有再次开发利用的潜力。这种观点同步考虑了受污水体的治理与固体废物的资源化利用，是实现经济利益与环境安全双重目的的有效手段。据国内外文献报道，开发含有铁、铝、硅、钙等元素成分的工业副产品材料，并将其有效应用于水体磷元素的吸附去除已经成为研究热点。镍渣是一种富含Si、Fe、Ca、Mg、Al元素的复合氧化物矿渣。而目前，以镍渣为主要原料制备吸附剂来处理废水中磷元素的研究尚未见报道，该项目属于国内外首家研究发明的技术。
发明内容
本发明的目的在于针对工业废弃的镍渣回收利用率低等问题，提供一种用于含磷废水处理的镍渣吸附材料及其制备方法。本发明不仅为工业废弃镍渣找到了可再利用的新技术途径，同时对受污水体进行了治理，实现了经济利益与环境保护的双重目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于含磷废水处理的镍渣吸附材料，原料包括镍渣和Al(OH)3。
所述的镍渣是金属镍和镍合金冶炼过程中产生的固体废渣，其成分为SiO2为30~50 wt %，Fe2O3 为30~60 wt %，CaO为1.5 ~5 wt %，MgO为1~15 wt %，Al2O3为2.5~6 wt %，NiO为3~6 wt %，原料中Al /Fe摩尔比为0.5~2。
一种制备如上所述的用于含磷废水处理的镍渣吸附材料的方法为：以镍渣、Al(OH)3为原料，经预处理、压制成型、烧结和水热处理，制得可再生镍渣吸附材料。
用于含磷废水处理的镍渣吸附材料的制备方法，具体步骤为：
(1)预处理：将镍渣置于球磨机中湿法球磨18~25小时，研磨的浆料取出后置于电热鼓风恒温干燥箱中80~120℃烘干水分，然后过100目筛得到统料;
(2)压制成型：将步骤(1)制得的统料与Al(OH)3按Al /Fe摩尔比为0.5~2加入混料机中混合均匀后制得混料;加入有机水进行造粒，造粒完成后过50目筛，陈腐24小时;将混料压制成型;
(3)烧结和水热处理：将成型后的样品置于空气中自然干燥24小时后，置于箱式电阻炉中烧结，然后随炉冷却至室温;烧成的试样置于水热釜中，在130~180℃下进行水热处理，水热时间为12~20小时;待水热釜冷却，将样品烘干，制得镍渣吸附材料。
步骤(2)中所述的有机水为体积分数20%的聚乙烯醇水溶液;每100g混料加5～10mL有机水。
步骤(3)所述的烧结其温度为800~1100℃，升温速率为5 ℃/min，保温时间为2小时。
步骤(2)所述的压制成型需根据模具的规格和混料的添加量调整压力和保压时间;如，混料添加量为2.0g，压制成直径20.00mm的圆片状试样时，调整压力为2Mpa，保压时间为10s。
本发明的有益效果在于：
1) 可充分利用工业废弃镍渣，缓解其大量排放或闲置对环境造成的污染，变废为宝，以废治污，生态环保。
2) 经本发明方法制备的用于含磷废水处理的镍渣吸附材料吸附能力强，应用范围广，不仅可以吸附废水中的磷，还可以吸附其它阴离子和重金属离子。
3) 此方法操作工艺简单，制得的镍渣吸附材料可回收利用，不会造成二次污染。
4) 本发明采用的原料来源简单，成本低，具备十分显著的经济效益和社会效益，具有很强的市场竟争能力。
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