申请日2007.09.27
公开(公告)日2009.04.01
IPC分类号C02F1/52; C02F1/28
摘要
本发明涉及一种利用高炉渣制备的水处理剂，其为通过碱性溶液处理高炉渣而得到。所述的高炉渣包括：SiO2：25-30%，CaO：40-45%，Al2O3：15-20%，MgO：10-20%，且(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)为1.08-1.5。将其和pH>11的碱性水溶液按照固液比为1∶1-5混和，过滤后在50-120℃干燥24-48h，取出，粉碎，最后过6-80m的标准筛。将本发明的改良的高炉渣用作水处理剂，可以高效、大量地处理污水，尤其是含有Ni(II)、Pb(II)、Cu(II)、Zn(II)、Mn(II)、Fe(III)、Al(III)、Cr(III)等离子的污水。
权利要求书
1、一种利用高炉渣制备的水处理剂，其为通过碱性溶液处理高炉渣而 得到的。
2、如权利要求1所述的利用高炉渣制备的水处理剂，其特征在于：所 述的高炉渣，按重量计，包括：
SiO2：25—30%
CaO：40—45%
Al2O3：15—20%
MgO：10—20%
且(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)为1.08—1.5。
3、如权利要求1所述的利用高炉渣制备的水处理剂，其特征在于：所述 的碱性溶液是由选自KOH、NaOH、NaO·3SiO2、Ca(OH)2、CaSO4和Na2CO3 中的一种或者两种，配制成pH>11的水溶液。
4、如权利要求1至3中任一权利要求所述的利用高炉渣制备的水处理 剂，其特征在于：所述的高炉渣和碱性溶液的固液比为1：1—5。
5、如权利要求1至3中任—权利要求所述的利用高炉渣制备的水处理 剂，其特征在于：所述的通过碱性溶液处理高炉渣是将高炉渣在碱性溶液中 浸泡1—10h，过滤后在80—120℃干燥24—48h，取出，粉碎，过6—80m 的标准筛。
6、一种利用高炉渣制备的水处理剂的制备方法，包括如下的步骤：
第一步，将高炉渣在碱性溶液中混和均匀，然后浸泡1—10h，
第二步，将第一步得到的混合液过滤;
第三步，将滤渣在80—120℃干燥24—48h，取出;
第四步，粉碎得到的滤渣，过6—80m的标准筛，得到所需的水处理剂。
7、如权利要求6所述的利用高炉渣制备的水处理剂的制备方法，其特征 在于：所述第一步中的高炉渣，按重量计，包括：SiO2：25—30%，CaO： 40—45%，Al2O3：15—20%，MgO：10—20%，且(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2) 为1.08—1.5。
8、如权利要求6或7所述的利用高炉渣制备的水处理剂的制备方法，其 特征在于：所述第一步中的碱性溶液是由选自KOH、NaOH、NaO·3SiO2、 Ca(OH)2、CaSO4和Na2CO3中的一种或者两种，配制成pH>11的水溶液。
9、如权利要求6或7所述的利用高炉渣制备的水处理剂的制备方法，其 特征在于：所述第一步中的高炉渣和碱性溶液的固液比为1：1—5。
说明书
一种利用高炉渣制备的水处理剂及其制备方法
发明领域
本发明属于废水处理领域，具体地说是涉及一种利用高炉渣制备的水处理 剂，及其制备方法。
背景技术
我国是水资源比较缺少的国家，随着地下水的不断开采，造成水位不断下 降，更加剧了水资源的短缺。解决水资源短缺，保卫水资源已成为当务之急。 而水资源的循环再利用是一项非常有发展前景的事业，它可以缓解水资源的短 缺问题。水资源的循环再利用即是将生活污水以及工业污水进行深度净化处 理，使之达到一定的水质要求，处理后的出水，可用于灌溉、冲洗、景观工业 循环水等多方面用水，可节省大量的自来水。
通常，在污水中，重金属元素是一种主要的污染物，主要来自于机械加工， 矿山开采业，钢铁以及有色金属的冶炼和部分化工企业。重金属不能被生物降 解为无害物，危害的持续时间很长。目前最常见的是利用各种吸附剂去除，比 如活性炭，腐殖酸，以及高炉渣等等。
高炉渣是铁矿精炼的副产物。在高炉中形成的液态炉渣漂浮在熔融的铁 上，并且由含有从铁矿中分离的组分的粘土、硅石和石灰，以及石灰石和约 1700℃时焦炭中的杂质组成。在约1400—1600℃时用水淬火，在这种急速冷 却过程中，形成高度玻璃状颗粒。
在现有技术中，如在文献1：Water Research.2000.34：1957-1961，S.V. DIMITROVA，“INTERACTION OF BLAST-FURNACE SLAGWITH HEAVY METAL IONS IN WATER SOLUTIONS”中所述，采用了粒状高炉渣和经过退 火处理的高炉渣分别吸附铜离子，结果表明在10-3mol/L的铜离子溶液中高炉 渣对其去除率为35.4%，而经过退火处理的高炉渣对铜离子的去除率可以达到 99%以上，但是退火处理要消耗较多的能量，需要在600到800℃的情况下保 温3个小时。
在文献2：Water Research.2002.36：4001-4008，S.V.DIMITROVA，“Use of granular slag columns for lead removal”中进一步公开了采用粒状高炉渣来吸附 铅离子，在铅离子含量为20mg/L的情况下，饱和吸附量仅为10.02mg/g，对 铅的吸附处理率比较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用高炉渣制备的水处理剂，其为通过碱性 溶液处理高炉渣而得到的。该水处理剂可以高效地处理污水，尤其是含有Ni (II)、Pb(II)、Cu(II)、Zn(II)、Mn(II)、Fe(III)、Al(III)、Cr(III) 等离子的污水，而且本发明的经处理的高炉渣具有多孔的性质，其含有的物 质水解后可形成许多复杂的多核络合物，有利于吸附废水中悬浮的胶体物质; 此外，其带有活性硅酸根，有助凝的作用，使其在吸附后能够迅速沉降。因 此，本发明的高炉渣用于水处理时不仅具有较好的污水净化效果，而且对重 金属的吸附量大，成本低廉，易于控制剂量。
本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：
本发明提供一种利用高炉渣制备的水处理剂，其为通过碱性溶液处理高 炉渣而得到。
优选的，按重量计，所述的高炉渣包括：
SiO2：25—30%
CaO：40—45%
Al2O3：15—20%
MgO：10—20%
且(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)为1.08—1.5。
在该技术方案中，所述的碱性溶液是由选自KOH、NaOH、NaO·3SiO2、 Ca(OH)2、CaSO4和Na2CO3中的一种或者两种，配制成pH>11的水溶液。
在该技术方案中，所述的高炉渣和碱性溶液的固液比为1：1—5(重量 比)。
在该技术方案中，所述的通过碱性溶液处理高炉渣是将高炉渣在碱性溶 液中浸泡1—10h，过滤后在50—120℃干燥24—48h，取出，粉碎，过6—80m 的标准筛。
本发明提供一种利用高炉渣制备的水处理剂的制备方法，包括如下的步 骤：
第一步，将高炉渣在碱性溶液中混和均匀，然后浸泡1—10h，
按重量计，所述的高炉渣包括：SiO2：25—30%，CaO：40— 45%，Al2O3：15—20%，MgO：10—20%，且(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2) 为1.08—1.5;
所述的碱性溶液是由选自KOH、NaOH、NaO·3SiO2、Ca(OH)2、 CaSO4和Na2CO3中的一种或者两种，配制成pH>11的水溶液;
所述的高炉渣和碱性溶液的固液比为1:1—5(重量比);
第二步，将第一步得到的混合液过滤;
第三步，将滤渣在50—120℃干燥24—48h，取出;
第四步，粉碎得到的滤渣，过6—80m的标准筛，即得到所需的水处理 剂。
本发明提供的利用高炉渣制备的水处理剂是用碱性溶液处理高炉渣而得 到的。其基本构思和原理是：高炉渣在1400—1600℃的情况下在水的急冷作 用下，迅速冷却，内部熔融物来不及结晶而形成无定形物质。进而在本发明 的碱性环境下，该结构被破坏，氢氧根离子不断攻击玻璃相，使其中的硅铝 以硅氧四面体或者铝氧四面体的形式溶入溶液中。随着溶液中的硅氧四面体 和铝氧四面体的浓度地增加，其又从溶液中重结晶出来，形成具有部分晶相 和部分无定形相的混合物。这使其中的钙离子等从玻璃相中释放出来。高炉 渣未改性之前有一定的吸附性能，其中钙离子作为交换离子，吸附溶液中的 有害离子，经本发明的方法改性后使更多的钙离子能够参与离子交换。在本 发明的改性过程中不仅是钙离子得到了释放，而且其中的玻璃相中的硅元素， 铝元素也得到了释放，形成-Si-O-，或者-Al-O-等阴离子集团，这对吸附重金 属阳离子是非常有利的。
将本发明得到的改良的高炉渣用作水处理剂，可以高效、大量地处理污 水，尤其是含有Ni(II)、Pb(II)、Cu(II)、Zn(II)、Mn(II)、Fe(III)、 Al(III)、Cr(III)等离子的污水。本发明的吸附剂是一种能够吸附水中重金 属离子的廉价的吸附剂。同时，本发明也解决了冶金废弃物高炉渣的再利用。 它不仅具有较好的污水净化效果，而且对重金属的吸附量大，成本低廉，易 于控制剂量。由于重金属不易降解，对环境还存在潜在的危害，而高炉渣经 过吸附后，与其他胶凝材料一起固化，能够固定重金属离子，使重金属不从 其中溶出，减少二次污染。
具体实施方式
实施例1、制备本发明的水处理剂I
将200g高炉渣(SiO2：25%;CaO：45%;Al2O3：20%;MgO：10%)在400g 的碱性溶液(KOH水溶液，pH=14)中按照混和均匀，然后浸泡2h，过滤， 再用蒸馏水冲洗，过滤，重复2次，将滤渣在80℃干燥48h，取出;粉碎得 到的滤渣，过80m，不过300m的标准筛，得到所需的水处理剂I。
实施例2、制备本发明的水处理剂II
将200g高炉渣(SiO2：25%;CaO：40%;Al2O3：15%;MgO：20%)在200g 的碱性溶液(NaO·3SiO2和KOH的混合水溶液，pH=14)中按照混和均匀， 然后浸泡2h，过滤，再用蒸馏水冲洗，过滤，重复2次，将滤渣在60℃干燥 36h，取出;粉碎得到的滤渣，过30m，不过80m的标准筛，得到所需的水 处理剂II。
实施例3、制备本发明的水处理剂III
将200g高炉渣(SiO2：30%;CaO：42%;Al2O3：17%;MgO：11%)在1000g 的碱性溶液(Ca(OH)2水溶液，pH=12.55)中按照混和均匀，然后浸泡5h， 过滤，再用蒸馏水冲洗，过滤，重复2次，将滤渣在120℃干燥24h，取出; 粉碎得到的滤渣，过40m的标准筛，得到所需的水处理剂III。
实施例4 制备本发明的水处理及IV
将100g高炉渣(SiO2：29%;CaO：41%;Al2O3：19%;MgO：11%)在100g 的碱性溶液(NaOH水溶液，pH=13.5)中按照混和均匀，然后浸泡5h， 过滤，再用蒸馏水冲洗，过滤，重复2次，将滤渣在60℃干燥24h，取出; 粉碎得到的滤渣，过6m的标准筛，得到所需的水处理剂IV。
