[发明专利]一种活性氧化铝改性钢渣及其去除废水中锌离子的应用

说明书

技术领域

本发明属于吸附废水中重金属锌离子的新材料领域，涉及一种通过活性氧化铝来改性钢渣并且利用响应面曲线法优化改性条件，从而提高钢渣吸附容量来去除锌离子的应用。

背景技术

钢渣是指在炼钢过程中排出的熔渣。钢渣的构成主要包括：炉料中各元素被氧化后生成的氧化物、为调整钢铁性质而专门加入的造渣材料(如：石灰石、白云石、铁矿石、硅石等)、冶炼过程中被侵蚀的炉衬料耐火材料、炉料中带入的杂质。钢渣的化学成份主要有CaO、SiO₂、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO等，且其组成基本恒定。而其矿物组成主要有：橄榄石(2FeO·SiO₂)、镁蔷薇石(3CaO·MgO·2SiO₂)RO相、铁铝酸二钙(2CaO·Fe₂O₃)、硅酸二钙(CaO·SiO₂)、硅酸三钙(3CaO·SiO₂)、游离钙(f-CaO)等。但随着碱度的不同，所形成的钢渣主体矿物组成略有差别。目前，无论是何种炼钢方式，在其过程中总是会伴随产生大量的钢渣。据统计，平均每产100t粗钢，就要产生15-20t的钢渣，故常说炼钢的过程就是一个“造渣”的过程。长期以来，钢渣作为一种固体废物，被随意的抛弃，造成破坏大气、土壤等环境污染问题。

锌离子处理最常采用的方法有吸附法、膜分离法、生物法等。膜分离法和生物法适用于浓度较低的重金属废水处理，但是操作复杂，成本较高。而吸附法则可适用于浓度较高的重金属废水处理，并且操作简单。Depci T,等人对常规吸附剂活性炭进行改性来吸附锌离子，研究得到改性活性炭对锌离子的吸附容量为11.72mg/g。Behnamfard A等人利用椰子壳颗粒对锌离子进行吸附，发现吸附容量为17.55mg/g。传统这些吸附剂容量都不是很高，如果能找到一种比较面积高、吸附能力强、廉价并且来源广的吸附剂，吸附法的巨大潜力十分可观。传统吸附剂对锌离子的吸附效果较差，容易产生大量污泥，因此找到一种新的有效吸附剂是十分有必要的。

综上所述，利用废弃的钢渣进行改性来高效吸附重金属锌离子具有十分重大的现实意义。

发明内容

针对现有吸附材料去除锌离子效率低，本发明提供了处理成本低且吸附剂来源广，吸附容量高的一种活性氧化铝改性钢渣来吸附废水中的锌离子方法。

该活性氧化铝改性钢渣的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将钢渣进行预处理；

步骤2，将Al(OH)₃粉末预处理好的钢渣以1：5-1：1充分混合，在600-800℃下煅烧1-3h进行改性；

进一步的，步骤1中，所述的钢渣为粒径在90～120目之间。

进一步的，步骤2中，所述的Al(OH)₃/预处理好的钢渣为0.24。

活性氧化铝改性后钢渣的应用，具体步骤如下：

步骤a，按照锌和改性钢渣质量投加比为3：1-20：1投入到含有pH为2-7，浓度为50-600mg/L的锌离子废水中，在15-35℃下震荡，使钢渣与含有锌离子废水充分混合反应；

步骤b，固液分离出钢渣，得到处理后净化的出水。

预处理为研磨，然后用去离子水洗涤，100±0.5℃下，干燥24h，筛选后保存备用；

进一步的，步骤a中，所述的震荡转速为180r/min，震荡时间大于2h。

本发明相对于现有技术相比，其显著优点在于：

(1)能较好去除水中的重金属离子，且处理效果稳定，操作过程简单。

(2)钢渣来源广泛，成本低廉，比表面积高，相对于传统的吸附材料，具有显著的优势。

(3)吸附完重金属的钢渣尾渣可以作为水泥混合料，不产生污染，真正实现以废治废。

附图说明

图1 Al(OH)₃和原钢渣的比例对锌离子去除效果的影响示意图；

图2改性温度对锌离子去除率的影响示意图；

图3改性温度对锌离子的去除率的影响示意图；

图4不同质量钢渣与改性钢渣吸附效果对比图；

图5不同pH条件下的改性钢渣对锌离子的吸附效果图；

图6改性钢渣不同pH条件下zeta电势图；

图7不同温度不同时间改性钢渣对锌离子的吸附效果图；