[发明专利]一种砷酸铁@聚合物固砷材料及其制备以及含砷溶液的固砷方法

说明书

本发明属于有害废物处理技术领域，具体公开了一种砷酸铁@聚合物固砷材料，包括核以及包覆所述核的聚合物，所述的核为砷酸铁；所述的核进一步优选为硫化亚铁包覆的砷酸铁。本发明还提供了一种所述的砷酸铁@聚合物固砷材料的制备方法以及采用含砷废水制备所述的砷酸铁@聚合物固砷材料的方法。本发明发现，所述核‑壳结构的砷酸铁@聚合物固砷材料具有良好稳定性，特别是在碱性条件下的稳定性，有助于降低浸出毒性。

技术领域

本发明属于环境治理领域，具体涉及到一种含砷溶液的处理方法。

背景技术

砷是一种有毒元素，在地壳中主要以低毒的钙、铁、锰、铝等难溶砷酸盐以及雄黄、雌黄、毒砂等硫化物的形式稳定存在于岩层和土壤中。人类在矿产资源开发利用过程中，砷的自然稳定形态遭到破坏而释放出高毒的水溶性砷，尤其是有色金属冶炼过程中产生的高浓度含砷废水，已经成为释放高毒砷的主要途径之一。近年来，在我国湖南、广西、贵州、云南等有色冶炼产业密集地区发生了多起区域性砷中毒事件，砷污染已经成为社会广泛关注的敏感问题。对这类高砷冶金废水，文献报道的处理方法有化学沉淀法、离子交换法、吸附法、萃取法以及生化法[等，但目前只有化学沉淀法能够在工业规模上得到应用。化学沉淀法的基本原理是将溶液态的高毒砷转变为低毒的难溶砷酸盐，并通过安全填埋返回到大自然中去。化学沉淀法要求难溶砷酸盐沉淀具备除砷效率高、固砷安全性好，并且成本越低越好。按照我国国家标准，在除砷效率方面要求除砷后水溶液中的残余砷浓度降低到50微克每升，固砷安全性则由毒性浸出实验(TCLP)进行评价，要求浸出液砷浓度小于5毫克每升。

目前，只有砷酸钙和砷酸铁两类难溶砷酸盐能够较好地满足上述要求。砷酸钙和砷酸铁在除砷工艺上基本相似，按一定Ca/As比或Fe/As比加入石灰或硫酸铁等铁盐沉淀剂，加入中和剂调整pH值后即可得到难溶的砷酸钙和砷酸铁沉淀。对于酸浓度高的含砷废水，采用石灰做中和剂，利用生成的砷酸钙来固砷，是目前企业常用的方法，但除砷后的水溶液中CaS0₄含量较高，后续处理非常麻烦。通常砷酸钙除砷的综合运行成本比砷酸铁低，然而砷酸铁在除砷的高效性、固砷的安全性方面具有明显优势。砷酸铁的在水中的溶解度(AB型难溶电解质，溶度积10^-21～10^-24左右，溶解度约10^-nmol·L-4比砷酸钙(A2B3型难溶电解质，溶度积10^—18～10^—21，溶解度约10^—5mol·L—^小了约100万倍，同时砷酸钙盐与空气中的二氧化碳接触后形成碳酸钙和水溶性砷酸，导致砷的“反溶现象”而存在安全隐患问题。由于砷酸铁的推广应用存在成本障碍，国内冶金企业大多宁愿选择具有安全隐患的砷酸钙除砷。而要将砷酸铁的除砷成本大幅降低到与砷酸钙相当的水平，需要将铁盐沉淀剂的消耗降量削减一半以上，也就是需要从工艺上将Fe/As比从4左右降至2以内。砷酸铁耐碱性不好，在碱性条件下容易发生水解产生铁氧水合物，造成砷的“反溶现象”，影响固砷效果。

发明内容

针对现有固砷技术存在固砷成本高、固砷效果差等缺陷，本发明的第一目的在于，提供一种砷酸铁@聚合物固砷材料，旨在降低固砷材料的浸出毒性。

本发明第二目的在于，提供一种低成本、高效固砷的砷酸铁@聚合物固砷材料的制备方法，该方法能将含砷溶液中的砷通过简单、低成本的工艺，制成稳定性特别好的具有核壳结构的砷酸铁@聚合物固砷材料，实现一次成型固砷的方法，实现砷的永久固定。

本发明第三目的在于，提供一种利用所述的制备方法，将含砷废水中的砷转化成所述的砷酸铁@聚合物固砷材料的固砷方法。

一种砷酸铁@聚合物固砷材料，包括核以及包覆所述核的聚合物，所述的核为砷酸铁。

本发明发现，所述核-壳结构的砷酸铁@聚合物固砷材料具有良好稳定性，特别是在碱性条件下的稳定性，有助于降低浸出毒性。