[发明专利]一种硅酸盐尾矿基多孔材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硅酸盐尾矿基多孔材料及其制备方法和应用，该方法将硅酸盐尾矿、铝土矿、膨润土和复合造孔剂及水搅拌均匀后，倒入模具中，干燥成型，得到坯体，所述坯体通过烧结，即得硅酸盐尾矿基多孔材料。该硅酸盐尾矿基多孔材料力学性能好，孔结构丰富，可以有效除去废水中的重金属离子，能够回收并多次使用，且硅酸盐尾矿基多孔材料的制备方法简单，原料成本低，有利于大规模生产和应用。

技术领域

本发明涉及一种多孔材料，具体涉及一种利用硅酸盐尾矿基制备的多孔材料，还涉及利用硅酸盐尾矿、铝土矿、膨润土等制备多孔材料的方法，以及硅酸盐多孔材料基对废水中重金属离子去除的应用，属于二次资源利用和环境污染治理技术领域。

背景技术

根据联合国开发计划署的报告，世界上只有三分之一的人口能够获得清洁水，而重金属离子是污染废水的主要污染物之一。重金属污染来源广泛，包括油漆、电镀、金属加工、化肥、电器、颜料工业、木材制造等行业，含重金属的污染废水如果不经过适当的处理，对环境和人体健康将会产生不良影响。在重金属处理方法中吸附法是一种低成本、高效、环保、操作简便的处理方法。但是目前的吸附剂主要是粉末状的，如活性炭、氧化铝、聚丙烯酰胺等，这类吸附剂往往难以回收利用，使用成本高，难以实现大规模应用。

尾矿是目前我国面临的一个严峻的问题，据统计，我国尾矿堆存量大约为120多亿吨，大量的尾矿堆积，无法处理，不仅占用大量的土地，而且极易造成二次污染。我国近年来开始重视尾矿的再利用，但由于我国共生伴生的综合矿较多，自然禀赋差，开发利用率不高。目前有研究报道利用尾矿制备多孔材料，如专利(CN 105126760 B)中利用铅锌尾矿制备多孔材料，该材料对铜离子的吸附量可达98.16％，但是没有报道该材料的强度及考察其重复利用性能。专利(CN 103980001 B)利用铁尾矿制备多孔陶瓷，但是烧结温度高，区间为1200～1300℃，实际生产中能耗高。专利(CN 107500800 A)利用铜尾矿制备多孔材料，但是制备过程中对铜尾矿的掺杂量较低(23％～30％)，且制备工艺复杂，需先经过三次酸浸，限制了其实际应用。

发明内容

为解决现有技术中尾矿制备的重金属吸附材料存在吸附容量不高，抗冲洗-反冲洗能力低，难以多次使用等问题，本发明的第一个目的是在于提供一种力学性能好、重金属离子吸附容量高的硅酸盐尾矿基多孔材料。

本发明的第二个目的是在于提供一种工艺简单、原料成本低的制备硅酸盐尾矿基多孔材料的方法，该方法尾矿掺杂量高，充分利用了硅酸盐尾矿，能减少尾矿带来的环境压力，解决我国尾矿堆存量大、开发利用率低的问题。

本发明的第三个目的是在于提供硅酸盐尾矿基多孔材料在吸附脱除废水中重金属离子方面的应用，硅酸盐尾矿基多孔材料对多种重金属离子具有较好吸附作用，吸附容量高，可以有效地去除废水中的重金属离子，使用成本低，且尾矿基多孔材料强度高，具有较好的抗冲洗能力，有利于多孔材料的多次重复使用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种硅酸盐尾矿基多孔材料的制备方法，该方法是将硅酸盐尾矿、铝土矿、膨润土和复合造孔剂及水搅拌均匀后，倒入模具中，干燥成型，得到坯体，所述坯体通过烧结，即得。

本发明的硅酸盐尾矿基多孔材料具有多孔结构，其孔结构内部及表面富含有丰富的羟基及金属-氧结合键，使其对重金属离子具有较高的吸附能力，表现出吸附容量高、吸附能力强的特点。同时，在高温烧结过程中，硅酸盐尾矿、铝土矿、膨润土中的硅、铝、镁和铁等固溶，形成稳定的结合相，使多孔材料具有较高的强度，具备良好的冲洗-反冲洗能力。

优选的方案，硅酸盐尾矿、铝土矿、膨润土及复合造孔剂的质量比为70～85:12～23:3.5～4.5:2.5～4.5。本发明的硅酸盐尾矿基多孔材料制备以硅酸盐尾矿为主要原料，占比达到80％左右，尾矿利用率较高。同时配入少量铝土矿、膨润土作为辅料，有利于形成硅、铝、镁和铁固溶体系，提高多孔材料的强度。

优选的方案，所述复合造孔剂由硫酸镁、硫酸铁和碳酸氢钠组成。