改性膨润土及其在含铬废水处理中的应用研究.pdf

第 2 1卷第 1 期 2 0 0 2年 1月 非金属矿 N。 n Me t a ] 】 c M L ne s V0l 2 5 No 1 J a n ， 2 0 0 2 改性膨润土及其在含铬废水处理 中的应用研究 胡付欣杨性 坤 信陌师范学院化学 化工学院 ． 信阳4 6 4 0 0 0 摘要对脏 J 坷土的热处理、 醴处理 离干史换处理等改性实验进行 1 介绍， 确定，台逆的改性工艺条件及改性赴理荆， 并对改性膨润 土在舍婚废水处理 中的成功应用进行1撂讨 。 关键词膨润土改性潘加剂量铬座水 本文拟对信 阳上天梯钙基膨润土的活化改性方 法及对含铬废水的处理应用进行探讨。虽然膨润土 在废水处理方面 的应用已有不步报道l 1 j ， 但不同 结构和组成的膨润 土其改性处理方法不同． 如何得 到高教廉价的膨润土仍是一项重要的研究课题。 1 膨润土改性机理 膨润土是 以蒙脱石为主要成份的粘土矿物， 蒙 脱石的含量一般在 6 5 ％ 上 蒙脱石具有单斜晶 体结构， 是一种含水的二八面体或三八面体的层状 铝硅酸盐矿物， 在单 晶胞 的外面有两层硅氧 s o 四面体， 中间夹一层氢氧铝 A t O． ] H 八面体， 在四 面体和八面 体中， 高价 的硅 离子 S i 和铝 离子 A 1 3 能被其它低价阳离子置换。 使蒙脱石晶胞带 负电荷． 而成为一个大的负离子， 从而使它具有吸附 某些阳离子的能力． 这些阳离子和晶体的联结很不 牢固． 易被其它低价离子所置换。这种离子交换， 主 要在晶层之间进行 ． 并不影 响蒙脱石的结构。但层 问阳离子的不同． 对蒙脱石的物化性能有较大的影 啊 由于蒙脱石 的晶层问结合 力较弱， 所 能吸附 一 层或两层水分子 ． 在晶体的表面也能吸附一定的 水分子， 晶格 中还含有一些 OH基形式存在的结 构水 因此， 通过改变蒙脱石晶层的阳离子形式及 层间离子形式 ． 脱除蒙脱石的吸附水或结构水， 改变 其微观结构形态， 增强其吸附或离子交换能力。 2 膨润土改性实验 改性工艺流程 原土一破碎一筛分一灼烧一酸 浸池一过滤机一 添加剂 搅拌池一过滤机一烘干一 破碎一 成 品。 2 1 灼烧改性准确称取 5个膨润土矿粉 过 8 0 目筛 样各 5 0 0 g 准确至 0 ． 0 1 g ， 置恒温干燥箱或马 弗 炉 中， 恒温 3 ． 5 h 后 ， 停 止加热 ， 待温度 降至5 0 ℃ *河南 塔科 撞 噍 关项 日【 9 7 L 1 9 0 2 0 4 4 6 左右时， 取 出放入干燥器中冷至室温 ． 称重， 备用。 2 2 酸化改性将在不同温度下灼烧处理过 的膨 润土． 用质量浓度为 1 5 ％左右 的硫酸溶液 浸泡， 固 液化为 1 3 ， 在 9 5 ℃下保温搅拌8 h 左右， 水洗至 p H 近似等于 7 ， 过滤， 在 1 0 5 ℃下烘干、 破碎 ． 备用。 2 3 离子交换改，性 将经酸化改性的膨润土分别 与 Mg C 1 2 、 AtC I 3 和 Mg C 1 2 一 AtC 1 ， 溶液混合， 膨润土与 改性剂的质量比为 2 0 1 ， 固液 比为 1 3 ． 室温下搅拌 2 h左右， 过滤， 于 1 0 5 ℃下烘干、 破碎， 即得改性膨润 土 ． 备用。 此外， 也可采用 1 l的固液比， 用啮合机或挤压 机反复挤压， 堆放数 日， 再烘干、 破碎， 备用。 2 4 改性膨润土吸 附性能 实验 将改性土放入浓 度为 5 0 ． 1 3 mg ／ L的 K 2 C r 2 o7 溶液中进行吸附实验， 固液 比为 1 2 0 ， 室温下低速搅拌 4 h ， 吸附后的溶液 稀 释 1 O倍 后 用 7 2 2型 分 光 光 度 计 测 波 长 为 4 1 0 n m 其吸光率， 从而算出吸附率。 3 结果与讨论 3 ． 1 热处理温度的影响 膨润土在不同温度 ℃ 下的热失重率 ％ 1 0 0 ， 1 4 ． 3 ； 3 0 0 ， 1 5 ． O ； 5 0 0 ， 1 5 8 ； 8 0 0． 1 8 8； 1 0 5 0， 2 1． 0。 从上可看出， 当热处理温度在 5 0 1 ℃ 内时， 热 失重率变化不大 ； 而当温度高于 8 0 0 “ C时． 热失重率 有明显变化。从热处理后产品的外观上也可看 出， 温度低于 5 0 0 ℃时， 产品颜色基本不变 ； 而当温度在 8 0 0 ℃时， 产 品显浅黄色 ； 灼烧温 度为 1 0 5 0 ℃ 时， 产 品颜色明显变黄。由此可推知， 在 1 0 0～5 0 0 ℃范 围 内， 膨润土失去的主要是吸附水和所含的一些有机 物等． 在 8 0 0 ～1 0 5 0 “C内， 膨润土失去的可能是化合 水或所含的一些碳酸盐等 因分 解而挥发 ， 这就改 变了膨润土的结构和组成。同时这也说明了所选嘭 润土不适用于机械铸造 ． 因为按照 z B J 3 1 0 0 7 8 9规 定， 铸造用膨润土经 1 0 0 0 ～1 0 5 0 ℃灼烧 后失重率应 维普资讯 在 0 5 ％～l 5 ％之间。 比较不同温度下灼烧处理过的膨润土的吸附性 能， 发现膨润土对含铬废 水铬的脱除率 经 1 0 0 ℃处 理的， 在 4 0 ％以上 ； 3 0 0 ℃ 处理 的， 在 3 6 ％左右； 经 5 0 0 ℃处理的， 不足 1 0 ％； 未经热处理的， l 7 ％左右 。 由此可见， 热处理可提高膨润土的吸附性能， 但提高 的幅度不大， 处理 温度不宜高于 3 0 0 ℃。此变化 规 律在分析用硫酸酸化灼烧后的膨润土性 能时， 也 得 到了很好的验证。实验 中发现， 经 8 0 0和 1 0 5 0 ℃灼 烧过 的膨润 土酸 化 液， 基 本保持 清 澈透 明； 而 经 1 0 0 、 3 0 0和 5 0 0 ℃灼烧 的膨润土酸化液 ， 略显混浊， 且混浊程度随温度升高而变清。经化学分析， 高温 灼烧的膨润土在酸化过程 中， 基本上无离子交换发 生， 这也说明了高温灼烧 改变了膨润土 的结构和组 成； 而低温灼烧 低于 3 0 0 ℃ ， 有利于提高膨润土的 离子交换能力 表 1 改性嘭稠土的吸附结果 灼烧温度 连光率 吸 光度 溶液 碓度 吸附童 添 加 剂 ℃ ％ x1 0 2 mg ／ L ％ 50 3 2 9． 8 2 5 8 47 9 Mg CI 2 76 4 1 1 ．7 1 0． 3 3 79 4 毛灼 烧 A】 a 7 9 2 1 0． 1 8． 8 1 8 2 4 Mg CI2 - AIC] 8 0． 0 9． 7 S． 4 9 8 3 ． I 6 4． I I 9． 3 I 6 8 5 6 6． 4 M 日 a 2 8 I_ 4 8 ．9 5 7 8 3 8 4． 4 1 0 O AI Cl 8 3． 5 7． 81 6． 刚] 8 6． 4 M g Cl2 ， la ] 8 4． 7 7 21 6 3 O 8 7． 4 46． 8 3 2 9 2 8 7 0 4 2． 7 M g CI2 6 3 6 I 9 6 I 7 1 5 6 5 8 3 0 0 A【 Cl 7 7． 7 】 O 9 9 5 9 8 0 9 Mg CI 2 - AJ Ch 7 i 8 】 4． 3 I 2 5 5 7 4． 9 3 2 改性 剂对膨润土吸 附性能的影响 经酸化 后 的膨润土用不同添加荆进行改性， 得到 不同类型 的 改性产品， 用其对含 K c r 的溶液进行吸附， 并用 分光光度法分析其吸附性能， 结果见表 l 。 由表 l可看出， 在其它条件相同时， 经灼烧过 的 膨润土其 吸附性能 有所提高。但随灼 烧温度的提 高， 吸附性能有所下降， 故灼烧温度 以 1 0 0 ℃左右为 宜。在同一温度下处理 过的膨润土， 经与添加剂混 合改性后的产品比酸化 处理 的产品， 吸附性 能好得 多 在其它条件相 同时， 添加剂 的种类对改性产 品 的吸附性能也 有较大影 响， 其中 以 A 1 a， 和 Mg C 1 2 一 A 1 C 1 复合添加剂的改性效果更 好。 实验 中还发现， 当用改性膨润土对 含铬废液进 行二次吸附后， 铬的脱除率可达 9 0 ％ 以上， 其 中经 1 0 0 E灼烧 、 添加 A 1 a3和 Mg C 1 2 一 MC I 3改性 的膨润 土对含铬废液两次吸附后， 铬的去除率可达 9 9 ％以 上， 废 液 达 到 了 国 家 规 定 的排 放 标 准 G B 8 9 7 8 一 l 9 9 6 。 3 3 改性 膨 润土 在含 铬废 水 处 理 中的 应 用 用 改 性膨润土制成两个或三个过滤吸附池， 使含铬废水 缓慢通过过滤池， 废水与改性膨 润土过滤层接触 3 -- 4 h ， 对高或中等浓度 的含铬废水铬的脱除率可达 9 9 ％以上， 适用于 电镀 、 皮革、 印染及化学试剂等工 业 排放 的含铬废水处理。 吸附铬后的膨润 土甩0 l mo l ／ I 的盐 酸溶液解 吸， 可得 到再生， 经二次改性 后， 其吸附性能仍与原来的新鲜产品相当 ； 对膨润土 的解吸液进行处理， 可 回收淋洗下来的铬 J 。 4 结论 信阳钙 基膨润土 经低 温灼烧 低于 3 0 0 ℃ 、 硫 酸酸化和添 加剂改性 处理后， 有较强 的吸附性能， 可用 于 含 铬 废 水 处 理 。 吸 附后 的膨 润 土 经0 l mo l ／ L的盐酸溶液淋洗可得到再生， 改性处理后仍 可反复使用。改性土成本 比活性炭低， 仅 8 0 0元／ t 。 本技术经中试， 并通过 了省科委组织的鉴定 参考文献 i 张文 成． 橱书平 暗密钠基膨 润 土生 产活性 白土的试驻 研究[ J ] 非叠 属矿 ． 1 9 9 8 ． 2 l 5 3 O ～3 3 2 张建 荚 张建峰 琏性,U l 润土处理 染色度水 的研 完[ J ]杭 州太学 学报自然科学扳 ． 1 9 9 6 2 3 3 2 6 0 ～2 6 3 3 丰利 中， 刘文涵 琏性膨润土在座 水处理 方面的应 用研究 [ J ]环 境化学． 】 9 9 7 ， 1 6 3 2 3 3 ～2 3 7 4田直昔 制锩 广|i }摊虚 水| i}固杖利 甩与处理 [ J ] 环境 污染 与防 浩 ， 1 9 9 6 ． 1 8 3 i 3 ～ i 6 收 稿 日期 2 0 0 i ， 1 0 ． i 9 行业动态 ； -7 南 省人 民政府 办公 厅下文 发布 对河南省铝 土矿 资潭稳 定供给 的意 见 河南省铝土矿 资源稳 定辟结 中冉 在 的主要 问题 ① 资源 储量不 清， 勘壹谛 后。储量 喜 - 中的储量 与实际有机大 出 ， 新增矿量与氧化 铝工业发展 不相适应 ② 乱采滥 挖． 耽 坏注 膏资源现 末严重 ． 奎省 3 9个铝土矿床畸 有不 目程度 的琏坏性开采． 事 垃隐惠较 多 流通 秩序混乱． 无 控营、 收富拒贫． 浊 费严重。④铝土 矿 中车 节性的 民 采矿点较 多． 冒有骨干矿 点少． 难 以 成稳定的供矿渠道 4 7 美于河 南省铝土 矿 资源稳定供 培 的意见 ① 统 一规划． 告理布 局 自省计委、 国土 厅 牵头、 畚 同省冶奎 矿山 管理办公 室等 有 关部 门， 制定铝土矿资源现址及 持续 皓砷蕞． 尽快 蝙制 河南省铝土矿 资潦“ 十五“ 计划及 2 0 1 5年 发屉观 划 。②开展铝土矿开埕 甩专项 治理整顿工作 自国土 资源厅 牵头， 开屉 铝土矿勘 查 ③加太对流 通领域 旨理力度． 进 一手规 范市场秩序。 针对生 产中使 用过 高品位 ．a ／ s 1 O 和向省外输 出高富 矿石的情 况要制 定措 施． 琏变收富弃 贫等浪 沓资源的状况 。有关部 f 1 要加土执 法力度， 确保 资张税 的厦 时足訇 『 征收 此外 ． 意 见 还就 地质勘 查． 建立新 的舟矿和供矿槿 式 等百面作了 再件观定。 中国耐火粘土专委会 维普资讯