[发明专利]一种人工磁黄铁矿材料的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于矿物资源加工、功能化材料制备和污水处理领域，更具体地说，涉及一种人工磁黄铁矿材料的制备方法与应用。

背景技术

在天然矿物中，黄铁矿是地壳中数量最多、分布最广泛的硫化物矿物，主要化学成分是FeS₂，主要经由岩浆分结作用、热液作用、生物沉积作用生成。其对地质环境和成矿条件有标识意义，同时也是金的主要载体矿物。黄铁矿的工业应用主要是生产硫磺和硫酸，但由此也产生了大量酸性废水，导致了严重的局部环境问题。

近年来，天然磁黄铁矿和黄铁矿作为新型环保材料被广泛研究，主要集中在对废水的脱氮除磷以及重金属的处理。其中，由于点位缺陷，磁黄铁矿比黄铁矿具有更高的反应活性，但是，天然磁黄铁矿和黄铁矿的结晶度总体都相对较大，比表面积相对较小，总体反应活性不高，导致处理效率受限。而又有研究表明，天然黄铁矿作为硫源进行污水自养反硝化效果并不一致，存在部分天然黄铁矿效果不佳，对于这部分黄铁矿，其在污水脱氮除磷领域应用难度更大，亟待新型制备方法使它们转变为可利用的优质材料。

经检索，中国专利申请号为201110148353.2，申请公开日为2011年6月3日的专利文献公开了一种黄铁矿纳米矿物材料及其制备方法，其中黄铁矿纳米矿物材料的原料为黄铁矿质量百分含量不小于50％的硫铁矿或为黄铁矿质量百分含量不小于90％的硫精矿粉；其制备方法是将硫铁矿矿石破碎并过100目筛得粉料或直接选取粒径小于0.165mm的硫精矿粉为粉料，向粉料中添加粘结剂，造粒成型得到粒径1-3mm的粒料，在无氧条件下，将所得粒料500-1000℃焙烧0.5-30min，气固分离，气态冷凝回收硫磺，固体在隔绝氧气条件下冷却至室温即得成品，制备出一种黄铁矿纳米矿物材料，但该材料需对黄铁矿筛分至0.165mm以下，并用粘结剂加以粘结然后高温处理。矿物的精细筛分以及粘结剂的投加均增加了成本，并使制作流程复杂，难于批量生产。中国专利申请号为201610111693.0，申请公开日为2014年9月5日的专利文献公开了一种制备以磁黄铁矿为主要物相的多孔结构材料的方法，其特征是以黄铁矿和褐铁矿为原料，按照质量比3:1～1:1的比例混合或者造粒，在无氧条件下经550～800℃焙烧，获得物相主要由纳米-亚微米晶体粒径磁黄铁矿构成的具有多孔结构特性的材料。但制备过程中不仅需将褐铁矿矿石破碎、筛分获得粒径小于0.15mm的褐铁矿粉，还需添加硫精矿粉、生物质粉末及粘结剂，以及经过成球、干燥过程，成本较高，难以批量生产。同时，该制备方法无硫磺可回收，经济上的附加值较低。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中天然磁黄铁矿和黄铁矿对废水的脱氮除磷以及重金属的处理效果不好，而人工制备方法复杂，成本高，无法批量生产的问题，本发明提供一种人工磁黄铁矿材料的制备方法与应用，该种方法以天然黄铁矿为原料，制备出具有高比表面积、强磁性及高反应活性的大颗粒人工磁黄铁矿，其可作为填料应用于污水同步脱氮除磷，且制备方法流程简单，适用于批量生产。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种人工磁黄铁矿材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将天然黄铁矿破碎、筛分获得一定粒径范围的颗粒物；

(2)将步骤(1)中所得的颗粒物装填在容器内，在保护气氛下加热，然后冷却至室温。

更进一步的，步骤(1)中所述的粒径范围包含于0.25mm～5mm。

更进一步的，步骤(2)中所述的容器为坩埚。

更进一步的，步骤(2)中采用的加热设备为能提供无氧保护气氛的高温炉。

更进一步的，步骤(2)中采用的加热设备为管式炉。

更进一步的，步骤(2)中的加热方式为程序升温到700-800℃的某一温度进行保温，保温时长为1-6h。

更进一步的，程序升温的升温速率恒定且在2-20℃/min范围，优选10℃/min。

更进一步的，对步骤(2)加热过程中产生的气体经进行冷凝可得到块状硫磺。

一种人工磁黄铁矿材料，采用上述的方法制备方法得到，其中磁黄铁矿材料的原材料是硫品位不低于30％的天然黄铁矿。

更进一步的，上述的制备方法所得产物在污水脱氮除磷领域中的应用，主要作为反硝化的硫源。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：