[发明专利]一种基于红土镍矿废渣的催化剂、制备方法及其在COD降解的应用

说明书

本发明提供了一种基于红土镍矿废渣的催化剂、制备方法及其在COD降解的应用。该催化剂由以下重量份原料制成：40～60份红土镍矿废渣、30～50份天然多孔黏土、6～20份Fe和/或Mn的前驱体盐、3～5份无机粘结剂、1～5份有机粘结剂、30～50份去离子水。红土镍矿废渣可占催化剂重量的40～60％，利用量大。本发明基于红土镍矿废渣的催化剂的制备过程，无三废产生、工艺简单、经济可行且绿色环保。而且，本发明制备的水体COD降解催化剂应用性能优异，加入少量催化剂，臭氧降解COD去除率40min可超90％，而同等条件下不加催化剂去除率仅为65％，效率提升超38％。

技术领域

本发明属于工业废渣资源化利用及水体治理领域，具体涉及一种基于红土镍矿废渣的催化剂、制备方法及其在COD降解的应用。

背景技术

红土镍矿是含镍的橄榄石，在热带或亚热带地区，经过大规模的长期风化淋滤变质而成，由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松黏土状矿石，由于铁的氧化，矿石呈红色，所以被称为红土镍矿。红土镍矿可作为镍铁合金之生产原料，而镍铁合金则可广泛运用于不锈钢，合金钢与有色金属等领域。中国主要从印度尼西亚、菲律宾等国进口红土镍矿，据统计中国2013年进口总量达7100万余吨，目前基于红土镍矿冶炼在福建沿海一带已形成年产量近千万吨的不锈钢加工企业集群。

镍矿冶炼常见的火法冶金工艺，如回转窑(RK)－矿热炉(EF)工艺，是世界范围内成熟的利用红土镍矿冶炼镍铁的火法冶金技术，其主要工艺流程如下：1)干燥脱水，红土镍矿经自然风干一段时间后，进入干燥窑，在热风作用下，红土矿含水率由35％降低至20％～25％；同时产生集尘灰，经静电除尘设备回收后，送入造球车间进行造球。2)回转炉初炼，红土矿、集尘球再配以石灰石、无烟煤等，被一同送入回转窑，此处经烘干、加热、还原、焙烧等工序，制成约800℃的镍渣。3)矿热炉冶炼，镍渣由热料罐送入矿热炉炉顶料仓，然后再根据工艺要求通过不同下料管分配到矿热炉内。矿热炉为密闭式结构，自焙电极，埋弧冶炼，还原并熔分镍铁水和炉渣，炉渣经水淬处理后运至堆放场堆放。4)合金成型，镍铁水经铸铁机，成型冷却后即为最终产品——粗制镍铁，其含镍量一般为10％～18％，可直接用于不锈钢生产。

采用火法工艺冶炼红土镍矿，年产上百万吨不锈钢则伴生上百万吨的镍矿废渣(即火法冶炼后的炉渣)，而企业目前一般采取大规模堆放于露天场所的措施，未有有效的方法对镍矿冶炼后的炉渣进行进一步处置或二次利用。大规模囤放不仅对周边水体土壤具有极大的污染隐患，也占用大量的土地资源，如何实现镍矿废渣高效利用且资源化利用显得尤为迫切且重要。

在已报道的红土镍矿废渣综合利用文献中，主流利用途径仍是作为建筑用材原料，用于制作砖、水泥、混凝土、陶粒、玻璃等。

东南大学在2013年11月27日CN103408277A中将镍渣直接利用制成免烧砖，采用镍渣51.1～67.4份、粉煤灰8.5～25份、石灰8.4～8.7份、水泥0.3～12.9份、水13.8～15.3份均匀拌和后利用模压成型工艺成型，通过蒸汽养护或自然养护制得镍渣砖。

如山东理工大学在2016年12月7日CN106187043B中报道了一种过滤型活性碳镍渣制备多孔集水海绵砖的方法，将10～20wt％配料水泥，45～65wt％镍渣开孔空心微珠，5～15wt％的硅酸钠，3～10wt％粉煤灰，0.5～3.0wt％聚乙烯醇高吸水树脂纤维和10～30wt％活性碳混合均匀，再以0.5～0.7的水灰比调浆，加入混合料总重量为0.2～1.0％的铝粉膏，形成多孔膨胀吸水浆液，将浆液搅拌均匀倒入海绵砖压制机的试模中，经刮平、压制、脱模、晾干，制成多孔集水海绵砖。

如盐城市国泰混凝土有限公司在2017年3月16日CN107804983A中公开了一种富硅镁质镍渣抗冻水泥及其制备方法，该发明采用70～90份普通硅酸盐水泥、10～30份含富硅镁质镍渣掺合料、1～5份二水石膏粉混合，利用石灰激发作用，利用镁质组分减少混凝土的有害孔数量，获得了抗冻性水泥。