[发明专利]一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法

说明书

本发明公开了一种水热合成碱性砷酸‑硫酸铁固溶体的方法。称取不同质量的硫酸铁制备不同浓度的含Fe+SO₄前躯体溶液，并且加入砷酸溶液，在简单的水热条件下，利用砷酸根和硫酸根的异价类质同象取代合成结晶度高、稳定性好的碱性砷酸‑硫酸铁系列混晶固溶体。该方法制备的碱性砷酸‑硫酸铁固溶体相较于传统水热合成固砷方法，简单，易操控，制得的固溶体能实现砷在环境中长期稳定化堆存等优点，可实现含砷工业污水和酸性矿山废水中砷、硫等有毒有害元素的固定化和稳定化处理。

技术领域

本发明属于环保安全与技术领域，特别涉及一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体的方法。

背景技术

砷是一类对生物体有高度毒害作用的类重金属元素，其砷化合物对环境和人体健康造成严重影响，是国际公认的致癌、致畸、致突变作用因子。自然界中砷大多以硫化物的形式夹杂于金、铜、铅、锌、锡、镍、钴等有色金属矿物中，并随着矿床的采、选、冶炼环节分散到废气、废渣及废水中。这些含砷化合物长期露天堆存，经雨雪冲刷、淋溶释放出砷，渗入河流和土壤，进而对生态环境造成严重危害。另外，金属冶炼和有色金属加工等工业化水平提升，燃煤需求的增加，以及含砷颜料，原药和纸张的普遍使用，会生成大量的含砷废水，废渣和废气。因此，研究一种可行可靠且安全的方法处理含砷废水、废渣已迫在眉睫。

目前，化学沉淀法因处理砷污染技术成熟且经济成本较低而被广泛使用，其利用钙盐，作为沉淀剂与含砷污染物共沉淀形成难容的砷酸盐化合物，达到固化砷的目的。由于生成的难溶含砷沉淀作为最终的处置物，那么其在环境中的稳定性就显得十分重要。研究表明，砷酸钙盐化合物长期暴露与空气中的二氧化碳接触会转化成碳酸钙和砷酸，这一反应表明砷会因碳化而淋出，易对环境造成二次污染。目前，工业上最为常用的是石灰沉淀法，所得含砷废渣一般堆存于尾矿或堆场。因此，这一做法仍存在重大安全隐患，其原因是工业上对含砷废水的处理通常以沉砷率为目标，而对含砷废渣中砷化合物的稳定性关注较少，这使得砷渣的结晶度较低，砷往往以多种非晶态化合物形式存在，由于含砷沉淀物不稳定，在堆存过程中易溶出释放而造成二次污染。因此探究能稳定固砷的沉淀剂是解决砷二次污染的关键所在。

碱性砷酸-硫酸铁(Fe(AsO₄)_x(SO₄)_y(OH)_z∙wH₂O)与碱式硫酸铁(FeOHSO₄)之间的关系在于SO₄^2-与AsO₄^3-之间的类质同象替换，已有研究表明生成的碱性砷酸-硫酸铁矿物在不同的环境条件下都能稳定存在，说明其能够为固砷提供一种稳定的材料。本发明旨在提供一种在含Fe³⁺/AsO₄^3-/SO₄^2-的液相环境中，利用砷酸根和硫酸根之间的异价类质同象取代，采用水热合成碱性砷酸-硫酸铁系列混晶固溶体的方法，并实现砷在环境中长期固定化、稳定化堆存。

发明内容

本发明的目的是提供一种水热合成碱性砷酸-硫酸铁固溶体(Fe(AsO₄)_x(SO₄)_y(OH)_z∙wH₂O)的方法。对制备的固溶体进行物相结构和形貌特征进行表征，测试其在不同pH溶液条件下砷浸出浓度，为解决常规固砷方法中存在的砷二次污染问题提供一种制备方法简单、固砷稳定的材料。

本发明方法的思路：称取不同质量的硫酸铁制备不同浓度的含Fe+SO₄前躯体溶液，并且加入砷酸溶液，在简单的水热条件下，利用砷酸根和硫酸根的异价类质同象取代合成结晶度高、稳定性好的碱性砷酸-硫酸铁系列混晶固溶体。

具体步骤为：

(1) 配制1 mol/L砷酸溶液。