[发明专利]一种两步法制备煤矸石磁性吸附剂的方法

说明书

本发明公开了一种两步法制备煤矸石磁性吸附剂的方法，属于资源循环与环保领域，其特征在于：将干煤矸石破碎筛分至200‑325目，与可溶性三价铁盐按照质量比20:1至4:1混合，加水搅拌并烘干后，在空气气氛下400‑600℃煅烧活化2‑4小时。将冷却后的烧制产物与可溶性二价铁盐混合，二价铁盐与上步骤中三价铁盐的添加比例为摩尔比1:1；混合料烘干后，在密闭电阻炉中400‑550℃煅烧1‑2小时。所得烧制产物经过研磨、筛分，磁分离等步骤即获得磁性吸附剂。本发明分别利用三价和二价铁盐作为催化剂和磁化剂，经过两步煅烧制得具有强磁性的煤矸石吸附剂，避免了多种催化剂、磁化剂和添加剂反复添加使用带来的环境问题。制得的磁性吸附剂不但对染料、磷等污染物吸附效率高，而且具有良好的磁分离性能，再生效果好。

技术领域

本发明公开了一种两步法制备煤矸石磁性吸附剂的方法，属于资源循环与环保领域，具体是将煤矸石通过铁盐的催化、磁负载作用制备具有磁性吸附材料。

背景技术

煤矸石是在煤炭开采和洗选过程中产生的副产品，是我国大量排放的固体废弃物之一，累计堆积量已达40多亿吨。巨量的煤矸石不但占用了大量土地，而且也污染了环境。煤矸石的结构主体是硅铝氧化物，依据煤田地质条件和开采加工方法不同，还含有Ca、Fe、Mg等氧化物成分。吸附剂开发是煤矸石资源化的重要方向。但未经改性的煤矸石质地精密，比表面积小，吸附能力弱。目前，煤矸石改性的方法主要可包括物理改性和化学改性。常见物理改性中的煅烧可以使比表面积增大，比重减少，使得硅和铝内部键断裂。化学改性采用酸、碱、蒸汽等活化剂处理煅烧后的煤矸石使用酸处理将更容易使煤矸石中的部分可溶性离子溶出，从而使其内部和表面形成更多孔隙，比表面积增加；碱处理除了溶出部分金属氧化物外，还可与煤矸石中已经存在的硅铝酸盐发生反应，合成具有吸附能力的沸石；蒸汽处理的作用是使煤矸石闭塞的空穴打开，并在活性点发生反应形成新的空穴，从而增加吸附效果。典型煤矸石吸附剂制备技术已申请了多项专利。如太原科技大学，申请号：CN201310307254.3名称：一种可脱除废水中汞的煤矸石基复合吸附剂的制备方法。此发明用煤矸石物化方法制备吸附剂，虽然吸附效果很好，但这种方法工艺复杂，吸附种类有局限性。山东科技大学，申请号：CN201310077351.8名称：用于脱除燃煤烟气中单质汞的活性炭/沸石型体复合材料及其制备方法。虽然达到废弃物的应用，但合成周期长，工序复杂，吸附范围窄。

磁性吸附剂可利用磁分离技术实现吸附剂的高效分离，因此具有回收效率高、便于重复利用的优点。目前我国现有的磁性吸附剂多以纳米材料作为磁核，成本高，制备工艺复杂，化学药剂消耗量高，环境影响大的不足。

发明内容

本发明针对煤矸石基吸附剂及磁性吸附剂的不足，依据煤矸石物化性能，通过两步煅烧的方法分别实现铁盐对煤矸石的催化煅烧和磁负载，制备集强吸附性和强磁性于一体的磁性吸附剂。铁盐的催化作用使得煤矸石在较低温度下亦可实现活化反应，不但通过氧化反应消耗有机碳挥发分，而且使得无机分子解离在颗粒中形成多级化孔洞，不但增大了比表面积、而且使得矸石比重减少。在热活化条件下，Si和Al氧化物内部化学键断裂、重组，与Fe离心形成活性官能团。高的比表面积和高密度的活性化学集团使得煅烧制品具有较强的吸附性能。然而，在空气中煅烧时，三价铁盐只能形成弱磁性或顺磁性的铁化合物。要想使得吸附剂具有强铁磁性，需要引入二价铁离子，这样才能形成四氧化三铁等强磁性铁化合物。四氧化三铁中三价铁离子与二价铁离子的理论摩尔比为2:1，考虑到三价铁离子在第一次煅烧过程中有部分损失，而二价铁也将在第二次煅烧过程中部分被氧化。因此本发明中实际的二价铁添加量设定为与三价铁离子添加量摩尔比1:2。本发明既省去了原料的化学处理和混捏成型，又不用反复添加催化剂、活性剂、磁化剂等，不仅简化了工艺降低了制备成本，简化了煤矸石磁性吸附剂的制备工艺。

本发明一种两步法制备煤矸石磁性吸附剂的方法，包括矸石的预处理、三价铁盐对煤矸石的催化煅烧、二价铁盐的磁负载煅烧、样品后处理等单元过程，具体如下：

步骤1、将煤矸石破碎筛分获得200-325目(45-74μm)的原料煤矸石。