[发明专利]一种钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔吸附材料、制备方法及应用

说明书

一种钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔吸附材料、制备方法及应用，属于固废吸附材料绿色制备技术领域。吸附材料为非晶结构，表面具有微、纳米孔结构。所述制备方法包括冶金废渣破碎及混合处理，氢氧化钾/钠激发溶胶溶液的制备，钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔材料的成型，颗粒化和去碱性过程。本发明通过控制原料活性及配比直接控制材料制备的反应进程的方式将粉煤灰、矿渣、钢渣三种冶金废渣作为反应原料，在低温及室温条件，制备复合冶金废渣多孔吸附材料，解决了钢渣、矿渣、粉煤灰三种固废的功能化利用问题和多孔吸附剂的低温制备问题，获得了一种低成本高吸附特性的多孔吸附材料，提高了吸附性能，实现了冶金固废的利用和废水的处理。

技术领域

本发明涉及一种钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔吸附材料及其制备方法，尤其涉及一种通过控制原料活性及配比直接控制材料制备的反应进程的方式将粉煤灰、矿渣、钢渣三种冶金废渣作为反应原料，在低温及室温条件，制备复合冶金废渣多孔吸附材料，属于固废吸附材料绿色制备技术领域。

背景技术

冶金过程会产生大量的固体废渣，如钢渣、矿渣、粉煤灰等，占用土地，污染环境，此类材料以硅、铝、氧等元素为主，若能加以利用，将对环保有重要意义。此外，冶金过程也会产生大量的废水，在对废水处理当中，吸附法成本低、高效、可循环，得到了广泛应用。目前，用作吸附剂材料的材料体系主要有活性炭、天然吸附剂和合成吸附剂等，但价格普遍较高，且工艺复杂。固废材料粉体具有吸附特性，因而为污水处理提供了途径。常规的固废粉体虽然具有吸附特性，但由于粒径过小，且吸附后不容易剔除等缺陷，在实际应用中有一定局限。

钢渣和矿渣是冶金工业中的典型固废，分别是炼钢和高炉炼铁过程中的伴生产物，主要成分由二氧化硅、氧化铝等富硅铝成分为主。粉煤灰是煤的燃烧过程中排出的微小灰粒。若三者能被利用，则可以变废为宝。常规的利用是将三者用于水泥的原料，通过与水泥的配合，获得具有一定力学性能的建筑结构材料。而三者具有吸附特性，如果能利用三者的吸附性能，获得高效吸附剂材料，则可实现废渣的高值利用及废水的处理，可使其功能化利用。借鉴水泥的制备思路，通过碱激发作用可将三者活化并结合，获得一种新型的可以在低温制备的绿色环保材料，可为新型多孔吸附材料的开发提供新思路。获得的复合废渣多孔材料成分可控，内部具有特殊的三维网络凝胶结构，且分布着微/纳米级别的孔隙。目前，前期的研究表明，将钢渣、矿渣、粉煤灰三者单一的引入不能获得短时间低温制备及孔隙的有效调控，而孔隙的分布直接影响着吸附材料的吸附性能，而将三者通过预混合及粒径控制，以及与激发溶液的成分配比调控可以使三者与碱激发剂有效反应，获得的吸附材料吸附效率也有效提高，此外，将三者同步引入吸附材料的报道也相对较少。利用预混合及成分控制可以实现钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔吸附材料的低温、短时间的制备及对废水中颜色和重金属离子污染物的有效去除。这既是对废渣的高效利用，也是对工业废水中污染物的低成本去除，制备的多孔吸附材料可回收性强，原料成本低，制备流程简单，工艺在室温及低温可以实现，适合大规模生产和应用。

发明内容

本发明针对钢渣、矿渣、粉煤灰废渣的高值利用及多孔吸附材料的反应制备问题，提供了一种通过控制原料活性及配比直接控制反应进程的方式，合成钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔吸附材料的新工艺。利用钢渣、矿渣、粉煤灰的吸附特性，通过合适的预混合及分散，实现钢渣、矿渣、粉煤灰废渣与碱激发溶液的短时间内同步反应，克服了以钢渣、矿渣、粉煤灰三者同时为原料的吸附材料的制备问题，供了一种钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔吸附材料的制备方法，解决了上述问题。本发明采用如下技术方案：

本发明利用控制原料活性及配比直接控制反应进程的方式的方法，获得了钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔吸附材料。该方法是以特定组成的钢渣/矿渣/粉煤灰微米级的粉体、硅溶胶为主的碱性激发溶液为原料，钢渣/矿渣/粉煤灰三者预先制粉并混合，氢氧化钾/钠激发溶胶溶液的制备，废渣碱激活浆料的配置，钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔材料的成型、颗粒化及碱性的去除步骤，获得钢渣/矿渣/粉煤灰复合废渣多孔吸附材料。所获得的吸附材料以非晶物相为主，表面分布微纳米级别的孔隙。