[发明专利]一种铜渣基磷酸盐胶凝材料的制备方法

说明书

本发明属于吸附材料领域，涉及重金属污染水体的固化/稳定化修复，具体涉及一种用于重金属吸附的铜渣基磷酸盐胶凝材料的制备方法，所述胶凝材料制备过程中加入氧化钙作为改性剂。本发明在制作铜渣基磷酸盐过程中，加入CaO作为改性剂，以促进铜渣与磷酸盐的结合，提高Fe离子的利用率，从而增强铜渣基磷酸盐胶凝材料吸附固化重金属的能力。

技术领域

本发明属于吸附材料领域，涉及重金属污染水体的固化/稳定化修复，具体涉及一种用于重金属吸附的铜渣基磷酸盐胶凝材料的制备方法。

背景技术

随着金属铜消耗量和铜冶炼能力的不断攀升，我国铜渣产量呈逐年上升趋势，几乎每7年就翻一翻，铜渣堆积导致的占地和污染问题日益严重，铜渣资源化无害化利用亟待展开。

铜渣即铜冶炼过程中产生的铜品位较低的废渣，例如“双闪”冶炼工艺后的尾渣，其主要成分是铁橄榄石和磁铁矿，其中铁含量高达58％。目前铜渣的处置方法主要是金属回收，生产增值产品以及在炉渣堆或库存中处置，而金属回收存在工艺复杂、回收不彻底、成本较高等问题。因此，寻找新的铜渣处置/应用方法是铜冶炼企业共同的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜渣基磷酸盐胶凝材料的制备方法，利用将废铜渣进行改性后制备成胶凝材料，可以用于吸附重金属，既实现了废铜渣的再利用，也为重金属污染提供了新的解决方案。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种铜渣基磷酸盐胶凝材料的制备方法，所述胶凝材料制备过程中加入氧化钙作为改性剂。

所述铜渣基磷酸盐胶凝材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将铜渣放入球磨机中球磨，过筛后得到预处理铜渣；

(2)将预处理铜渣、磷酸二氢铵、氧化钙、硼砂混合，加入去离子水搅拌均匀得到混合物，将所得混合物倒入模具中振捣成型，得粗胚；

(3)将所得粗胚置于相对湿度30～50％、温度20～30℃的环境中养护2～3天，脱模得试件；

(4)将所得试件置于相对湿度40～60％、温度20～30℃的环境中养护14～16天，得铜渣基磷酸盐胶凝材料。

作为优选方案，所述步骤(1)中，铜渣球磨前先至于烘箱中在100～110℃温度条件下进行烘干处理3～4小时；球磨转速400～600rpm，时间60～80min，球磨后过200目筛。

所述步骤(2)中，所述混合物按照质量份数包括：预处理铜渣400～500份、磷酸二氢铵80～120份、氧化钙10～80份、硼砂10～25份、去离子水60～100份。更优选地，所述氧化钙加入量为10～20份。

铜渣基磷酸盐胶凝材料的生成是基于铜渣中Fe离子与磷酸盐反应的结果，铜渣中Fe离子的游离程度决定了胶凝材料的性能优劣，而铜渣中的大部分铁离子均被硅氧网络结构固定，形成较稳定的铁橄榄石相，因此未改性的铜渣基磷酸盐胶凝材料性能较弱。本发明在制作铜渣基磷酸盐过程中，加入CaO作为改性剂，以促进铜渣与磷酸盐的结合，提高Fe离子的利用率，从而增强铜渣基磷酸盐胶凝材料吸附固化重金属的能力。

我国各地均面临不同程度的水体/土壤重金属污染，其中以Pb、Cd、Cu、Ni等重金属问题最为突出。铜渣基磷酸盐材料里的中大量的铁胶凝结构为其作为吸附剂提供了可能，对于Pb、Cr、Cd、Cu、Ni等重金属具有较强的螯合、沉降作用，然而铜渣中的Fe离子未被充分利用将极大影响材料的吸附效果。

实际上，基于磷酸镁水泥生产技术，目前国内外已有大量研究致力于铁基磷酸盐材料的合成。铜渣基磷酸盐胶凝材料的生成就是基于铜渣中Fe离子与磷酸盐反应的结果，铜渣中Fe离子的游离程度决定了胶凝材料的性能优劣，而铜渣中Fe离子主要以硅氧网络结构固定为主，形成较为稳定的铁橄榄石相，与磷酸盐直接反应将导致Fe离子未被充分利用，极大限制了胶凝材料的性能。