專利名稱：一種電鍍污泥的新型資源化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種電鍍污泥的新型資源化方法，本發(fā)明涉及電鍍污泥固體廢棄物的處理和利用方法，通過低溫礦化處理，將含重金屬污泥鐵氧磁體化，制備多孔負載型復(fù)合鐵氧磁體，可用于水中汞離子的去除，達到以廢治廢，實現(xiàn)零廢棄物的目的。本發(fā)明涉及化學(xué)與環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別屬于含重金屬的電鍍污泥的資源化利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，重金屬污泥的數(shù)量急劇增長。重金屬污泥主要來源于電鍍行業(yè)、金屬表面處理行業(yè)、印刷電路板行業(yè)等，這些行業(yè)產(chǎn)生大量的含銅、鎳、鉻、鋅、鐵等重
金屬的廢水。目前處理這類廢水主要是用石灰或氫氧化鈉中和沉淀，將廢水里的重金屬轉(zhuǎn)移到污泥中，成為含大量重金屬的污泥廢棄物。電鍍污泥具有毒性大、易積累、不穩(wěn)定、易流失等特點，如不加以妥善處理，任意堆放，將引起嚴重的二次污染，屬于危險固體廢棄物，目前，國內(nèi)外的電鍍污泥主要采取無害化填埋的處理方式。根據(jù)國家規(guī)定，重金屬污泥必須要經(jīng)過固化、熔融、電解等中間處理后方能掩埋，故對電鍍企業(yè)而言也是一種沉重的成本負擔(dān)。另一方面，電鍍污泥含有的重金屬具有一定的經(jīng)濟價值，是一種廉價的二次可再生資源，若能將電鍍污泥予以資源化利用，不僅可以減少重金屬污泥對環(huán)境的沖擊，更進一步可通過新的資源化技術(shù)提升重金屬污泥的再利用價值，實現(xiàn)重金屬污泥的兼顧環(huán)境與經(jīng)濟雙重效益的綜合利用途徑，對于環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展具有非常重要的意義。尖晶石結(jié)構(gòu)的鐵氧磁體是由三價鐵或其它三價金屬氧化物與二價金屬氧化物所組成，其中二價金屬(M2+)可由Fe2+、Mg2+、Ba2+、Ni2+、CU2+和Zn2+等金屬互相取代，具有良好的耐熱及化學(xué)穩(wěn)定性和較好的催化活性。因此，若能將電鍍污泥等組成復(fù)雜的重金屬污泥予以鐵氧磁體化，不僅可實現(xiàn)污泥的無害化，減少對環(huán)境的沖擊，同時可進一步通過鐵氧磁體資源化技術(shù)提升重金屬污泥的再利用價值，符合綠色經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟的理念和要求，將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會效益?，F(xiàn)有的相關(guān)報道很少，中國專利(CN 100431722C)涉及電鍍污泥水熱鐵氧體化處理方法，該方法采用在電鍍污泥中加入氯化鐵和蒸餾水，用氨水調(diào)節(jié)pH值至9，在200°C下反應(yīng)數(shù)小時，過濾，洗滌，烘干，得到復(fù)合鐵氧磁體。雖然通過該方法實現(xiàn)了電鍍污泥的資源化，但操作條件要用到高壓反應(yīng)釜，溫度達200°C，該反應(yīng)條件較為復(fù)雜，能耗高，處理后的鐵氧體中的二價金屬依然可以溶出，容易造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種電鍍污泥的新型資源化方法，通過加入活化處理后的農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，在溫和的水熱條件下實現(xiàn)電鍍污泥的資源化，得到多孔負載型鐵氧磁體新材料，本發(fā)明方法節(jié)能高效，能實現(xiàn)固體廢棄物的再生循環(huán)利用，得到的多孔負載型鐵氧磁體新材料穩(wěn)定性高，重金屬離子不易溶出，不產(chǎn)生二次污染，可用于高效去除水中的汞離子，因其具有良好的磁性，可方便地回收分離，重復(fù)使用，達到以廢治廢的目的。
本發(fā)明的機理二價金屬離子與二價鐵離子在堿性條件下生成鐵與二價金屬的氫氧化物，該氫氧化物在氧氣和一定溫度下氧化為鐵與二價金屬的氧化物，該物質(zhì)有一定的磁力，即鐵氧磁體。具體反應(yīng)如下xM2++ (3-x) Fe2++60r — MxFe3_x (OH) 6MxFe3-X (OH) 6+1/202 — MxFe3_x04+3H20本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明涉及一種電鍍污泥的新型資源化方法，具體包括如下步驟活化稻殼的制備農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，用質(zhì)量濃度2. 5%的氫氧化鈉浸泡，煮沸15min,濾出，水洗至中性,60°C烘干。

多孔負載型鐵氧磁體的制備(I)用機械切碎重金屬污泥的大塊固體，將團塊的污泥切成粒徑在5 15_的小顆粒；(2)按照含重金屬污泥與水質(zhì)量比為I : 4 8，向反應(yīng)釜中加入水，攪拌30min，形成均勻的泥漿；(3)向步驟2形成的泥漿中加入FeSO4 7H20，硫酸亞鐵的質(zhì)量取決于污泥中重金屬的質(zhì)量，使鐵和Cr(III)的總量其余二價重金屬的摩爾比為3 10 I。攪拌下加入活化稻殼至溶液質(zhì)量的10 20%，然后攪拌下加入與活化稻殼等質(zhì)量的尿素；(4)向步驟3形成的溶液中通入空氣，同時對反應(yīng)釜進行加熱，溫度控制在50 100°C。通入空氣的速度控制在每升溶液的曝氣量為3L HIirT1 ;攪拌速度為500rpm ;反應(yīng)時間為2 4h，得反應(yīng)混合物；(5)將步驟4所得混合物靜置I 3h后進行過濾，實現(xiàn)固液分離。分離后的固體60°C干燥2 3h后，得多孔負載型鐵氧磁體。制備的多孔負載型鐵氧磁體的應(yīng)用用于廢水中汞離子的去除。將含汞離子IOmg L-1的廢液，用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值到3 4，常溫下加入制備的多孔負載型鐵氧磁體，用量為I. 4g L'攪拌5min，離心后取上清液測量廢水中的汞離子的濃度，計算汞尚子的去除率。多孔負載型鐵氧磁體的再生吸附后的多孔負載型鐵氧磁體，通過磁場進行分離，用水淋洗對吸附的汞離子進行洗脫以再生多孔負載型鐵氧磁體。多孔負載型鐵氧磁體的浸出毒性測定根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50853-1996《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別》進行測定。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供的一種電鍍污泥的新型資源化方法，通過加入處理后的農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，在溫和的條件下實現(xiàn)電鍍污泥的資源化，得到多孔負載型鐵氧磁體新材料，節(jié)能高效，能實現(xiàn)固體廢棄物的再生循環(huán)利用。所得到的多孔負載型鐵氧磁體新材料穩(wěn)定性高，重金屬離子不易溶出，不產(chǎn)生二次污染，可應(yīng)用于去除水中的汞離子，在常溫下，可迅速去除水中的汞離子，去除效率高。另外，因其具有良好的磁性，可方便地回收分離，反復(fù)使用，有利于降低成本。本發(fā)明是一種高效、簡單、溫和的低能耗工藝路線，不易產(chǎn)生二次污染，所需設(shè)備簡單，操作方便，條件易于控制，生產(chǎn)成本低，這種電鍍污泥的新型資源化方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用都屬于首創(chuàng)性的工作。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作詳細說明。實施例I活化稻殼的制備農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，用質(zhì)量濃度2. 5%的氫氧化鈉浸泡，煮沸15min,濾出，水洗至中性,60°C烘干。多孔負載型鐵氧磁體的制備(I)用機械切碎重金屬污泥的大塊固體，將團塊的污泥切成小顆粒，測得平均粒徑 為 5mm ；(2)取無錫危險廢物處理中心電鍍污泥100g，污泥參數(shù)為含水率70. 0%，主要金屬元素組成為Cr 6. 62%, Fe 4. 35%, Ni 6. 54%, Cu 16. 88%, Zn 4. 56%，換算成摩爾數(shù)為Fe(II)O. 078mol,Cr (111)0. 127mol，其余兩價金屬0. 445mol。按照含重金屬污泥與水質(zhì)量比為I : 4，向反應(yīng)釜中加入水400g，攪拌30min，形成均勻的泥漿；(3)向步驟2形成的泥漿中加入I. 13mol FeSO4 *7H20，使鐵和Cr(III)總量其余二價重金屬的摩爾比為3 I。溶液攪拌下加入90. 5g活化稻殼至溶液質(zhì)量的10%，然后攪拌下加入90. 5g尿素；(4)向步驟3形成的溶液中通入空氣，同時對反應(yīng)釜進行加熱，溫度控制在60°C。通入空氣的速度控制在每升溶液的曝氣量為3L HiirT1 ;攪拌速度為500rpm，反應(yīng)時間為2h ；(5)將步驟4所得混合物靜置Ih后進行過濾，實現(xiàn)固液分離。分離后的固體60°C干燥2h后，得多孔負載型鐵氧磁體。制備的多孔負載型鐵氧磁體的應(yīng)用用于廢水中汞離子的去除。將含汞離子IOmg L-1的廢液，用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值到3，常溫下加入制備的多孔負載型鐵氧磁體，用量為I. 4g L—1，攪拌5min，離心后取上清液測量廢水中的汞離子的濃度，測得汞離子的去除率為95.3%。實施例2活化稻殼的制備農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，用質(zhì)量濃度2. 5%的氫氧化鈉浸泡，煮沸15min,濾出，水洗至中性,60°C烘干。多孔負載型鐵氧磁體的制備(I)用機械切碎重金屬污泥的大塊固體，將團塊的污泥切成小顆粒，測得平均粒徑為 5mm ；(2)取無錫危險廢物處理中心電鍍污泥100g，污泥參數(shù)為含水率70. 0%，主要金屬元素組成為Cr 6. 62%, Fe 4. 35%, Ni 6. 54%, Cu 16. 88%, Zn 4. 56%，換算成摩爾數(shù)為Fe(II)O. 078mol,Cr (111)0. 127mol，其余兩價金屬0. 445mol。按照含重金屬污泥與水質(zhì)量比為I : 5，向反應(yīng)釜中加入水500g，攪拌30min，形成均勻的泥漿；(3)向步驟2形成的泥漿中加入I. 575mol FeSO4 7H20，使鐵和Cr(III)總量其余二價重金屬的摩爾比為4 I。溶液攪拌下加入259. 5g活化稻殼至溶液質(zhì)量的20%，然后攪拌下加入259. 5g尿素；
(4)向步驟3形成的溶液中通入空氣，同時對反應(yīng)釜進行加熱，溫度控制在60°C。通入空氣的速度控制在每升溶液的曝氣量為3L HiirT1 ;攪拌速度為500rpm，反應(yīng)時間為2h ；(5)將步驟4所得混合物靜置Ih后進行過濾，實現(xiàn)固液分離。分離后的固體60°C干燥2h后，得多孔負載型鐵氧磁體。制備的多孔負載型鐵氧磁體的應(yīng)用用于廢水中汞離子的去除。將含汞離子IOmg L—1的廢液，用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值到3，常溫下加入制備的多孔負載型鐵氧磁體，用量為I. 4g噸―1，攪拌5min，離心后取上清液測量廢水中的汞離子的濃度，測得汞離子的去除率為95.8%。實施例3活化稻殼的制備農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，用質(zhì)量濃度2. 5%的氫氧化鈉浸泡，煮沸15min,濾出，水洗至中性,60°C烘干。多孔負載型鐵氧磁體的制備(I)用機械切碎重金屬污泥的大塊固體，將團塊的污泥切成小顆粒，測得平均粒徑為 9mm ；(2)取無錫危險廢物處理中心電鍍污泥100g，污泥參數(shù)為含水率70. 0%，主要金屬元素組成為Cr 6. 62%, Fe 4. 35%, Ni 6. 54%, Cu 16. 88%, Zn 4. 56%，換算成摩爾數(shù)為Fe(II)O. 078mol,Cr (111)0. 127mol，其余兩價金屬0. 445mol。按照含重金屬污泥與水質(zhì)量比為I : 6，向反應(yīng)釜中加入水600g，攪拌30min，形成均勻的泥漿；(3)向步驟2形成的泥漿中加入2. 02mol FeSO4 *7H20，使鐵和Cr(III)總量其余二價重金屬的摩爾比為5:1。溶液攪拌下加入140. 2g活化稻殼至溶液質(zhì)量的10%，然后攪拌下加入140. 2g尿素；(4)向步驟3形成的溶液中通入空氣，同時對反應(yīng)釜進行加熱，溫度控制在70°C。通入空氣的速度控制在每升溶液的曝氣量為3L HiirT1 ;攪拌速度為500rpm，反應(yīng)時間為3h ；(5)將步驟4所得混合物靜置2h后進行過濾，實現(xiàn)固液分離。分離后的固體60°C 干燥2h后，得多孔負載型鐵氧磁體。制備的多孔負載型鐵氧磁體的應(yīng)用用于廢水中汞離子的去除。將含汞離子IOmg L-1的廢液，用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值到3，常溫下加入制備的多孔負載型鐵氧磁體，用量為I. 4g L—1，攪拌5min，離心后取上清液測量廢水中的汞離子的濃度，測得汞離子的去除率為96.2%。實施例4活化稻殼的制備農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，用質(zhì)量濃度2. 5%的氫氧化鈉浸泡，煮沸15min,濾出，水洗至中性,60°C烘干。多孔負載型鐵氧磁體的制備(I)用機械切碎重金屬污泥的大塊固體，將團塊的污泥切成小顆粒，測得平均粒徑為 9mm ；(2)取無錫危險廢物處理中心電鍍污泥100g，污泥參數(shù)為含水率70. 0%，主要金屬元素組成為Cr 6. 62%, Fe 4. 35%, Ni 6. 54%, Cu 16. 88%, Zn 4. 56%，換算成摩爾數(shù)為Fe(II)O. 078mol,Cr(III)O. 127mol，其余兩價金屬0. 445mol。按照含重金屬污泥與水質(zhì)量比為I : 7，向反應(yīng)釜中加入水700g，攪拌30min，形成均勻的泥漿；(3)向步驟2形成的泥漿中加入2. 465mol FeSO4 7H20，使鐵和Cr(III)總量其余二價重金屬的摩爾比為6 I。溶液攪拌下加入371. 3g活化稻殼至溶液質(zhì)量的20%，然后攪拌下加入371. 3g尿素；(4)向步驟3形成的溶液中通入空氣，同時對反應(yīng)釜進行加熱，溫度控制在80°C。通入空氣的速度控制在每升溶液的曝氣量為3L HiirT1 ;攪拌速度為500rpm，反應(yīng)時間為3h ； (5)將步驟4所得混合物靜置2h后進行過濾，實現(xiàn)固液分離。分離后的固體60°C干燥3h后，得多孔負載型鐵氧磁體。制備的多孔負載型鐵氧磁體的應(yīng)用用于廢水中汞離子的去除。將含汞離子IOmg L-1的廢液，用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值到4，常溫下加入制備的多孔負載型鐵氧磁體，用量為I. 4g L—1，攪拌5min，離心后取上清液測量廢水中的汞離子的濃度，測得汞離子的去除率為96.8%。實施例5活化稻殼的制備農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，用質(zhì)量濃度2. 5%的氫氧化鈉浸泡，煮沸15min,濾出，水洗至中性,60°C烘干。多孔負載型鐵氧磁體的制備(I)用機械切碎重金屬污泥的大塊固體，將團塊的污泥切成小顆粒，測得平均粒徑為 15mm ；(2)取無錫危險廢物處理中心電鍍污泥100g，污泥參數(shù)為含水率70. 0%，主要金屬元素組成為Cr 6. 62%, Fe 4. 35%, Ni 6. 54%, Cu 16. 88%, Zn 4. 56%，換算成摩爾數(shù)為Fe(II)O. 078mol,Cr (111)0. 127mol，其余兩價金屬0. 445mol。按照含重金屬污泥與水質(zhì)量比為I : 8，向反應(yīng)釜中加入水800g，攪拌30min，形成均勻的泥漿；(3)向步驟2形成的泥漿中加入3. 355mol FeSO4 7H20，使鐵和Cr(III)總量其余二價重金屬的摩爾比為8 I。溶液攪拌下加入203. 6g活化稻殼至溶液質(zhì)量的10%，然后攪拌下加入203. 6g尿素；(4)向步驟3形成的溶液中通入空氣，同時對反應(yīng)釜進行加熱，溫度控制在90°C。通入空氣的速度控制在每升溶液的曝氣量為3L HiirT1 ;攪拌速度為500rpm，反應(yīng)時間為4h ；(5)將步驟4所得混合物靜置3h后進行過濾，實現(xiàn)固液分離。分離后的固體60°C干燥3h后，得多孔負載型鐵氧磁體。制備的多孔負載型鐵氧磁體的應(yīng)用用于廢水中汞離子的去除。將含汞離子IOmg L-1的廢液，用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值到4，常溫下加入制備的多孔負載型鐵氧磁體，用量為I. 4g L—1，攪拌5min，離心后取上清液測量廢水中的汞離子的濃度，測得汞離子的去除率為97.7%。實施例6活化稻殼的制備農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，用質(zhì)量濃度2. 5%的氫氧化鈉浸泡，煮沸15min,濾出，水洗至中性,60°C烘干。
多孔負載型鐵氧磁體的制備(I)用機械切碎重金屬污泥的大塊固體，將團塊的污泥切成小顆粒，測得平均粒徑為 15mm ；(2)取無錫危險廢物處理中心電鍍污泥100g，污泥參數(shù)為含水率70. 0%，主要金屬元素組成為Cr 6. 62%, Fe 4. 35%, Ni 6. 54%, Cu 16. 88%, Zn 4. 56%，換算成摩爾數(shù)為Fe(II)O. 078mol,Cr (111)0. 127mol，其余兩價金屬0. 445mol。按照含重金屬污泥與水質(zhì)量比為1、8，向反應(yīng)釜中加入水800g，攪拌30min，形成均勻的泥漿；(3)向步驟2形成的泥漿中加入4. 245mol FeSO4 7H20，使鐵和Cr(III)總量其余二價重金屬的摩爾比為10 I。溶液攪拌下加入520. Og活化稻殼至溶液質(zhì)量的20%，然后攪拌下加入520. Og尿素；(4)向步驟3形成的溶液中通入空氣，同時對反應(yīng)釜進行加熱，溫度控制在100°C。通入空氣的速度控制在每升溶液的曝氣量為3L HiirT1 ;攪拌速度為500rpm，反應(yīng)時間為 4h ；(5)將步驟4所得混合物靜置3h后進行過濾，實現(xiàn)固液分離。分離后的固體60°C干燥3h后，得多孔負載型鐵氧磁體。制備的多孔負載型鐵氧磁體的應(yīng)用用于廢水中汞離子的去除。將含汞離子IOmg L-1的廢液，用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值到4，常溫下加入制備的多孔負載型鐵氧磁體，用量為I. 4g L—1，攪拌5min，離心后取上清液測量廢水中的汞離子的濃度，測得汞離子的去除率為98.9%。實施例7多孔負載型鐵氧磁體的再生吸附后的多孔負載型鐵氧磁體，通過磁場進行分離，用水淋洗對吸附的汞離子進行洗脫以再生多孔負載型鐵氧磁體。洗脫汞離子后的多孔負載型鐵氧磁體重復(fù)使用15次，依然穩(wěn)定，汞離子的去除效率基本不變。實施例8多孔負載型鐵氧磁體的浸出毒性測定根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB50853-1996《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別》進行測定。結(jié)果表明金屬離子的浸出濃度均小于最聞允許濃度。
權(quán)利要求
1.一種電鍍污泥的新型資源化方法，其特征在于以電鍍污泥為原料，補充適量鐵源和加入活化處理后的農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，在溫和的水熱、通空氣和適宜的堿性條件下實現(xiàn)電鍍污泥的資源化，得到多孔負載型鐵氧磁體新材料；步驟為 活化稻殼的制備農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，用質(zhì)量濃度2. 5%的氫氧化鈉浸泡，煮沸15min，濾出，水洗至中性，60°C烘干； 多孔負載型鐵氧磁體的制備 (1)用機械切碎重金屬污泥的大塊固體，將團塊的污泥切成粒徑在5-15mm的小顆粒； (2)按照含重金屬污泥與水質(zhì)量比為I: 4 8，向反應(yīng)釜中加入水，攪拌30min，形成均勻的泥漿； (3)向步驟2形成的泥漿中加入FeSO4 7H20，硫酸亞鐵的質(zhì)量取決于污泥中重金屬的量，使鐵和Cr(III)的總量其余二價重金屬的摩爾比為3 10 I;攪拌下加入活化稻殼至溶液質(zhì)量的10 20%，然后攪拌下加入與活化稻殼等質(zhì)量的尿素； (4)向步驟3所得溶液中通入空氣，同時對反應(yīng)釜進行加熱，溫度控制在50 100°C;通入空氣的速度控制在每升溶液的曝氣量為;攪拌速度為500rpm ;反應(yīng)時間為2 4h,得反應(yīng)混合物； (5)將步驟4所得混合物靜置I 3h后進行過濾，實現(xiàn)固液分離；分離后的固體60°C干燥2 3h后，得多孔負載型鐵氧磁體。
2.用權(quán)利要求I方法制備的多孔負載型鐵氧磁體的應(yīng)用，其特征在于用于水中汞離子的去除，對于含汞離子IOmg -r1的水樣，在pH值3 4，常溫，用量為I. 4g -L^1時，5min內(nèi)，萊尚子的去除率大于95%。
全文摘要
一種電鍍污泥的新型資源化方法，屬于化學(xué)與環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以電鍍污泥為原料，補充適量鐵源和加入活化處理后的農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼，在溫和的水熱、通空氣和適宜的堿性條件下實現(xiàn)電鍍污泥的資源化，得到多孔負載型鐵氧磁體新材料。本發(fā)明方法節(jié)能高效，可實現(xiàn)固體廢棄物的再生循環(huán)利用，得到的多孔負載型鐵氧磁體新材料穩(wěn)定性高，重金屬離子不易溶出，不產(chǎn)生二次污染，可用于高效去除水中的汞離子，且因其有良好的磁性，可方便地回收分離，重復(fù)使用，達到以廢治廢的目的。本發(fā)明是一種高效、簡單、溫和的低能耗工藝路線，不易產(chǎn)生二次污染，所需設(shè)備簡單，操作方便，條件易于控制，生產(chǎn)成本低。
文檔編號C02F103/16GK102701549SQ20121018933
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者吳婷婷, 李博, 李磊, 鄒路易, 顧文秀 申請人:江南大學(xué)