一種羥基鐵結合超導磁分離用于水中磷資源化的方法技術

本發明專利技術公開了一種羥基鐵結合超導磁分離用于水中磷資源化的方法，其特征在于，將羥基鐵吸附劑以0.1?20g/l的投加量加入含磷待處理水中；充分攪拌10?30?min后，利用磁場強度大于3T的高梯度超導磁選機進行固液分離，利用清水或含堿洗脫液再生高梯度介質，洗脫后的含磷羥基鐵吸附材料經攪拌解吸及進一步固液分離，得到再生羥基鐵吸附劑和含磷堿性濃液，羥基鐵粉作為羥基鐵吸附劑再次利用，含磷堿性濃液加入氫氧化鈣、氧化鈣或鈣鹽制備磷酸鈣產品。本發明專利技術在磁場中高效捕集粉體羥基鐵吸附劑，其后對已吸附磷的羥基鐵吸附劑進行堿解吸，解吸的磷濃液投加鈣鹽生產磷酸鈣，最終實現水中磷的資源回收。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于磷提取
,涉及一種羥基鐵結合超導磁分離用于水中磷資源化的方法。
技術介紹
羥基鐵是自然形成且可方便合成的一類廉價鐵系礦物，常見的包括針鐵礦（Goethite，α-FeOOH），四方針鐵礦（Akaganeite，β-FeOOH），纖鐵礦（Lepidocrocite，γ-FeOOH），六方纖鐵礦（Feroxyhyte，δ-FeOOH）和水鐵礦（Ferrihydrite，Fe5HO8·4H2O）。其中，雙峰水鐵礦（2-LineFerrihydrite）常被稱為無定型氧化鐵（Amorphousironoxide）或羥基氧化鐵（Hydrousferricoxide）羥基鐵類礦物在自然界中廣泛存在，由于其活躍的表面性質、微納米結構和較大的比表面積，在污染物遷移轉化過程發揮重要作用。與此同時，大量研究表明羥基鐵對磷有較好的吸附能力。羥基鐵吸附材料與水分離是實現污染去除的關鍵環節，其中，吸附床填充和混凝是目前較成熟的分離工藝。吸附床工藝要求吸附劑具有一定的粒度，從而減少床體的壓力損失。自然形成及工業合成的羥基鐵一般粒徑較細，甚至為微納米結構。造粒和負載是兩種主要的吸附床用羥基鐵基吸附劑的制造路線，其中，粒狀羥基鐵(Granularferrichydroxide,GFH)在給水與廢水處理領域已取得相當的商業成功，得到廣泛工業應用；顆粒活性炭、陶粒等負載羥基鐵也有大量的研究和性能測試報道。然而，造粒及負載工藝一定程度損失了羥基鐵微納米結構的優良吸附性能，大幅推高了吸附劑的制造成本，同時，吸附床裝填之后，功能材料的理論吸附容量相比充分混合的吸附過程大幅下降。混凝工藝對吸附劑本身無特別要求，應用廣泛。由于吸附劑在與水分離過程中，裹挾了大量的懸浮顆粒物及絮凝劑水解產物，吸附劑無法再生回用且污泥易造成二次污染。因此，傳統的羥基鐵應用工藝存在一定缺陷，制約了羥基鐵的使用效率，同時推高了水處理成本。磁分離是一種基于磁性礦物在磁場中受力原理，實現磁性礦物精準分離的技術。在磁場中受磁力是礦物的固有屬性，其在磁場中的受力Fmag由式（1）決定：（1）式中，為真空磁導率，為礦物顆粒的體積，為磁場梯度，M為礦物的磁化強度，其為與磁場強度相關的物理量，可通過振動磁強計測定，單位為emu/g。根據礦物在磁場中的易磁化程度，一般可將礦物分為強磁性，弱磁性和非磁性礦物。強磁性礦物與弱磁性礦物的磁滯回線有顯著區別，強磁性礦物在低磁場即產生較大磁矩，進而受明顯磁力，且其在較低磁場中即可達到磁飽和；自然界的強磁性礦物極少，常見的只有Fe3O4、γ-Fe2O3、某些鐵酸鹽、鐵、鈷、鎳單質等。由于強磁性礦物一般具有一定的表面惰性，缺少界面活性基團，其直接用于污染吸附處理具有一定的局限性。同時，上述強磁性礦物在使用過程中易被氧化而喪失強磁特性。目前已有大量文獻和專利關注強磁性礦物表面功能化改性，進而結合磁分離技術用于污染治理的研究。這一類的工作通常首先制備磁鐵礦、鐵酸鹽等強磁性磁核，其后在磁核表面通過表面沉積、官能團嫁接等方式覆蓋活性層，進而利用永磁、電磁或超導磁場進行分離。例如，申請號為201510891129.0的專利，其通過制備鐵酸鹽強磁性磁核，其后包覆鐵基凝膠，制備強磁性吸附材料，利用超導磁場實現固液分離，進而處理水中砷、銻污染。該專利中，利用超導磁選機的主要優勢是相比傳統磁分離技術可大幅提高水處理產能，提高設備集約化率。缺點是，磁核和活性層工藝復雜，材料制備成本大幅提高，進而推高了水處理成本，同時，經反復吸附解吸過程后，磁核與活性層可發生破裂或脫落，進而導致在磁分離過程中活性材料大幅損失。類似專利的核心思想還是利用強磁核包覆活性組分進行污染物吸附，其后利用超導磁場進行分離。
技術實現思路
鑒于現有技術存在的不足，專利技術人通過大量的實驗探索，出人意料地發現了一種基于>3T超導強磁場而直接利用弱磁天然礦物（也可人工低成本合成礦物）作為吸附劑的水處理工藝。羥基鐵礦物自身具有強界面活性，本身就是優良的環境吸附材料。；同時，羥基鐵礦物為弱磁礦物，其在磁場中受力隨磁場強度增大而提高，較難達到磁飽和。然而，由于環境功能材料的活性一般與粒徑成反比，由式（1）可得，小粒徑礦物顆粒受磁力大幅下降，傳統磁選機提供的<1.5T磁感應強度，理論上較難高效捕集粉體羥基鐵吸附劑。因此專利技術人提出微米級顆粒和超導磁場相結合，當超導磁體提供的大于3T背景磁場，即可大幅提高微米級顆粒羥基鐵與水的分離效率，通過控制羥基鐵的下限粒徑，即可實現粉體羥基鐵在工業水處理領域的直接應用。綜上所述，本專利技術目的在于提出一種新的方法，提出利用超導磁體產生的>3T強磁場，結合高梯度介質，直接分離水中的粉體羥基鐵，避免了羥基鐵造粒、掛膜等導致的吸附容量大幅下降和材料制造成本大幅提高的技術問題；同時避免了強磁性磁核制備及改性導致的吸附材料制造成本大幅提升，進而提供一種羥基鐵結合超導磁分離用于水中磷資源化的方法，最終實現水中磷的資源回收。本專利技術采用的技術方案：一種羥基鐵結合超導磁分離用于水中磷資源化的方法，將羥基鐵吸附劑以0.1-20g/l的投加量加入含磷待處理水中；充分攪拌10-30min后，利用磁場強度大于3T的高梯度超導磁選機進行固液分離，利用清水或含堿洗脫液再生高梯度介質，洗脫后的含磷羥基鐵吸附材料經攪拌解吸及進一步固液分離，得到再生羥基鐵吸附劑和含磷堿性濃液，羥基鐵粉作為羥基鐵吸附劑再次利用，含磷堿性濃液加入氫氧化鈣、氧化鈣或鈣鹽制備磷酸鈣產品。進一步，所述羥基鐵吸附劑為天然礦物或人工合成礦物，包括針鐵礦、四方針鐵礦、纖鐵礦、六方纖鐵礦和水鐵礦。進一步，羥基鐵吸附劑中的羥基鐵粒徑范圍為5微米到1000微米；進一步，含磷羥基鐵吸附劑的解吸采用0.1-2mol/l濃度的堿溶液。進一步，洗脫后的含磷羥基鐵高梯度介質經攪拌解吸后的固液分離方法采用壓濾或超導磁分離。進一步，超導磁選機中磁感應強度>5T，超導磁選機中的高梯度介質包括剛毛餅、菱形介質網、齒板和鋼棍，在磁場中捕集粉體羥基鐵吸附劑進行固液分離。進一步，移出磁場的含磷羥基鐵吸附劑以100-300g/l的濃度沖入堿再生池。總之，本專利技術利用超導磁體產生的>3T磁感應強度，結合剛毛、菱形介質網、齒板、鋼棍等高梯度材料，在磁場中高效捕集粉體羥基鐵吸附劑，其后對已吸附磷的羥基鐵吸附劑進行堿解吸，解吸的磷濃液利用氧化鈣沉淀生產磷酸鈣，最終實現水中磷的資源回收。附圖說明圖1是人工合成的水鐵礦的磁滯回線圖。圖2是實施例1的工藝流程圖。具體實施方式下面結以具體實施例對本專利技術做進一步的說明。實施例1：實施例是一個實例圖1所示；其合成方法為在70rpm攪拌條件下將堿加入鐵鹽中，調節pH至6.0，靜止1h，其后離心棄去上清液，60℃烘干得到粒徑為10-100μm的水鐵礦粉末。根據圖2所示工藝流程，將上述粉末水鐵礦吸附劑定量投加于含磷待處理水中。攪拌10-30分鐘，其后泵入超導磁選機中進行分離，分選腔填充剛毛介質，待分選腔吸附飽和后，將其移出磁場，利用含堿洗脫液將羥基鐵沖出分選腔，經攪拌解吸及進一步固液分離后，羥基鐵粉再次利用，含磷堿性濃液加入氧化鈣制備磷酸鈣產品。羥基鐵吸附劑為天然礦物或人工合成礦物，包括針鐵礦（Goe本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種羥基鐵結合超導磁分離用于水中磷資源化的方法，其特征在于，將羥基鐵吸附劑以0.1?20g/l的投加量加入含磷待處理水中；充分攪拌10?30?min后，利用磁場強度大于3T的高梯度超導磁選機進行固液分離，利用清水或含堿洗脫液再生高梯度介質，洗脫后的含磷羥基鐵吸附材料經攪拌解吸及進一步固液分離，得到再生羥基鐵吸附劑和含磷堿性濃液，羥基鐵粉作為羥基鐵吸附劑再次利用，含磷堿性濃液加入氫氧化鈣、氧化鈣或鈣鹽制備磷酸鈣產品。

【技術特征摘要】
1.一種羥基鐵結合超導磁分離用于水中磷資源化的方法，其特征在于，將羥基鐵吸附劑以0.1-20g/l的投加量加入含磷待處理水中；充分攪拌10-30min后，利用磁場強度大于3T的高梯度超導磁選機進行固液分離，利用清水或含堿洗脫液再生高梯度介質，洗脫后的含磷羥基鐵吸附材料經攪拌解吸及進一步固液分離，得到再生羥基鐵吸附劑和含磷堿性濃液，羥基鐵粉作為羥基鐵吸附劑再次利用，含磷堿性濃液加入氫氧化鈣、氧化鈣或鈣鹽制備磷酸鈣產品。2.根據權利要求1所述的一種羥基鐵結合超導磁分離用于水中磷資源化的方法，其特征在于，所述羥基鐵吸附劑為天然礦物或人工合成礦物，包括針鐵礦、四方針鐵礦、纖鐵礦、六方纖鐵礦和水鐵礦。3.根據權利要求1或2所述的一種羥基鐵結合超導磁分離用于水中磷資源化的方法，其特征在于，羥基鐵吸附劑中的羥基鐵粒...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫占學，李亦然，王學剛，周賓賓，陳程，
申請(專利權)人：東華理工大學，
類型：發明
國別省市：江西;36