[發明專利]一種人工磁黃鐵礦材料的制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710422164.7
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107151032A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 李睿華;葛志斌;肖才林;沈建華;張永威;李甫昌;王衛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C01G49/12
• 分類號: C01G49/12;C01B17/06;C02F3/30
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于礦物資源加工、功能化材料制備和污水處理領域，更具體地說，涉及一種人工磁黃鐵礦材料的制備方法與應用。

背景技術

在天然礦物中，黃鐵礦是地殼中數量最多、分布最廣泛的硫化物礦物，主要化學成分是FeS₂，主要經由巖漿分結作用、熱液作用、生物沉積作用生成。其對地質環境和成礦條件有標識意義，同時也是金的主要載體礦物。黃鐵礦的工業應用主要是生產硫磺和硫酸，但由此也產生了大量酸性廢水，導致了嚴重的局部環境問題。

近年來，天然磁黃鐵礦和黃鐵礦作為新型環保材料被廣泛研究，主要集中在對廢水的脫氮除磷以及重金屬的處理。其中，由于點位缺陷，磁黃鐵礦比黃鐵礦具有更高的反應活性，但是，天然磁黃鐵礦和黃鐵礦的結晶度總體都相對較大，比表面積相對較小，總體反應活性不高，導致處理效率受限。而又有研究表明，天然黃鐵礦作為硫源進行污水自養反硝化效果并不一致，存在部分天然黃鐵礦效果不佳，對于這部分黃鐵礦，其在污水脫氮除磷領域應用難度更大，亟待新型制備方法使它們轉變為可利用的優質材料。

經檢索，中國專利申請號為201110148353.2，申請公開日為2011年6月3日的專利文獻公開了一種黃鐵礦納米礦物材料及其制備方法，其中黃鐵礦納米礦物材料的原料為黃鐵礦質量百分含量不小于50％的硫鐵礦或為黃鐵礦質量百分含量不小于90％的硫精礦粉；其制備方法是將硫鐵礦礦石破碎并過100目篩得粉料或直接選取粒徑小于0.165mm的硫精礦粉為粉料，向粉料中添加粘結劑，造粒成型得到粒徑1-3mm的粒料，在無氧條件下，將所得粒料500-1000℃焙燒0.5-30min，氣固分離，氣態冷凝回收硫磺，固體在隔絕氧氣條件下冷卻至室溫即得成品，制備出一種黃鐵礦納米礦物材料，但該材料需對黃鐵礦篩分至0.165mm以下，并用粘結劑加以粘結然后高溫處理。礦物的精細篩分以及粘結劑的投加均增加了成本，并使制作流程復雜，難于批量生產。中國專利申請號為201610111693.0，申請公開日為2014年9月5日的專利文獻公開了一種制備以磁黃鐵礦為主要物相的多孔結構材料的方法，其特征是以黃鐵礦和褐鐵礦為原料，按照質量比3:1～1:1的比例混合或者造粒，在無氧條件下經550～800℃焙燒，獲得物相主要由納米-亞微米晶體粒徑磁黃鐵礦構成的具有多孔結構特性的材料。但制備過程中不僅需將褐鐵礦礦石破碎、篩分獲得粒徑小于0.15mm的褐鐵礦粉，還需添加硫精礦粉、生物質粉末及粘結劑，以及經過成球、干燥過程，成本較高，難以批量生產。同時，該制備方法無硫磺可回收，經濟上的附加值較低。

發明內容

1.要解決的問題

針對現有技術中天然磁黃鐵礦和黃鐵礦對廢水的脫氮除磷以及重金屬的處理效果不好，而人工制備方法復雜，成本高，無法批量生產的問題，本發明提供一種人工磁黃鐵礦材料的制備方法與應用，該種方法以天然黃鐵礦為原料，制備出具有高比表面積、強磁性及高反應活性的大顆粒人工磁黃鐵礦，其可作為填料應用于污水同步脫氮除磷，且制備方法流程簡單，適用于批量生產。

2.技術方案

為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種人工磁黃鐵礦材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將天然黃鐵礦破碎、篩分獲得一定粒徑范圍的顆粒物；

(2)將步驟(1)中所得的顆粒物裝填在容器內，在保護氣氛下加熱，然后冷卻至室溫。

更進一步的，步驟(1)中所述的粒徑范圍包含于0.25mm～5mm。

更進一步的，步驟(2)中所述的容器為坩堝。

更進一步的，步驟(2)中采用的加熱設備為能提供無氧保護氣氛的高溫爐。

更進一步的，步驟(2)中采用的加熱設備為管式爐。

更進一步的，步驟(2)中的加熱方式為程序升溫到700-800℃的某一溫度進行保溫，保溫時長為1-6h。

更進一步的，程序升溫的升溫速率恒定且在2-20℃/min范圍，優選10℃/min。

更進一步的，對步驟(2)加熱過程中產生的氣體經進行冷凝可得到塊狀硫磺。

一種人工磁黃鐵礦材料，采用上述的方法制備方法得到，其中磁黃鐵礦材料的原材料是硫品位不低于30％的天然黃鐵礦。

更進一步的，上述的制備方法所得產物在污水脫氮除磷領域中的應用，主要作為反硝化的硫源。

3.有益效果

相比于現有技術，本發明的有益效果為：