[發(fā)明專利]一種水熱處理三價砷制備臭蔥石的方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010660580.2
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111620380B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李青竹;顏宇琛;王慶偉;閔小波;楊志輝;劉恢;王云燕
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;C02F1/00;C02F1/66;C02F101/20
• 代理公司: 長沙智路知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43244
• 代理人: 謝珍貴

本發(fā)明公開了一種水熱處理三價砷制備臭蔥石的方法及其應(yīng)用，該方法包括，利用硝酸和堿液調(diào)節(jié)含硝酸鐵和三價砷的混合水溶液的pH值為1.1?1.6，隨后置于密閉反應(yīng)釜中，在大于等于120℃條件下水熱反應(yīng)，即得臭蔥石晶體。本發(fā)明所提供的水熱處理三價砷制備臭蔥石的方法直接將三價砷氧化并固定為臭蔥石晶體，不需要預(yù)先氧化三價砷為五價砷，可以直接作用于廢水中三價砷的去除與直接穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種水熱處理三價砷制備臭蔥石的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著我國有色金屬冶煉行業(yè)的不斷發(fā)展，含三價砷的廢水由于具有酸度大、三價砷含量高、成分復(fù)雜等特點，嚴(yán)重威脅環(huán)境安全和居民健康，逐漸引起人們的廣泛關(guān)注，如今，隨著國內(nèi)外水體砷污染事件頻發(fā)，社會各界日益重視砷污染(尤其是三價砷污染)對人類和環(huán)境的重大危害。

廣泛存在于自然界中的礦物對自然水環(huán)境中的砷具有很好的固定作用，部分晶體結(jié)構(gòu)中砷的存在為水體系除砷提供了一個可行的思路，即通過控制反應(yīng)條件促進(jìn)含砷晶體形成，與傳統(tǒng)方法相比，其產(chǎn)物穩(wěn)定且容積小，具有更好的環(huán)境友好性。其中，以臭蔥石(FeAsO₄·2H₂O)的研究最多。

臭蔥石晶體中的砷含量非常高(32％)，具有能夠穩(wěn)定堆存和易固液分離的優(yōu)勢。臭蔥石的合成方法分為水熱法、常壓法和改進(jìn)常壓法，上述三種方法均需要利用五價砷作為砷源；然而，采選冶等行業(yè)排放的廢水中砷多以三價形態(tài)存在，臭蔥石用于含三價砷廢水處理時，需要先把三價砷預(yù)先氧化為五價。

綜上所述，開發(fā)一種短流程、一步法處理含三價砷廢水的方法是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種水熱處理三價砷制備臭蔥石的方法及其應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種水熱處理三價砷制備臭蔥石的方法，包括，利用硝酸和堿液調(diào)節(jié)含硝酸鐵和三價砷的混合水溶液的pH值為1.1-1.6，隨后置于密閉反應(yīng)釜中，在大于等于120℃條件下水熱反應(yīng)，即得臭蔥石晶體。

具體地，在上述技術(shù)方案中，水熱反應(yīng)中溫度和壓力影響物質(zhì)溶解度，對相同溶劑而言溫度決定壓力，所以大部分水熱反應(yīng)均只是通過調(diào)節(jié)溫度來調(diào)控晶體形成。

在上述技術(shù)方案中，所述混合水溶液中，F(xiàn)e/As的摩爾比為0.5-1.5，優(yōu)選為1.0。

具體地，在上述技術(shù)方案中，當(dāng)Fe/As過高時，鐵離子容易大量水解而形成無定型物質(zhì)；當(dāng)Fe/As過低時，過量的砷會附著于晶核表面而其抑制生長。只有當(dāng)Fe/As為0.5-1.5時，才能成臭蔥石晶體。

在上述技術(shù)方案中，所述混合水溶液中，三價砷的含量為4-12g/L，優(yōu)選為8g/L。

具體地，在上述技術(shù)方案中，水熱反應(yīng)的初始砷濃度需大于等于4g/L，因為水熱酸性體系要求更高的過飽和度，所以需要更高的濃度來成核；此外，當(dāng)濃度過高，則會導(dǎo)致合成產(chǎn)物結(jié)晶度下降。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述pH值調(diào)節(jié)為1.3-1.5。

具體地，在上述技術(shù)方案中，高溫高酸環(huán)境會增大臭蔥石的溶解度，導(dǎo)致其返溶，pH低于1.3時導(dǎo)致大部分砷不能以臭蔥石形式固定；隨著pH升高到1.5，三價鐵開始水解，水解產(chǎn)物吸附溶液中大量的三價砷，從而抑制三價砷轉(zhuǎn)化為五價砷，導(dǎo)致三價砷和三價鐵形成沉淀的優(yōu)勢突出，所以產(chǎn)物從臭蔥石轉(zhuǎn)化為圖水羥砷鐵礬。由此可得由三價砷制備臭蔥石的過程需要精確控制pH，綜合考慮反應(yīng)體系pH為1.3-1.5。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述水熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為120-150℃，優(yōu)選為120℃。