[發明專利]一種方解石-菱鎘礦固溶體制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110864089.6
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113695353B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 潘樹芬;楊洪渠;朱義年;朱宗強;王星星;農培杰;孔琪琪;王亞茹;田炎;章俊
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: B09B3/70
• 分類號: B09B3/70
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種沉淀法合成方解石?菱鎘礦混晶固溶體的方法。通過利用無水碳酸鉀制備溶液作為基礎液，然后以不同摩爾比的硝酸鈣與硝酸鎘溶液，與對應摩爾比的碳酸鈣與碳酸鎘經濃硝酸溶解后的金屬硝酸溶液加入至碳酸鉀溶液中，得到結晶度高、穩定性好的方解石?菱鎘礦混晶固溶體。最后取適量方解石?菱鎘礦固溶體于25℃條件下，三種不同的溶液中進行溶解，掌握方解石吸附Cd²⁺后表面形成的方解石?菱鎘礦固溶體中鎘的遷移、轉化與富集規律。利用該方法合成的方解石?菱鎘礦系列固溶體具有成本低，易操控，易制得方解石?菱鎘礦固溶體，而非富含鎘和球霰石的混合物等優點。

技術領域

本發明屬于環保安全與技術領域，涉及方解石-菱鎘礦固溶體合成方法及應用。該方法利用隔離子與鈣離子的半徑十分相近，隔離子可以替代鈣離子進入方解石晶體，形成方解石-菱鎘礦的完全類質同象系列固溶體。

背景技術

鎘，一種稀有金屬元素，鎘主要應用于電鍍、鎳鎘電池、涂料等。鎘是人體非必需元素，在自然界中常以化合物狀態存在，一般含量很低，正常環境狀態下，不會影響人體健康，但當環境受到鎘污染后，鎘可在生物體內富集，通過食物鏈進入人體引起慢性中毒。上世紀60年代日本人“骨痛病”事件發生以來，其環境污染問題一直受到普遍關注。且20世紀80年代以來，北美、北歐和東亞等國相繼出現了因鉛鋅礦山的不合理開采造成的鎘生態環境污染問題，引起了世界各國科學工作者對鎘污染的重視。因此，目前對于鎘的長期穩定性研究對鎘的安全治理具有重要意義。

目前對含鎘廢水的處理主要有吸附法、化學沉淀法、離子交換法、膜分離法等，但是這些傳統的處理方法普遍存在二次污染、成本高、處理效果不理想等問題。其中吸附法應用較為廣泛，用文石、方解石等吸附Cd(II)時，一段時間以后會在吸附表面形成穩定的(Cd,Ca)CO₃，這對形成隔渣的穩定性很重要。但是傳統的吸附法更重視鎘的沉降率，而對于形成的鎘渣的穩定性的關注較少，這使得鎘渣在堆放過程中造成的二次污染概率變得更大。

方解石-菱鎘礦屬于碳酸鹽類礦物，其可以發生類質同象替換成不同類型的礦物，已有研究結果表明生成的礦物能夠穩定存在。并且由于與的半徑非常接近，Cd²⁺和Ca²⁺之間可以完全相互替代，形成理想的方解石-菱鎘礦固溶體系列，生成的鎘渣更為穩定，這可以成為固定鎘的一種新方法。本發明提供一種共沉淀法合成方解石-菱鎘礦，實現鎘在環境中的長期固定化、穩定化堆存。

發明內容

本發明的目的是提供一種共沉淀法合成方解石-菱鎘礦固溶體的方法。對制備的固溶體進行X射線衍射(XRD)，測試其在氮氣脫氣超純水(用氮氣對超純水脫氣至溶解氧低于1mg/L)、空氣飽和超純水和二氧化碳飽和超純水條件下對于Cd的浸出濃度，對溶解度和穩定性進行詳細的實驗分析，為解決常規固鎘方法中存在的二次污染問題提供一種制備方法簡單、固鎘穩定的材料。

1.一種方解石-菱鎘礦混合晶體固溶體合成方法，其具體步驟為：

(1)利用氮氣對超純水進行脫氣，然后配制0.02～0.05mol/L硝酸鈣溶液，0.02～0.05mol/L硝酸鎘溶液，0.1～0.3mol/L碳酸鉀溶液備用；

(2)在干凈的燒杯中準備按硝酸鈣/(硝酸鈣+硝酸鎘)摩爾比為0.0∶1.0、0.1∶1.0、0.2∶1.0、0.3∶1.0、0.4∶1.0、0.5∶1.0、0.6∶1.0、0.7∶1.0、0.8∶1.0、0.9∶1.0和1.0∶1.0的0.02～0.05mol/L硝酸鈣與硝酸鎘混合溶液50mL；

(3)金屬硝酸溶液的制備：稱取碳酸鈣/(碳酸鈣+碳酸鎘)摩爾比分別為0.0∶1.0、0.1∶1.0、0.2∶1.0、0.3：1.0、0.4：1.0、0.5∶1.0、0.6∶1.0、0.7∶1.0、0.8∶1.0、0.9∶1.0和1.0∶1.0的約0.008mol碳酸鈣(分析純)和碳酸鎘(分析純)于10mL燒杯中，然后用l～1.5mL濃硝酸將其全部溶解(本方法反應母液為硝酸鹽類，故選用濃硝酸溶解，防止其他陰離子影響反應產物)；