技術領域

本發明系一種含鈣鋁材料處理砷污染物的方法，涉及含鈣鋁材料有效利用和砷污染物處理工藝，屬于廢棄物資源化及砷污染物穩定化技術領域。

背景技術

砷污染對環境產生極大的危害，如其毒性物質從廢物中流失至環境中將對環境造成嚴重的污染。砷是一種金屬物質，能形成一系列的高毒性化合物，砷可以通過皮膚、呼吸道和消化道被人體吸收，會引起神經衰弱綜合癥，多發性神經病和皮膚粘膜病變，可引起肺癌和皮膚癌等。砷的排放使廢水的毒性增大，含砷廢物處置不當會引起嚴重砷污染，國內外都曾發現因水中砷污染而引發的中毒事件，例如近幾年在我國云南、廣西、河南和山東等地發生砷污染土壤事件和地表水事故，以及在日本宮崎縣呂久砷礦和島根縣谷銅礦山附近居民慢性中毒事件。為此各國紛紛制定了砷污染的排放標準。因此，急需找到一種處理砷污染的方法，將其嚴格控制在排放標準以下。

國內外對含砷廢物的處理處置途徑主要包括固化穩定化填埋、生產建材和回收砷等。近年來發展了一系列的穩定固化砷污染物技術，主要是通過添加穩定劑，包括鐵鹽，如硫酸亞鐵、硫化鐵濾床或硫酸鐵、氯化鐵、氫氧化鐵等以及液氯或漂白粉等。但是這些穩定劑的價格較高，所以尋找廉價穩定劑以獲取更大的經濟效益具有重要的現實意義。

固相含鈣鋁廢棄物，由于加工成本等原因，一般無法回熔，只好堆置，逐漸被氧化，從而污染水源、土壤、環境。如建筑腳料是急需處理的廢棄物，其含有大量的鈣和鋁，具有作為廉價穩定劑用于處理砷污染物的可能。但是含鈣鋁材料在應用上存在嚴格的要求，在進行了廣泛的研究后，本發明提出：含鈣鋁材料按照一定的配合比使用，可以做砷污染處理，且工藝方法簡單，設備要求低，易于工業化。

由此，本發明針對現階段含鈣鋁廢棄物資源化應用和砷污染物急需深度處理的問題，發明了一種穩定處理砷污染物的方法。該方法充分利用了含鈣鋁材料對砷污染物的有效處理及作用機制，具有科學安全性及重要的經濟、環境和社會效益。

發明內容

本發明的目的是提供一種用含鈣鋁材料處理砷污染物的方法。

本發明一種用含鈣鋁材料處理砷污染物的方法，其特征在于該方法具有以下工藝過程：

準備含鈣鋁材料和砷污染物，將含鈣鋁材料、砷污染物研磨成粉末。含鈣鋁材料和砷污染物以干重1:10~1:20比例稱取，將砷污染物分散到水溶液中，隨后將含鈣鋁材料加入到砷污染物分散液中，在室溫條件下攪拌12~24h，放置陳化后進行固液分離；即可得到固定砷或砷酸根離子的Ca-Al-LDHs，可穩定化處理砷污染物；

所述的含鈣鋁材料，包括含鈣鋁工業廢物、含鈣鋁建筑腳料白云石粉及高鋁水泥；其中鈣鋁比為1:5~3:5，鈣鋁總含量50%~80%；

所述的砷污染物主要為含砷礦渣；其中砷污染物主要以酸式鹽形式存在，含砷質量分數為5%~10%。

有關本發明的機理

可能機理主要有：

第一，含鈣鋁材料中的鈣對砷酸鹽的沉淀作用；

第二，含鈣鋁材料中鈣和鋁，在體系形成鈣鋁-LDH，對砷酸根（AsO₄）^3-的作用；

其中鈣鋁-LDH是一種層狀雙氫氧化物（Layered?double?hydroxides），是由Brucite?(Mg(OH)₂)結構衍生而來的。當?Brucite?結構中的+2價金屬離子部分被+3價金屬離子所替代時，層板帶正電，這時層間必須補償陰離子來中和其電性。在本體系中，砷酸根或者亞砷酸根及其不同的酸式根可作為補償陰離子插入到層間來中和其電性。

1842年Hochstetter首先從片巖礦層中發現了天然水滑石礦；二十世紀初人們由于發現了LDH對氫加成反應具有催化作用而開始對其結構進行研究；1969年Allmann等人通過測定LDH單晶結構，首次確認了LDH的層狀結構；二十世紀九十年代以后，隨著現代分析技術和測試手段的廣泛應用，人們對LDHs結構和性能的研究不斷深化。LDHs結構有主體層板的化學組成可調變性，層間客體陰離子的種類和數量可調變性，插層組裝體的粒徑尺寸和分布可調控性等幾個突出的特點。

Ca-Al-LDHs用來去除水體中的As(V)，一方面A?s?(V)?進入到水滑石的中間層，另一方面還有對砷酸鹽的表面吸附作用。而且負載在鈣鋁陰離子粘土上的As，能夠被CO₃^2-離子洗脫下來，增加了材料的重復利用性。