發(fā)布時(shí)間：2020-05-26 19:19

【摘要】：磷灰石型環(huán)境礦物材料在治理重金屬離子污染等領(lǐng)域顯示了良好的應(yīng)用前景,Cd2+作為生物毒性最強(qiáng)的重金屬離子之一,是磷灰石處理重金屬?gòu)U水時(shí)的重點(diǎn)與難點(diǎn),得到了廣泛的研究。本文以Cd2+吸附量作為衡量磷灰石型環(huán)境功能材料的主要指標(biāo),通過(guò)研究磷灰石的合成與加工方法對(duì)其成分、結(jié)構(gòu)與Cd2+吸附量的影響,探索高性能磷灰石型環(huán)境礦物材料的高效制備方法。 天然磷灰石樣品是用磷塊巖直接粉磨加工得到的含有脈石礦物的粉體,采集了3種工業(yè)類型與11種自然類型的磷塊巖礦石,對(duì)影響其粉磨特性的工藝礦物學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究。磷塊巖中的磷灰石主要以納米～亞微米級(jí)超細(xì)粒子集合體的形式(膠磷礦顆粒)產(chǎn)出,受嵌布粒度、嵌鑲關(guān)系以及硬度等工藝性質(zhì)的影響,磷塊巖在粉磨過(guò)程中出現(xiàn)了成分分異現(xiàn)象,白云石、石英、層狀鋁硅酸鹽礦物與褐鐵礦等脈石礦物在細(xì)粒級(jí)粉體中富集,并導(dǎo)致細(xì)粒級(jí)樣品的Cd2+吸附量下降。通過(guò)對(duì)成分、結(jié)構(gòu)、粒度等影響樣品Cd2+吸附性能的本征因素進(jìn)行分析,確定了天然磷灰石環(huán)境礦物材料的選型標(biāo)準(zhǔn)。篩選出來(lái)的塊狀硅質(zhì)磷塊巖所含磷灰石具有納米結(jié)構(gòu)、基本不含碳酸鹽礦物,Cd2+吸附量比各種工業(yè)類型樣品高35%以上。 通過(guò)對(duì)制備羥基磷灰石的3種液相沉淀法進(jìn)行比較研究,選擇共沉淀法制備羥基磷灰石型環(huán)境功能材料。通過(guò)模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,發(fā)現(xiàn)在共沉淀反應(yīng)過(guò)程中,首先形成的是CaHPO4·2H2O沉淀,然后通過(guò)CaHPO4·2H2O水解形成羥基磷灰石�？焖偬岣叻磻�(yīng)過(guò)程中的pH值有利于提高羥基磷灰石的成核速率與成核密度、降低臨界晶核的半徑,獲得結(jié)晶粒度細(xì)小的羥基磷灰石粉體。通過(guò)對(duì)加料速度、加料方式、Ca-P溶液初始濃度、以及陳化的溫度、時(shí)間與pH值等工藝條件進(jìn)行研究,制備出了比表面積較高、分散性較好的納米結(jié)構(gòu)羥基磷灰石粉體,其Cd2+吸附量提高了38%以上。 采用共沉淀法制備了Ca5-xSrx(PO4)3OH、Sr5-xBax(PO4)3OH以及(Ca10(PO4)6-x(SiO4)x(OH)2-x)等3種離子替換型羥基磷灰石。陽(yáng)離子替換型羥基磷灰石的晶胞參數(shù)與大離子含量呈近線性的正相關(guān)關(guān)系。Ca5-xSrx(PO4)3OH的結(jié)構(gòu)有利于吸附水溶液中的Cd2+,而Sr5-xBax(PO4)3OH不適于處理含Cd2+廢水。 通過(guò)對(duì)硅羥磷灰石的熱穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行研究,闡明了Si044-替換PO43-的機(jī)制。在共沉淀反應(yīng)過(guò)程中,硅以SiO44-、HSiO43-兩種形式進(jìn)入硅羥磷灰石的晶格,在煅燒過(guò)程中可發(fā)生縮聚反應(yīng)形成Si2O76-。摻硅有效抑制樣品了在煅燒過(guò)程中的晶體生長(zhǎng),降低了結(jié)晶粒度、提高了比表面積。在900℃煅燒2h后的樣品中,硅羥磷灰石的Cd2+吸附量比羥基磷灰石提高了75%以上。 磷灰石的Cd2+吸附量隨著溶液初始pH值的提高總體呈上升趨勢(shì),適用于弱酸性到堿性環(huán)境。磷灰石去除水溶液中Cd2+的過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型,羥基磷灰石與硅羥磷灰石的Cd2+吸附特性與Langmuir等溫吸附方程具有良好的相關(guān)性,反映了離子交換作用是磷灰石型環(huán)境礦物材料去除水溶性Cd2+的主要機(jī)制。
【圖文】：

在偏光顯微鏡下，膠磷礦顆粒主要呈不規(guī)則團(tuán)粒狀（凝膠狀、塊狀、內(nèi)碎屑、生物屑、鮞粒）（附圖3-1?3)、條帶狀以及纖維狀（附圖3-4?6)產(chǎn)出，在單偏光下呈淺褐色?深褐色，正交偏光下則基本全消光。在描述磷塊巖中CFA的工藝礦物學(xué)特征時(shí)，如果不加以說(shuō)明，，一般指的都是光學(xué)顯微鏡下可以直接觀察到的膠磷礦顆粒。根據(jù)膠磷礦顆粒的粒度大小，可以將其劃分為不同粒級(jí)（表3-3)，磷塊巖中的常見(jiàn)脈石礦物石英屬于陸源碎屑，也按同樣的粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行分類（表3-3) [264]。通過(guò)對(duì)挑選出來(lái)的磷塊巖樣品進(jìn)行SEM分析，可以觀察到膠磷礦顆粒實(shí)際上為納米（圖3-1)與亞微米級(jí)（圖3-2)超細(xì)CFA粒子集合體

-1-14-1 :..圖3-1包裹少量雜質(zhì)成分的納米結(jié)構(gòu)膠礙礦顆粒的SEM照片（a)與能譜分析結(jié)果（b)Fig.3-1 SEM micrograph (a) and EDS results (b) of nanostructured collophane enclosing smallamount of impuritiesT'Ik w “。=(』,�！�。，V ^ .... -SiShelF^?圖3-2包裹片狀枯土礦物的亞微米結(jié)構(gòu)膠墻礦顆粒的SEM照片（a)與能譜分析結(jié)果（b)Fig.3-2 SEM micrograph (a) and EDS results (b) of submicron-stmctured collophane enclosingflake-like clay mineralsa惪檠抑諧四擅

本文編號(hào)：2682294