|
| |
| 非金属矿物材料在环保领域的应用及前景 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-02-08 09:14:39 浏览次数： |
|
| |
（中国粉体技术网）“非金属矿物材料”是指以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过物理、化学方法制备的功能性材料或制品，如机械工业和航空航天工业用的石墨密封材料和石墨润滑剂、石棉磨擦材料、高温和防辐射涂料等；微电子工业用的石墨导电涂料、显像管石墨乳、熔炼水晶等；以硅藻土、膨润土、海泡石、凹凸棒石、沸石等制备的吸附、助滤和环保材料；以高岭土（石）为原料制备的煅烧高岭土、铝尖晶石、莫来石、赛隆、分子筛和催化剂；以珍珠岩、硅藻土、石膏、石灰石、蛭石、石棉等制备隔热保温防火和节能材料及轻质高强建筑装饰材料；以碎云母为原料生产的超细云母填料、颜料以及云母纸和云母板等；以膨润土为原料制备的凝胶及有机膨润土等。
环境保护是人类21世纪面临的重大挑战之一。各种类型的、日益严重的环境污染所造成的全球性的生态破坏和环境恶化，对人类能否在这个地球上继续生存下去构成了严重的威胁。随着人类环保意识的增强和全球环保标准及要求的提高，环保产业将成为21世纪最重要的新兴产业之一。许多非金属矿物材料，如硅藻土、沸石、膨润土、凹凸棒石、海泡石等经过加工（提纯、表面处理和复合）具有选择性吸附有害及各种有机和无机污染物的功能，而且具有原料易得、本身不产生二次污染等优点。因此，环保产业是21世纪初非金属矿物材料发展的一个重要趋势。
目前，非金属矿应用于环保领域的有近50种。其中有天然非金属矿产品，也有非金属矿深加工产品和制品。部分具有独特物化性能的非金属矿物材料治理水体，大气及固体污染物的应用开发已完成，在治理应用方面也取得了一些突破。本文将从废水处理、废气处理及固体废弃物治理三个方面重点介绍非金属矿物材料在环境保护领域中的应用。
1 废水处理
工业废水、生活废水、农业排水等不经净化处理就乱排乱放，是造成水体污染的重要原因。以上各种废水含有超标的重金属、放射性物质、有机物、细菌和病原体，遭受这些物质污染的水体，对人类健康、工农业生产、鱼类水生生物等自然生态环境造成的严重危害是有目共睹的。
1.1 处理印染废水
我国是纺织印染工业大国，印染废水日排放量约400万立方米，主要污染为浆料、油料、染料、助剂等。印染废水具有量大、分布面广、水质变化快、有机物含量高、成分复杂等特点，是难处理的工业废水之一，目前国内常用治理方法均因成本高、处理效果不理想而难以具体实施。
咸阳非金属矿研究设计院通过对新疆某地天然膨润土经钠化处理和无机聚合物改性制成净水剂产品，对有机印染水污染物有较强的吸附能力，用选择——吸附法工艺处理后的印染废水的水质达到国家一级排放标准；还开发研制了蛋白土净水剂，可不预先调整污水的PH值，沉降速度更快，经凝聚而生成的污泥块具有不易散裂的优点。同时成本和效益比以往的硫酸铝、氯化铁、硫化铁等净水剂有极大的提高，应用更广泛。另外，凝聚后的污泥没有必要进行调整处理，可以以原样作为肥料使用，既治理了污染，又不再次污染环境。
叶玲用成本低的无机物插入蒙脱石矿物层间对其进行改性，并用较难脱色的红色染料模拟染料废水进行脱色试验，研究了改性蒙脱石制备方法、脱色性能和脱色机理，其样品制备采用在10g/L的蒙脱石料浆中缓慢加入各种无机改性剂，无机改性剂的选择以分子量大的无机聚合物性能为佳，控制改性剂量以蒙脱石量计为5mmol/g，通过反应、分离、洗涤、烘干、粉碎得到改性蒙脱石成品。以2g/L的加量对浓度为40×10－6的活性大红1h脱色率可达99.2%。
1.2处理造纸废水
我国约有造纸厂逾万家，而90%以上为5000~10000吨/年的中小型草浆造纸厂，全国造纸行业所排放的废水约17亿吨/年。这些废水黑液含碱、木质素等，浓度高，色度深，处理难度大。咸阳非金属矿研究设计院提纯改性的膨润土经复合加工而制成的复合物对造纸黑液进行的处理试验结果表明，该复合物具有理想的吸附能力和脱色效果[2]。
归风铁等采用盐酸处理和高温活化处理等方法，并以H+取代Na+，改变天然沸石的孔结构，可大幅度提高天然沸石对造纸废水中COD和色度的吸附能力。适宜的改性条件为：在60~70℃下用4kmol/m3HCl溶液回流处理5~6h，洗涤、干燥后，在400℃左右活化4h，用所得活化天然沸石对经酸析后的造纸黑液进行深度吸附，CODCr去除率可达22.5%、色度去除率可达69%以上，如结合混凝、酸析，则CODCr总去除率高于81%、色度总去除率可达98%以上，达到国家造纸行业废水2~3级排放标准。
1.3处理重金属废水
重金属指Pb、Hg、Cd、Cr和类金属As等毒性较大的金属，也包括具有一定毒性的一般金属如Zn、Cu、Co、Ni、Sn等，重金属不仅易被生物富集，而且不能被生物降解，对环境造成严重污染，直接危害人类健康。
沈学优等探讨了利用膨润土、高岭土、伊利石等三种黏土去除废水中的Ni、Cu、Zn、Cd的适宜条件，试验表明，膨润土用于电镀废水中重金属离子处理的效果好于其它两种黏土。赵晓明[8]等以天然钙基土为原料，用钠、铝盐改性制成的改性膨润土在PH=6时对于Cr3+的去除率可达95%，在高浓度应用时对铬的处理效果优于活性炭。孙家寿[9]等用铝—锆盐交联处理膨润土，制品以12g/L用量，在PH为2.5~3.5环境中，30min对Cr6+的吸附率可达100%。
1.4处理城市生活废水
生活废水的大量排放，势必对我们的生存环境产生严重的影响。传统的治理方法耗资大，同时氯化后的水质对人体的健康会造成一定程度的损害。
咸阳非金属矿研究设计院将天然多孔质硅藻土烧成品作为微生物载体进行了废水处理试验，将天然多孔质硅藻土烧成品作为过滤材料设于微生物处理装置中，使废水在该装置中进行循环，同时在微生物处理装置的出口装设紫外线杀菌装置，循环废水通过微生物处理装置时，废水中的氨、尿素和有机物等得到了分解处理。进而，通过微生物处理装置的废水中所含的杂菌，在紫外线杀菌装置中被杀灭，所以即使长期作业，该装置中的微生物因无杂菌而不妨害其生成，废水中的BOD和COD可以稳定地减少，透明度可逐步增大。由此可看出，非金属矿产品是城市生活废水处理的理想材料之一。
郑水林等用硅藻精土经表面改性缺点成各种硅藻精土污水处理剂，用于城市污水处理，COD、BOD、SS的去除率分别达91%，92.5%，99.9%。
2 废气处理
大气中的CO2、CO、Cl2、F2气体的增多，形成的温室效应已使全球气温升高。全球气候变暖将使沙漠化现象加剧，也将严重威胁森林、牧场、野生动物等其他生态系统。地球气候的变化将产生一个漂移不定的气象模式，越来越难以预报。干旱、风暴、洪水、台风等自然灾害将可能比任何时期更频繁、更严重。以燃煤和燃油为主的能源结构，直接导致大气中SO2浓度增大，使大气受到严重污染,造成酸雨增加，对农牧业生产、建筑物、人体健康等都有严重的危害。大量F2、Cl2气体的排放与泄漏，使臭氧层更为稀薄甚至出现空洞，紫外线长驱直入地表，对生物产生严重损害。全球排放到大气中的有害气体中，发达国家占84%以上，而经济实力不强的发展中国家和地区是首当其冲的受害者。这将进一步加剧国家内部不同地区及国与国之间的社会不平等，影响全球的和平与共同发展，因此，如何净化大气、减少空气污染成为了首要问题。
经浓H2SO4和浓HNO3酸化处理后的石墨，水洗后在300~500℃膨化，使体积增大100 ~ 300倍。用这种膨化石墨可以对煤及石油燃烧产生的SO2和NOx进行脱除，实验表明膨胀石墨对SOx和NOx有较好的吸附作用，可以用来净化含SOx和NOx的气体。该法与传统工艺相比具有简单、可靠、成本低的优势，可望膨胀石墨为大气净化发挥更大作用。
汽车尾气属于小规模移动性污染源，废气为氧过剩废气，去除这类氮氧化物的最理想方法是将其直接分解(2NO→N2O2)，然后送回大气层。在这种条件下，使用沸石看来是最有希望的方法。经过铜离子交换的ZSM—5沸石，其触媒活性可以满足这方面的要求。目前存在的问题有两点：一是如何除去铜离子交换后形成的硫氧化合物这种危害较大的共存物质，二是怎样解决水蒸汽引起的沸石稳定性与活性下降的问题。将来，这种离子交换改性沸石的稳定性和触媒特性，一定可以满足利用氧过剩废气中的碳化氢和还原氮氧技术的要求。
另外，丝光沸石、斜发沸石除具有良好的吸附性能，还有较强的耐酸、耐高温性能，可用其除去工业废气中的H2S、SO2等；利用比表面积大、吸附性强的膨润土、海泡石、坡缕石、高岭土等作为吸附过滤材料，可以处理臭气、毒气（如NO、SO2、H2等）之类的有害气体。
3 固体污染物的治理
固体污染物含有大量的有害物质，是造成土壤、水体和大气污染的主要次生污染源，主要为各种工业生产和城市居民日常生活排放的废弃物，包括各类炉渣、煤矸石、粉煤灰、赤泥、尾矿，以及生活垃圾等。这些废弃物的矿物组成绝大部分是非金属矿物，对于此类污染物的治理主要是使其二次资源化。例如煤矸石，其成分与粘土相似，可用以生产砖瓦、水泥、轻骨料、砌筑砂浆；含碳量很低的煤矸石可用于生产陶瓷、耐火材料等。近期的研究表明，用煤矸石、高岭石、膨润土等为主要原料，可人工合成沸石，代替传统洗涤剂中的三聚磷酸钠，可大大减少洗涤废水中残余磷对环境造成的污染，这将是洗涤产业发展的趋势。
开采温石棉排放的大量尾矿，矿物成分主要是蛇纹石，可用以提取轻质氧化镁、多孔二氧化硅以及制作镁质农肥等等。杨赞中等曾用其作主要原料进行烧制镁质陶瓷的实验研究：对尾矿作必要的提纯并煅烧除去其中的纤维物质，按尾矿57%、长石7%、石英20%、结合土6%比例制坯，1250～1260℃温度下烧成，实验成品质量可与滑石瓷媲美。
4 结束语
环境污染对人类的生存、发展已构成了严重的威胁，引起了全社会的共同关注，加强环境保护与治理已刻不容缓。应该充分认识到，非金属矿环保材料在治理环境污染、环境恢复领域具有十分独特的作用，并在治理污染的规模、成本、工艺、设备、操作、效果及二次污染等方面具有明显的优势。面对日益恶化的生态环境和生机勃勃的环保工业，对非金属矿环保材料的研究和开发而言，挑战与机遇并存。随着非金属矿深加工技术的发展，对非金属矿环境属性等方面研究的不断深入，非金属矿在环保领域的开发应用会越来越广泛，非金属矿环保材料也将成为非金属矿工业新的热点。但是，要形成非金属矿物环境材料产业，还存在许多问题需要有待解决。
【欢迎进入粉体论坛讨论】 |
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
