冶金废渣基高效净水剂的制备方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物与材料合成技术领域，特别是涉及一种冶金废渣基高效净水剂的制备方法。

背景技术

钢铁产业是中国实现工业化和现代化的关键基础产业，也是我国国民经济支柱产业，其中精炼钢渣是钢铁冶炼过程必备材料，同时也是冶金大宗固废的主要来源。目前，我国金属冶炼的废渣排放量约6亿吨，其综合利用率仅占60％，且主要应用于道路材料和水泥制备等方面，产品附加值较低，所制得材料生命末期对土壤、水体和空气等有潜在危害。开展冶金废渣高价值绿色利用，对于降低冶金熔渣生命全周期的环境影响，促进冶金等领域产业可持续发展具有重要意义。冶金废渣的特殊结构中铁氧化物含量约20％，是一种良好的芬顿反应催化剂，具备氧化净水的组成和结构要求，同时还是一种具有发展潜力的净水剂源材料，具有巨大的资源化利用前景。

目前，现有的对冶金废渣的处理方法中，有的通过将含砷废渣加水溶解，调节pH为2-4范围内加入活性炭和铁屑反应，经过微电解和芬顿反应联合作用后，再加入双氧水和硫酸，调节pH为7-9，2h后沉淀过滤，达到去除砷的目的。然而，该方法需要严格调控pH值，使用条件较为苛刻，且需要微电解反应器等合成设备，制备成本较高，操作过程中必须使用硫酸等危化品，对环境和人体存在一定的危害，应用方面也具有一定的局限性。还有的通过将钢渣与水渣按照重量比混匀加入到设有回流搅拌器和回流冷凝装置的反应器中，随后将浓度10％的硫酸溶液按固重比2～3：1加入反应器，在100～140℃回流2～3小时并过滤，将滤液降温至40℃，加入35％NaOH溶液调节滤液pH从而去除Al3

综上所述，现在的冶炼废渣处理方法处理工艺较为复杂，且必须添加一定的危化物来对废渣及其溶液进行处理，较易对环境和人体造成损害，制备成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种处理工艺较为简单、成本较低且能够减少对环境和人体危害的冶金废渣基高效净水剂的制备方法。

一种冶金废渣基高效净水剂的制备方法，所述方法包括：

对冶金钢渣进行预处理，并在预处理后的所述冶金钢渣中加入相应质量占比的氧化铁、氧化铝、氧化钙以及二氧化硅粉末，混合均匀，得到第一混合粉末；

将所述第一混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉中，在惰性气氛或氧化气氛下将所述第一混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到熔渣，并将所述熔渣置于铜板上急冷至室温后得到冶金废渣基熔锭；

将所述冶金废渣基熔锭进行球磨处理，得到冶金废渣基高效净水剂；

其中，所述第一混合粉末中的所述氧化铁、氧化铝、氧化钙以及二氧化硅粉末的质量占比分别为0.5～0.7、0.11～0.18、0.16～0.28以及0.022～0.04。

在其中一个实施例中，所述对冶金钢渣进行预处理，并在预处理后的所述冶金钢渣中加入相应质量占比的氧化铁、氧化铝、氧化钙以及二氧化硅粉末，混合均匀，得到第一混合粉末，包括：

通过固化法、分离法或微生物法对所述冶金钢渣进行预处理，以去除所述冶金钢渣中的重金属元素，得到预处理后的所述冶金钢渣。

在其中一个实施例中，所述对冶金钢渣进行预处理，并在预处理后的所述冶金钢渣中加入相应质量占比的氧化铁、氧化铝、氧化钙以及二氧化硅粉末，混合均匀，得到第一混合粉末，还包括：

将预处理后的所述冶金钢渣以及相应质量占比的所述氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉末加入至混合粉末滚筒球磨机，以40～120r/min的转速处理30～60分钟，得到所述第一混合粉末。

在其中一个实施例中，所述将所述第一混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉中，在惰性气氛或氧化气氛下将所述第一混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到熔渣，并将所述熔渣置于铜板上急冷至室温后得到冶金废渣基熔锭，包括：

将所述第一混合粉末填入所述铂金坩埚，并将填入所述第一混合粉末的铂金坩埚放入所述高频感应炉中，同时调节所述高频感应炉的电流频率为50～200Hz。

在其中一个实施例中，所述将所述第一混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉中，在惰性气氛或氧化气氛下将所述第一混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到熔渣，并将所述熔渣置于铜板上急冷至室温后得到冶金废渣基熔锭，还包括：

调节所述高频感应炉中的惰性气氛为高纯氩气环境，在所述高纯氩气环境以及电流频率为50～200Hz的高频感应炉中将所述第一混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到所述熔渣。

在其中一个实施例中，所述将所述第一混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉中，在惰性气氛或氧化气氛下将所述第一混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到熔渣，并将所述熔渣置于铜板上急冷至室温后得到冶金废渣基熔锭，还包括：

调节所述高频感应炉中的氧化气氛为氧气体积分21％～100％的氧化气氛，在所述氧气体积分21％～100％的氧化气氛以及电流频率为50～200Hz的高频感应炉中将所述第一混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到所述熔渣。

在其中一个实施例中，所述第一混合粉末完全熔化后液相占比不低于50％。

在其中一个实施例中，所述将所述冶金废渣基熔锭进行球磨处理，得到冶金废渣基高效净水剂，包括：

在所述高纯氩气环境的惰性气氛中对所述冶金废渣基熔锭进行放电球墨处理，得到所述冶金废渣基高效净水剂。

在其中一个实施例中，所述将所述冶金废渣基熔锭进行球磨处理，得到冶金废渣基高效净水剂，还包括：

在所述氧气体积分21％～100％的氧化气氛中对所述冶金废渣基熔锭进行机械球磨处理，得到所述冶金废渣基高效净水剂。

在其中一个实施例中，所述将所述冶金废渣基熔锭进行球磨处理，得到冶金废渣基高效净水剂，还包括：

按照所述冶金废渣基熔锭与双氧水的质量比为1:1～5的比例在所述冶金废渣基熔锭中加入质量分数为30％的双氧水，在空气气氛中对所述冶金废渣基熔锭进行机械球磨，得到所述冶金废渣基高效净水剂。

上述冶金废渣基高效净水剂的制备方法，通过对冶金钢渣进行预处理，并在预处理后的冶金钢渣中加入相应质量占比的氧化铁、氧化铝、氧化钙以及二氧化硅粉末，混合均匀，得到相应的混合粉末。随后，将该混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉中，在惰性气氛或氧化气氛下将该混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到熔渣，并将该熔渣置于铜板上急冷至室温后得到冶金废渣基熔锭。最后，将冶金废渣基熔锭进行球磨处理，得到冶金废渣基高效净水剂。该制备方法所采用的原料为冶金废渣及常规氧化物粉末，成本较低，更易于安全存储和运输且合成工艺较为简单，制备周期较短，制作过程不会产生对人体和环境产生危害物质，所制得的材料能够高效净化生活和工业用水，实现了冶金大宗固废高价值利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的冶金废渣基高效净水剂的制备方法流程示意图；

图2为本发明提供的具体实施例中实施例1的冶金废渣基高效净水剂的制备方法的整体流程示意图；

图3为本发明提供的具体实施例中实施例2的冶金废渣基高效净水剂的制备方法的整体流程示意图；

图4为本发明提供的具体实施例中实施例3的冶金废渣基高效净水剂的制备方法的整体流程示意图；

图5为本发明提供的具体实施例中实施例4的冶金废渣基高效净水剂的制备方法的整体流程示意图；

图6为本发明提供的具体实施例中实施例5的冶金废渣基高效净水剂的制备方法的整体流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本发明的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另有定义，本发明的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合图1-图6描述本发明的冶金废渣基高效净水剂的制备方法。

如图1所示，在一个实施例中，一种冶金废渣基高效净水剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤S110，对冶金钢渣进行预处理，并在预处理后的冶金钢渣中加入相应质量占比的氧化铁、氧化铝、氧化钙以及二氧化硅粉末，混合均匀，得到第一混合粉末。

其中，第一混合粉末中的氧化铁、氧化铝、氧化钙以及二氧化硅粉末的质量占比分别为0.5～0.7、0.11～0.18、0.16～0.28以及0.022～0.04。

具体的，通过固化法、分离法或微生物法对冶金钢渣进行预处理，以去除冶金钢渣中的重金属元素，得到预处理后的冶金钢渣。将预处理后的冶金钢渣以及相应质量占比分别为0.5～0.7、0.11～0.18、0.16～0.28以及0.022～0.04的氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉末加入混合粉末滚筒球磨机，以40～120r/min的转速处理30～60分钟，得到相应的混合粉末，即第一混合粉末。

步骤S120，将第一混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉中，在惰性气氛或氧化气氛下将第一混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到熔渣，并将熔渣置于铜板上急冷至室温后得到冶金废渣基熔锭。

具体的，将步骤S110中得到的第一混合粉末填入铂金坩埚，并将填入第一混合粉末的铂金坩埚放入高频感应炉中，同时调节高频感应炉的电流频率为50～200Hz。再调节高频感应炉中的惰性气氛为高纯氩气环境，在高纯氩气环境以及电流频率为50～200Hz的高频感应炉中将第一混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到熔渣，其中第一混合粉末完全熔化后液相占比不低于50％。

或者调节高频感应炉中的氧化气氛为氧气体积分21％～100％的氧化气氛，在氧气体积分21％～100％的氧化气氛以及电流频率为50～200Hz的高频感应炉中将第一混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到熔渣。

步骤S130，将冶金废渣基熔锭进行球磨处理，得到冶金废渣基高效净水剂。

具体的，在高纯氩气环境的惰性气氛中对冶金废渣基熔锭进行放电球墨处理，得到冶金废渣基高效净水剂。

或者在氧气体积分21％～100％的氧化气氛中对冶金废渣基熔锭进行机械球磨处理，得到冶金废渣基高效净水剂。

又或者按照冶金废渣基熔锭与双氧水的质量比为1:1～5的比例在冶金废渣基熔锭中加入质量分数为30％的双氧水，在空气气氛中对冶金废渣基熔锭进行机械球磨，得到冶金废渣基高效净水剂。

上述冶金废渣基高效净水剂的制备方法，通过对冶金钢渣进行预处理，并在预处理后的冶金钢渣中加入相应质量占比的氧化铁、氧化铝、氧化钙以及二氧化硅粉末，混合均匀，得到相应的混合粉末。随后，将该混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉中，在惰性气氛或氧化气氛下将该混合粉末完全熔化并保温10～30分钟，得到熔渣，并将该熔渣置于铜板上急冷至室温后得到冶金废渣基熔锭。最后，将冶金废渣基熔锭进行球磨处理，得到冶金废渣基高效净水剂。该制备方法所采用的原料为冶金废渣及常规氧化物粉末，成本较低，更易于安全存储和运输且合成工艺较为简单，制备周期较短，制作过程不会产生对人体和环境产生危害物质，所制得的材料能够高效净化生活和工业用水，实现了冶金大宗固废高价值利用。

另外，通过合理调控氧化物混合粉末组分，使其在高温熔融态自发形成超氧自由基等活性成分，并利用富氧环境维持和增进熔体中超氧自由基的有效含量。利用机械研磨均匀打开熔锭中的Al-O和Si-O化学键，使其在富氧环境中进一步转化为AlO自由基和超氧阴离子自由基(O

结合图2至图6所示，在具体的实施例中，本发明提供的冶金废渣基高效净水剂的制备方法，通过实施例1～5进行说明。

实施例1：

步骤1：将冶金钢渣预处理后外加氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉末，调控混合粉末中氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉质量比为0.5：0.11：0.16：0.022，将其混合均匀。

步骤2：将混合均匀的氧化物混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉，在氧化气氛下，加热至完全熔化并保温10min，得到的熔渣放在铜板上急冷至室温后制得冶金废渣基熔锭。

步骤3：将冶金废渣基熔锭球磨处理后制得冶金废渣基高效净水剂。

在本实施例中，混合粉末混匀方式为，将混合粉末放入滚筒球磨机，以40r/min速度处理30min，高频感应炉的电流频率为50Hz，惰性气氛为高纯氩气环境，氧化气氛中氧气体积分数为≥21％，氧化物混合粉末完全熔化为液相占比50％，冶金废渣基熔锭球磨处理方式为：在氩气环境中放电球磨。

实施例2：

步骤1：将冶金钢渣预处理后外加氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉末，调控混合粉末中氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉质量比为0.6：0.15：0.20：0.03，将其混合均匀。

步骤2：将混合均匀的氧化物混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉，在惰性或氧化气氛下，加热至完全熔化并保温20min，得到的熔渣放在铜板上急冷至室温后制得冶金废渣基熔锭。

步骤3：将冶金废渣基熔锭球磨处理后制得冶金废渣基高效净水剂。

在本实施例中，冶金钢渣预处理方式为分离法，去除渣中重金属元素，混合粉末混匀方式为，将混合粉末滚筒球磨机，以80r/min速度处理45min，高频感应炉的电流频率为100Hz，惰性气氛为高纯氩气环境，氧化气氛中氧气体积分数为70％，氧化物混合粉末完全熔化为液相占比≥65％，冶金废渣基熔锭球磨处理方式为：在氧气体积分数为75％的环境中机械球磨。

实施例3：

步骤1：将冶金钢渣预处理后外加氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉末，调控混合粉末中氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉质量比为0.7：0.18：0.28：0.04，将其混合均匀。

步骤2：将混合均匀的氧化物混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉，在惰性或氧化气氛下，加热至完全熔化并保温30min，得到的熔渣放在铜板上急冷至室温后制得冶金废渣基熔锭。

步骤3：将冶金废渣基熔锭球磨处理后制得冶金废渣基高效净水剂。

在本实施例中，冶金钢渣预处理方式为微生物法，去除渣中重金属元素，混合粉末混匀方式为，将混合粉末滚筒球磨机，以120r/min速度处理60min，高频感应炉的电流频率为200Hz，惰性气氛为高纯氩气环境，氧化气氛中氧气体积分数为100％，氧化物混合粉末完全熔化为液相占比≥90％，冶金废渣基熔锭球磨处理方式为：按熔锭：双氧水(H

实施例4：

步骤1：将冶金钢渣预处理后外加氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉末，调控混合粉末中氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉质量比为0.5：0.11：0.16：0.022，将其混合均匀。

步骤2：将混合均匀的氧化物混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉，在惰性或氧化气氛下，加热至完全熔化并保温10min，得到的熔渣放在铜板上急冷至室温后制得冶金废渣基熔锭。

步骤3：将冶金废渣基熔锭球磨处理后制得冶金废渣基高效净水剂。

在本实施例中，冶金钢渣预处理方式为固化法，去除渣中重金属元素，混合粉末混匀方式为，将混合粉末滚筒球磨机，以40r/min速度处理30min，高频感应炉的电流频率为50Hz，惰性气氛为高纯氩气环境，氧化气氛中氧气体积分数为21％，氧化物混合粉末完全熔化为液相占比≥50％，冶金废渣基熔锭球磨处理方式为：按熔锭：双氧水(H

实施例5：

步骤1：将冶金钢渣预处理后外加氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉末，调控混合粉末中氧化铁、氧化铝、氧化钙和二氧化硅粉质量比为0.6：0.15：0.2：0.04，将其混合均匀。

步骤2：将混合均匀的氧化物混合粉末填入铂金坩埚，放入高频感应炉，在惰性或氧化气氛下，加热至完全熔化并保温30min，得到的熔渣放在铜板上急冷至室温后制得冶金废渣基熔锭。

步骤3：将冶金废渣基熔锭球磨处理后制得冶金废渣基高效净水剂。

在本实施例中，冶金钢渣预处理方式为分离法，去除渣中重金属元素，混合粉末混匀方式为，将混合粉末滚筒球磨机，以60r/min速度处理30min，高频感应炉的电流频率为100Hz，惰性气氛为高纯氩气环境，氧化气氛中氧气体积分数为60％，氧化物混合粉末完全熔化为液相占比≥75％，冶金废渣基熔锭球磨处理方式为：按熔锭：双氧水(H

上述冶金废渣基高效净水剂的制备方法，采用原料为冶金废渣及常规氧化物粉末，成本低廉，易于安全存储和运输且合成工艺简单，制备周期短，制作过程不会产生对人体和环境产生危害物质，实现了冶金大宗固废高价值利用。通过合理调控氧化物混合粉末组分，使其在高温熔融态自发形成超氧自由基等活性成分，并利用富氧环境维持和增进熔体中超氧自由基的有效含量。利用机械研磨均匀打开熔锭中的Al-O和Si-O化学键，使其在富氧环境中进一步转化为AlO自由基和超氧阴离子自由基(O

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。