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尾矿是矿山采矿后产生的固体废弃物。大量的尾矿堆积侵占了我国宝贵的土地资源,消耗了大量的管理经济资源,其中所含的有害物质对周围的土壤,水体,空气造成污染,它的简单堆积还存在着滑坡、坍塌等安全隐患。与此同时,尾矿也具有二次资源性,其中含有一次选矿无法选出的矿物和有效的资源。
水体富营养化是我国所面临的严重环境问题之一,磷则是引起水体富营养化的主要因素。目前对于水体中磷的去除方法主要包括化学沉淀法,生物法,以及吸附法,而吸附法由于操作简单,成本低廉,处理效果好,而广泛受到关注。
尾矿作含有多种粘土矿物,具有较大的比表面积,并且含有铁、铝、钙等氧化物的有效成分,为其吸附去除废水中的磷提供了有利条件。本文通过实验模拟,研究了尾矿对模拟废水中磷的去除效果,尾矿的改性方法,吸附过程中的各影响因素,以及尾矿的吸附性能,最后通过实际废水替代模拟废水的吸附试验,探讨尾矿及改性尾矿作为吸附剂应用于实际含磷废水处置的可行性和有效性。
研究结果表明:磨至200目的尾矿即对模拟废水中的磷具有明显的吸附去除效果,对于初始浓度为50mg/L的含磷溶液,以2g/100ml的固液比投加,在25℃室温下恒温振荡2小时,对溶液中磷的去除率可达83.5%。将尾矿放入马弗炉中焙烧的热活化方法以及用无机酸对尾矿进行酸活化的方法,在相同条件下,可分别将去除率提高至96.5%和90.2%,在提高效果上,热活化方法更优,并且操作也较为简单。热活化尾矿对模拟废水的吸附试验中,200目为热活化尾矿的最佳粒径;2g/100ml为最佳固液投加比;200r/min为最佳振荡速率;同时碱性条件有利于吸附反应的进行,在pH>10的碱性条件下,对初始浓度为50mg/L的模拟废水中磷的去除率可基本达100%;相对于高浓度废水,热活化尾矿对低浓度废水的吸附率较高;整个吸附反应的平衡时间约为1小时;同时反应温度也对吸附有明显的影响,高温有利于吸附反应。热活化尾矿对模拟废水中磷的吸附是物理吸附与化学吸附共存,但化学吸附较占优的过程。在较高温度下,该吸附反应具有自发性。反应过程的动力学能够很好的与拟二级动力学方程相拟合,试验所得的吸附量与方程计算所得的吸附量误差小于3%。同时,用实际废水代替模拟废水的吸附试验中,由于实际废水含除磷以外的其他物质,使得热活化尾矿对其中磷的去除率下降到50%左右,但将废水初始pH调节至10的碱性条件时,热活化尾矿对其中磷的去除率基本也可达到100%,初步证实了热活化尾矿在处置实际含磷废水中的可行性和有效性。
综上所述,尾矿,尤其是热活化尾矿,对于废水中的磷是一种高效的吸附剂,同时由于其本身是一种固体废弃物,将其应用于废水中磷的吸附去除,实现了“以废治废”,具有环境和经济上的双重效益。