技术领域
[0001] 本发明属于煤矸石资源化利用技术领域，具体涉及一种处理煤矸石的方法。
相关背景技术
[0002] 随着采矿、冶炼、化工、电子等行业的发展，以及民用固体废弃物不合理填埋和堆放，导致各种重金属进入水体。重金属在水体中具有高的稳定性和难以降解性，在水体中积累到一定限度，就会对水体产生严重危害。
[0003] 煤矸石是成煤过程中与煤层伴生，在煤矿生产原煤过程中剔除出来的一种高灰分、低含碳量、低发热量，比煤坚硬的黑色泥质岩石。煤矸石弃置不用，露天堆放形成矸石山，其中有害物质的逸出或浸出会污染大气、农田和水体，造成环境污染，而且还能通过环境介质进入人体，威胁人类健康。
[0004] 煤矸石中含有大量的碳、硅、铝等元素，这为煤矸石吸附水体中的重金属，实现“以废治废”提供了可能。然而煤矸石结构致密，并不能直接对重金属进行吸附，因此，对煤矸石进行进一步处理成为了利用煤矸石吸附水体中重金属的关键。
具体实施方式
[0032] 现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
[0033] 另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0034] 除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
[0035] 在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
[0036] 关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0037] 实施例1
[0038] 1、预处理：
[0039] 1)将100g煤矸石与30g碳酸钠混合均匀，研磨后过20目筛得到煤矸石‑碳酸钠混合物；
[0040] 2)将步骤1)得到的煤矸石‑碳酸钠混合物于100℃下低温煅烧30min，期间控制煤矸石‑碳酸钠混合物的含水量为20％；
[0041] 3)将步骤2)低温煅烧后的煤矸石‑碳酸钠混合物与500mL4mol/L的盐酸混合，搅拌后过滤固体沉淀并水洗至水洗液pH＝7，70℃下干燥10min，研磨过20目筛，得到预处理煤矸石粉末；
[0042] 2、一次改性：
[0043] 在氮气气氛中，将步骤1得到的预处理煤矸石粉末于700℃下煅烧20min，得到一次改性煤矸石；
[0044] 3、二次改性：
[0045] 1)取30mL 3mol/L的硫酸溶液和50mL 6mol/L的醋酸溶液，混合均匀，得到混酸改性溶液；
[0046] 2)将步骤2得到的一次改性煤矸石加入到步骤1)得到的混酸改性溶液中，100℃下混酸回流改性1h，之后70℃下干燥10min，得到二次改性煤矸石；
[0047] 4、固化：
[0048] 1)取2mg壳聚糖溶解于10mL 0.2mol/L的醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液；
[0049] 2)将步骤1)制备的壳聚糖溶液利用喷雾器均匀喷涂在步骤3制备的二次改性煤矸石表面，并于300℃下煅烧10min，得到改性煤矸石。
[0050] 实施例2
[0051] 1、预处理：
[0052] 1)将100g煤矸石与35g碳酸钠混合均匀，研磨后过20目筛得到煤矸石‑碳酸钠混合物；
[0053] 2)将步骤1)得到的煤矸石‑碳酸钠混合物于120℃下低温煅烧35min，期间控制煤矸石‑碳酸钠混合物的含水量为25％；
[0054] 3)将步骤2)低温煅烧后的煤矸石‑碳酸钠混合物与700mL4mol/L的盐酸混合，搅拌后过滤固体沉淀并水洗至水洗液pH＝7，70℃下干燥10min，研磨过20目筛，得到预处理煤矸石粉末；
[0055] 2、一次改性：
[0056] 在氮气气氛中，将步骤1得到的预处理煤矸石粉末于850℃下煅烧30min，得到一次改性煤矸石；
[0057] 3、二次改性：
[0058] 1)取30mL 3mol/L的硫酸溶液和50mL 6mol/L的醋酸溶液，混合均匀，得到混酸改性溶液；
[0059] 2)将步骤2得到的一次改性煤矸石加入到步骤1)得到的混酸改性溶液中，115℃下混酸回流改性1.5h，之后70℃下干燥10min，得到二次改性煤矸石；
[0060] 4、固化：
[0061] 1)取2mg壳聚糖溶解于10mL 0.2mol/L的醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液；
[0062] 2)将步骤1)制备的壳聚糖溶液利用喷雾器均匀喷涂在步骤3制备的二次改性煤矸石表面，并于400℃下煅烧15min，得到改性煤矸石。
[0063] 实施例3
[0064] 1、预处理：
[0065] 1)将100g煤矸石与40g碳酸钠混合均匀，研磨后过20目筛得到煤矸石‑碳酸钠混合物；
[0066] 2)将步骤1)得到的煤矸石‑碳酸钠混合物于140℃下低温煅烧40min，期间控制煤矸石‑碳酸钠混合物的含水量为30％；
[0067] 3)将步骤2)低温煅烧后的煤矸石‑碳酸钠混合物与1000mL4mol/L的盐酸混合，搅拌后过滤固体沉淀并水洗至水洗液pH＝7，70℃下干燥10min，研磨过20目筛，得到预处理煤矸石粉末；
[0068] 2、一次改性：
[0069] 在氮气气氛中，将步骤1得到的预处理煤矸石粉末于1000℃下煅烧50min，得到一次改性煤矸石；
[0070] 3、二次改性：
[0071] 1)取30mL 3mol/L的硫酸溶液和50mL 6mol/L的醋酸溶液，混合均匀，得到混酸改性溶液；
[0072] 2)将步骤2得到的一次改性煤矸石加入到步骤1)得到的混酸改性溶液中，130℃下混酸回流改性2h，之后70℃下干燥10min，得到二次改性煤矸石；
[0073] 4、固化：
[0074] 1)取2mg壳聚糖溶解于10mL 0.2mol/L的醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液；
[0075] 2)将步骤1)制备的壳聚糖溶液利用喷雾器均匀喷涂在步骤3制备的二次改性煤矸石表面，并于500℃下煅烧20min，得到改性煤矸石。
[0076] 对比例1
[0077] 同实施例2，区别仅在于：步骤1预处理为：
[0078] 1)将100g煤矸石研磨后过20目筛；
[0079] 2)将步骤1)研磨后的煤矸石与700mL 4mol/L的盐酸混合，搅拌后过滤固体沉淀并水洗至水洗液pH＝7，70℃下干燥10min，研磨过20目筛，得到预处理煤矸石粉末。
[0080] 对比例2
[0081] 同实施例2，区别仅在于：步骤1预处理为：
[0082] 1)将100g煤矸石与35g碳酸钠混合均匀，研磨后过20目筛得到煤矸石‑碳酸钠混合物；
[0083] 2)将步骤1)得到的煤矸石‑碳酸钠混合物于120℃下低温煅烧35min，期间控制煤矸石‑碳酸钠混合物的含水量为25％；
[0084] 3)将步骤2)低温煅烧后的煤矸石‑碳酸钠混合物水洗至水洗液pH＝7，70℃下干燥10min，研磨过20目筛，得到预处理煤矸石粉末。
[0085] 对比例3
[0086] 同实施例2，区别仅在于：省略步骤2一次改性。
[0087] 对比例4
[0088] 同实施例2，区别仅在于：步骤3二次改性为：
[0089] 1)取30mL 3mol/L的硫酸溶液和50mL 6mol/L的盐酸溶液，混合均匀，得到混酸改性溶液；
[0090] 2)将步骤2得到的一次改性煤矸石加入到步骤1)得到的混酸改性溶液中，115℃下混酸回流改性1.5h，之后70℃下干燥10min，得到二次改性煤矸石。
[0091] 对比例5
[0092] 同实施例2，区别仅在于：步骤3二次改性为：
[0093] 1)取30mL 3mol/L的硫酸溶液和50mL 6mol/L的磷酸溶液，混合均匀，得到混酸改性溶液；
[0094] 2)将步骤2得到的一次改性煤矸石加入到步骤1)得到的混酸改性溶液中，115℃下混酸回流改性1.5h，之后70℃下干燥10min，得到二次改性煤矸石。
[0095] 对比例6
[0096] 同实施例2，区别仅在于：步骤3二次改性为：
[0097] 1)取30mL 3mol/L的硝酸溶液和50mL 6mol/L的醋酸溶液，混合均匀，得到混酸改性溶液；
[0098] 2)将步骤2得到的一次改性煤矸石加入到步骤1)得到的混酸改性溶液中，115℃下混酸回流改性1.5h，之后70℃下干燥10min，得到二次改性煤矸石。
[0099] 对比例7
[0100] 同实施例2，区别仅在于：省略步骤4固化。
[0101] 效果验证：
[0102] 在实验室条件下，制备模拟工业废水，其中铜含量为20mg/L，锌含量为20mg/L，铬含量为10mg/L，镉含量为5mg/L，铅含量为5mg/L，汞含量为5mg/L。
[0103] 按照每10mL模拟工业废水投加1g改性煤矸石的投加标准，向10组模拟工业废水中投加实施例1～3以及对比例1～7制备的改性煤矸石，吸附30min后，测定模拟工业废水中各金属离子总量，平行试验三次，结果如表1所示；
[0104] 表1模拟工业废水金属离子总量测定
[0105]
[0106] 由上表数据可知，应用本发明制备的改性煤矸石处理模拟工业废水，处理后的工业废水能够达到GB 3838‑2002《地表水环境质量标准》中Ⅳ类水域功能标准。
[0107] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
