本发明涉及一种利用电石炉气粉尘制备含铬废水净化剂的方法，还涉及所述方法制备得到的含铬废水净化剂，属于电石炉气粉尘的综合利用领域。
背景技术：
“十二五”期间，中国电石行业在聚氯乙烯、1,4-丁二醇等下游行业的快速发展带动下，电石产能再次进入飞速增长期。截至2015年末，中国国内电石企业255余家，产能达到4500万t/年。其中，技术装备水平高、节能环保效果显著的密闭式电石炉产能达到3552万t/年。采用密闭电石炉生产1t电石副产炉气约400Nm3，炉气中含有质量浓度为130～200g/Nm3的粉尘，因此电石炉气粉尘的排放量巨大。由于粉尘密度较轻、黏度较大、粒度较细，具有较大的比表面积；粉尘中含有较多的焦炭粉尘，磨蚀性较强；粉尘中比电阻较大，治理难度比较大，目前尚未得到有效利用。电石炉气粉尘属于工业废弃物，直接排放对环境危害较大，必须对其加以回收并进行高值化利用。
大量被舍弃的电石炉气粉尘占用一定土地，并容易对周围环境造成一定污染。随着电石产能规模加大，这种污染将变得越来越严重。如何提高电石炉气粉尘的综合利用率及其附加值，成为当前亟待解决的关键科技问题。随着电石工业的蓬勃发展，电石炉气粉尘的处理成为各电石生产企业所面临的巨大难题，环保要求水平的不断提高和资源综合利用技术的发展，使得人们在研究电石产品合理利用的同时，迫切需要进行电石炉气粉尘处理技术的研究，对电石炉气粉尘进行高值化的开发利用，以实现资源的综合利用。
目前对电石炉气粉尘的利用研究较少，尤其利用电石炉气粉尘制备含铬废水净化剂技术尚未见报道。因此，开发一种利用电石炉气粉尘制备需求量较大的含铬废水净化剂技术，发展前景广阔。
技术实现要素：
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种利用电石炉气粉尘制备含铬废水净化剂的方法，该方法操作简单，原料来源广泛，制备成本低；
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种所述方法制备得到的含铬废水净化剂以及其在脱除含铬废水中铬的应用。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
本发明首先公开了一种利用电石炉气粉尘制备含铬废水净化剂的方法，包括以下步骤：(1)将电石炉气粉尘与酸液混合，进行搅拌酸化，然后过滤，得到滤渣；(2)将滤渣烘干，进行焙烧，然后冷却，洗涤，干燥，即得。
其中，步骤(1)按照质量比计，电石炉气粉尘：酸液＝1：3-5。所述酸液为盐酸、硫酸、硝酸或磷酸中的任意一种或一种以上按照任意比例组成的混合物，优选为磷酸；进一步优选的，按照质量百分比计，所述酸液的浓度为60-90％，更优选为85％。所述电石炉气粉尘来源于密闭电石炉的炉气除尘系统，属于工业废弃物；优选的，按照质量百分比计，步骤(1)所述电石炉气粉尘的化学成分及其含量为：CaO占比35-40％，C占比30-38％，SiO2占比13-17％，Fe2O3占比0.5-1.5％，Al2O3占比5-10％，其它成分占比3-5％；更为优选的，按照质量百分比计，步骤(1)所述电石炉气粉尘的化学成分及其含量为：CaO占比38.2％，C占比33.6％，SiO2占比15.3％，Fe2O3占比0.86％，Al2O3占比7.3％，其它成分占比4.74％。本发明对电石炉气粉尘没有特殊限制，凡是来源于密闭电石炉的炉气除尘系统的电石炉气粉尘均适用于本发明。
本发明所述方法中，步骤(1)所述搅拌酸化的温度为80-100℃，优选为90℃，所述搅拌酸化的时间为2-5h，优选为3.5h。步骤(2)所述烘干的温度为105-110℃；所述干燥的温度为105-110℃；优选的，按照质量百分比计，干燥至干燥后产物的水份含量＜1％。步骤(2)所述洗涤为洗涤至焙烧冷却后的滤渣的pH值为6-7；优选的，所述洗涤为采用15-50℃的水进行洗涤；更优选的，所述洗涤为采用25-30℃的水进行洗涤。
步骤(2)所述焙烧的温度为600-950℃，优选为800-900℃；所述焙烧的时间为1-3h，优选为2h。
本发明进一步公开了所述方法制备得到的含铬废水净化剂。
所述含铬废水净化剂的孔容为0.2-0.5cm3/g，优选为0.35cm3/g。
本发明所制备的含铬废水净化剂能够应用于脱除含铬废水中的铬，包括：将所述含铬废水净化剂加入含铬废水中，搅拌，静置，然后过滤，即得；优选的，所述含铬废水净化剂的用量为：每500mL含铬废水中加入7g含铬废水净化剂；所述搅拌的温度为40-60℃，优选为50℃，所述搅拌的时间为20-40min，优选为30min；所述静置的时间为1.0-2.0h，优选为1.5h。本发明所述含铬废水净化剂的用量以及在脱除含铬废水中铬过程中的搅拌温度、时间以及静置时间等，均可以根据实际需要进行相应的调整。
本发明所制备的含铬废水净化剂脱除含铬废水中铬的原理为：扩散-吸附。本发明所述含铬废水净化剂，对含铬废水中铬的脱除效率高，可达90％以上，而且净化剂与母液的分离效果较好。
本发明技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明利用电石炉气粉尘制备含铬废水净化剂，电石炉气粉尘的预处理工艺简单，易于控制；原料来源广泛，属于废物的深层加工利用，有利于降低制备成本。本发明所制备的含铬废水净化剂的除铬效率高，与母液的分离效果好。本发明实现充分合理的利用电石炉气粉尘，既变废为宝，又可保护环境，符合国家能源资源利用政策，具有重要的经济、环境和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应理解所述实施例仅是范例性的，不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围。
实施例1
1、含铬废水净化剂的制备
将电石炉气粉尘(电石炉气粉尘来源于密闭电石炉的炉气除尘系统，按照质量百分比计，所述电石炉气粉尘的化学成分为：CaO占比38.2％，C占比33.6％，SiO2占比15.3％，Fe2O3占比0.86％，Al2O3占比7.3％，其它成分占比4.74％)与重量浓度为85％的磷酸溶液按质量比1：4加入搅拌、混合处理装置中，在90℃的温度下进行搅拌酸化3.5h，酸化结束后进行过滤，然后在105℃温度下进行烘干，将烘干后的电石炉气粉尘在900℃温度下焙烧活化处理2h，冷却后用25℃的水进行洗涤，直到洗液pH为中性(pH值为6-7)，以除去酸类化合物，最后将其置于电热恒温干燥中，在105℃温度的恒温条件下进行干燥(按照质量百分比计，干燥至干燥后产物的水份含量＜1％)，即制成含铬废水净化剂成品，所述含铬废水净化剂的孔容为0.35cm3/g。
2、应用本实施例制备的含铬废水净化剂脱除水体中铬的试验
(1)、试验方法
称取7g该含铬废水净化剂加入500mL的含铬废水中，在温度50℃下搅拌精制30min，静置沉淀1.5h后过滤，即可实现铬的脱除。
本发明利用紫外可见分光光度计，采用比色法测出铬的残留浓度，计算铬的去除率：Y＝[(A0-Ai)/A0]100％。
式中：Y为去除率；A0为吸附前铬的吸光度；Ai为吸附后残留铬的吸光度。
(2)、试验结果
经测定，使用该含铬废水净化剂可使含铬废水中铬的脱除率达97％。
实施例2
1、含铬废水净化剂的制备
将电石炉气粉尘(电石炉气粉尘来源于密闭电石炉的炉气除尘系统，按照质量百分比计，所述电石炉气粉尘的化学成分及其含量为：CaO占比38.2％，C占比33.6％，SiO2占比15.3％，Fe2O3占比0.86％，Al2O3占比7.3％，其它成分占比4.74％)与重量浓度为60％的盐酸溶液按质量比1：3加入搅拌、混合处理装置中，在80℃的温度下进行搅拌酸化2h，酸化结束后进行过滤，然后在105℃温度下进行烘干，将烘干后的电石炉气粉尘在600℃温度下焙烧活化处理1h，冷却后采用30℃的水进行洗涤，直到洗液pH为中性(pH值为6-7)，以除去酸类化合物，最后将其置于电热恒温干燥中，在105℃温度的恒温条件下进行干燥(按照质量百分比计，干燥至干燥后产物的水份含量＜1％)，即制成含铬废水净化剂成品，所述含铬废水净化剂的孔容为0.2cm3/g。
2、应用本实施例制备的含铬废水净化剂脱除水体中铬的试验
(1)、试验方法
称取7g该含铬废水净化剂加入500mL的含铬废水中，在温度50℃下搅拌精制30min，静置沉淀1.5h优选的数值后过滤，即可实现铬的脱除。
本发明利用紫外可见分光光度计，采用比色法测出铬的残留浓度，计算铬的去除率：Y＝[(A0-Ai)/A0]100％。
式中：Y为去除率；A0为吸附前铬的吸光度；Ai为吸附后残留铬的吸光度。
(2)、试验结果
经测定，使用该含铬废水净化剂可使含铬废水中铬的脱除率达90％。
实施例3
1、含铬废水净化剂的制备
将电石炉气粉尘(电石炉气粉尘来源于密闭电石炉的炉气除尘系统，按照质量百分比计，所述电石炉气粉尘的化学成分及其含量为：CaO占比38.2％，C占比33.6％，SiO2占比15.3％，Fe2O3占比0.86％，Al2O3占比7.3％，其它成分占比4.74％)与重量浓度为90％的硫酸溶液按质量比1：5加入搅拌、混合处理装置中，在100℃的温度下进行搅拌酸化5h，酸化结束后进行过滤，然后在110℃温度下进行烘干，将烘干后的电石炉气粉尘在950℃温度下焙烧活化处理3h，冷却后采用15℃的水进行洗涤，直到洗液pH为中性(pH值为6-7)，以除去酸类化合物，最后将其置于电热恒温干燥中，在110℃温度的恒温条件下进行干燥(按照质量百分比计，干燥至干燥后产物的水份含量＜1％)，即制成含铬废水净化剂成品，所述含铬废水净化剂的孔容为0.3cm3/g。
2、应用本实施例制备的含铬废水净化剂脱除水体中铬的试验
(1)、试验方法
称取7g该含铬废水净化剂加入500mL的含铬废水中，在温度40℃下搅拌精制40min，静置沉淀1.0h后过滤，即可实现铬的脱除。
本发明利用紫外可见分光光度计，采用比色法测出铬的残留浓度，计算铬的去除率：Y＝[(A0-Ai)/A0]100％。
式中：Y为去除率；A0为吸附前铬的吸光度；Ai为吸附后残留铬的吸光度。
(2)、试验结果
经测定，使用该含铬废水净化剂可使含铬废水中铬的脱除率达91％。
实施例4
1、含铬废水净化剂的制备
将电石炉气粉尘(电石炉气粉尘来源于密闭电石炉的炉气除尘系统，按照质量百分比计，所述电石炉气粉尘的化学成分及其含量为：CaO占比38.2％，C占比33.6％，SiO2占比15.3％，Fe2O3占比0.86％，Al2O3占比7.3％，其它成分占比4.74％)与重量浓度为70％的硝酸溶液按质量比1：4加入搅拌、混合处理装置中，在70℃的温度下进行搅拌酸化3h，酸化结束后进行过滤，然后在108℃温度下进行烘干，将烘干后的电石炉气粉尘在800℃温度下焙烧活化处理2h，冷却后采用50℃的水进行洗涤，直到洗液pH为中性(pH值为6-7)，以除去酸类化合物，最后将其置于电热恒温干燥中，在108℃温度的恒温条件下进行干燥，即制成含铬废水净化剂成品，所述含铬废水净化剂的孔容为0.5cm3/g。
2、应用本实施例制备的含铬废水净化剂脱除水体中铬的试验
(1)、试验方法
称取7g该含铬废水净化剂加入500mL的含铬废水中，在温度60℃下搅拌精制30min，静置沉淀1.5h后过滤，即可实现铬的脱除。
本发明利用紫外可见分光光度计，采用比色法测出铬的残留浓度，计算铬的去除率：Y＝[(A0-Ai)/A0]100％。
式中：Y为去除率；A0为吸附前铬的吸光度；Ai为吸附后残留铬的吸光度。
(2)、试验结果
经测定，使用该含铬废水净化剂，可使含铬废水中铬的脱除率达90％。
实施例5
1、含铬废水净化剂的制备
将电石炉气粉尘(电石炉气粉尘来源于密闭电石炉的炉气除尘系统，按照质量百分比计，所述电石炉气粉尘的化学成分为：CaO占比38.2％，C占比33.6％，SiO2占比15.3％，Fe2O3占比0.86％，Al2O3占比7.3％，其它成分占比4.74％)与重量浓度为85％的磷酸溶液按质量比1：4加入搅拌、混合处理装置中，在80℃的温度下进行搅拌酸化3.5h，酸化结束后进行过滤，然后在105℃温度下进行烘干，将烘干后的电石炉气粉尘在900℃温度下焙烧活化处理2h，冷却后用25℃的水进行洗涤，直到洗液pH为中性(pH值为6-7)，以除去酸类化合物，最后将其置于电热恒温干燥中，在105℃温度的恒温条件下进行干燥(按照质量百分比计，干燥至干燥后产物的水份含量＜1％)，即制成含铬废水净化剂成品，所述含铬废水净化剂的孔容为0.3cm3/g。
2、应用本实施例制备的含铬废水净化剂脱除水体中铬的试验
(1)、试验方法
称取7g该含铬废水净化剂加入500mL的含铬废水中，在温度50℃下搅拌精制30min，静置沉淀1.5h后过滤，即可实现铬的脱除。
本发明利用紫外可见分光光度计，采用比色法测出铬的残留浓度，计算铬的去除率：Y＝[(A0-Ai)/A0]100％。
式中：Y为去除率；A0为吸附前铬的吸光度；Ai为吸附后残留铬的吸光度。
(2)、试验结果
经测定，使用该含铬废水净化剂可使含铬废水中铬的脱除率达92％。
实施例6
1、含铬废水净化剂的制备
将电石炉气粉尘(电石炉气粉尘来源于密闭电石炉的炉气除尘系统，按照质量百分比计，所述电石炉气粉尘的化学成分为：CaO占比38.2％，C占比33.6％，SiO2占比15.3％，Fe2O3占比0.86％，Al2O3占比7.3％，其它成分占比4.74％)与重量浓度为85％的磷酸溶液按质量比1：4加入搅拌、混合处理装置中，在100℃的温度下进行搅拌酸化3.5h，酸化结束后进行过滤，然后在105℃温度下进行烘干，将烘干后的电石炉气粉尘在900℃温度下焙烧活化处理2h，冷却后用25℃的水进行洗涤，直到洗液pH为中性(pH值为6-7)，以除去酸类化合物，最后将其置于电热恒温干燥中，在105℃温度的恒温条件下进行干燥(按照质量百分比计，干燥至干燥后产物的水份含量＜1％)，即制成含铬废水净化剂成品，所述含铬废水净化剂的孔容为0.4cm3/g。
2、应用本实施例制备的含铬废水净化剂脱除水体中铬的试验
(1)、试验方法
称取7g该含铬废水净化剂加入500mL的含铬废水中，在温度50℃下搅拌精制30min，静置沉淀1.5h后过滤，即可实现铬的脱除。
本发明利用紫外可见分光光度计，采用比色法测出铬的残留浓度，计算铬的去除率：Y＝[(A0-Ai)/A0]100％。
式中：Y为去除率；A0为吸附前铬的吸光度；Ai为吸附后残留铬的吸光度。
(2)、试验结果
经测定，使用该含铬废水净化剂可使含铬废水中铬的脱除率达93％。
表1实施例1-6的主要制备参数及所制备含铬废水净化剂对铬的脱除率