煤矸石制备废水吸附剂的研究进展
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属 氧 化物 外 ，还 可 与煤 矸 石 中 已经 存 在 的硅 铝酸 盐 发 生反 应 ，合 成 具 有 吸 附 能力 的 沸石 ；蒸 汽 处理 的 作 用是 使煤矸 石 闭塞 的空 穴 打开 以及 在 活性 点发 生反 应形成 新 的空 穴 ，并增 加粒 状 材料 的强 度 。
收 稿 日期 ： ０ ２０ —３ ２ １－３２
Ｖ０．２ Ｉ Ｎ Ｏ ３ ２ ．
Ｓｅ ｐ．２ １ ０ ２
煤矸 石制备废水 吸 附剂 的研究进展
李 冬，陈华军
（ 阳理工学院 环境工程 与化 学系，河南 洛 阳 ４ １２ 洛 ７ ０ ３） 摘 要 ：介绍 了煤矸石 制备废 水吸附剂的 改性原理、方法及改性煤矸石 对废水的处理 效果 。详 细阐述 了煅烧 法 、
第ຫໍສະໝຸດ Baidu 卷 第３ ２ 期 ２１年９ ０ ２ 月
洛 阳理 工 学 院学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕｒ ｌｏ ｏ ａ ｎ ｔｔ ｅｏ ｉｎｃ ｎｄＴｅ ｈ ｏ ｏ ａ ｕｒ ｌ ｃｅ ｃ ｉｉｎ） ｏ ｎａ ｆＬｕ ｙ ｎｇＩ ｓｉｕｔ ｆＳｃｅ ｅａ ｃ ｎ ｌｇｙ ｔ ａ ｉｎ ｅＥｄｔｏ Ｓ
作 者 简介 ： 李
冬‘９３） 河南洛 阳 ， １７一 男， ， 人 本科， 副教授， 主要从事 固废资源化 和水污染控 制方面的研 究．
第３ 期
李
冬等 ： 煤矸石制各废 水吸附剂 的研 究进展
７
１ 预处 理 ． ４
将 煤 矸石 与碳 酸 盐 或 氯 化 锌 等激 发 剂 混 合后 煅 烧 ，然后 再 进 行 活化 处 理 ，将进 一 步 提 高煤矸 石 的 吸 附 能力 。碳 酸 盐在 高温 时 有 侵蚀 造 孔 作 用 ，并 且 能 与煤 矸 石 中 的硅 铝 化 物 生成 硅 酸 盐 、铝酸 盐 和偏 铝 酸 盐 等化 合 物 ， 与后 续 的 酸 反应 时 ，部 分 离 子更 易 溶 出 ， 同时 生成 相 应 的 水合 凝 胶 ， 当凝 胶失 水 后 ，吸 附 能 力大 大 提 高 。氯 化锌 在 高温 下 具 有 催 化脱 水 作 用 ，使 煤矸 石 中含碳 化 合 物 的氢 、氧 以水 的形 式分 离 出 来 ，使 更 多 的碳 保 留在 原料 中 ，并 且在 含 碳 化合 物 炭 化 时起 骨 架 作用 ， 当用 酸或 水 把 氯化 锌 等无机 成 分
１ 活化处理 ． ３
使 用 酸 、碱 、蒸 汽等 活化 剂 处 理煅 烧 后 的煤 矸 石 ，将 进 一步 增 加 其 比表 面 积 ，提 高其 吸 附性 能 。 因
为 煤矸 石 在 高温 煅 烧 时 ，伴 随着 结 构膨 胀 和成 分 挥 发 ，其 结构 与 多 断键 、多 微孔 、多 可溶 物 、 内能 更 高
１ 改 性 原 理
１ 原 煤矸石性质 ． １
原 煤矸 石 结 构致 密 ，高 岭 石等 矿 物 结 晶较 好 ，有 序 度 高 ，其 中 的硅 氧 多 面 体之 间排 列 紧密 ，活 性 较
低 … 即使 经 研磨 增大 其 比表 面 积 ， 引起 其 部 分 晶格 畸变 ，低 温 下其 内部大 部分 矿 物 仍具有 稳 定 的组 成 和 。
完 整 的 晶形 ， 内部 孔 隙少 ，在 化 学 反应 上 依然显 示惰 性 Ｉ ２ ｌ 时煤 矸 石 的吸 附 能力不 强 。为 了提 高煤 矸石 ，此
的活 性 ，增 加其 吸 附性 能 ，必 须对 其 改性 。
１ 煅烧 ． ２
煅烧是激发活性的有效手段 ，可 以破坏天然煤矸石中牢固的ｓ ｏ和Ａ ｉ — １ ｏ键结构 。高温下煤矸石中的
中 图 分 类 号 ： Ｄ ４＋５ Ｔ ８９ ．
文 献标志码： Ａ 文 章编 号 ： ６ ４５ ４ （０２０ ０ ６０ １７ ．０ ３２ １）３０ ０ —４
煤矸 石是 煤炭 工 业 中采 煤 、洗 选 过程 中产 生 的废 弃 物 。随 着 煤 炭 的开 采 ，我 国每 年 产 生大量 的煤 矸 石 ，煤 矸 石 堆积 不 仅侵 占田地 ， 而 且在特 定条 件 下对 水 体 、大气 和 土 壤 产生 污 染 。煤 矸 石 的化 学成 分 主 要 为ＳＯ 、Ａ ２ 、 Ｆ ： 、Ｃａ ｉ２ ｜ ０。 ｅ Ｏ Ｏ、Ｍｇ ｏ、Ｔ Ｏ 、可 燃物 （ ｉ： 含碳 化 合物１ ，矿 物 成 分主 要 为高 岭石 、水 云 母 等 和 石 英 等 ，还 含 有 少 量 黄 铁 矿 、 方 解 石 、 长石 、铁 白云 母 、金 红 石 等 。利 用 煤 矸 石 碳 、硅 、 铝 、铁 、 钙 、镁等 共 存 的化 学 特 性 ，以适 当 的工 艺对 其进 行 改性 ，可制 备 出吸 附性 能 优 良的吸 附 材料 ，用 于废 水 处理 ，将 产生 以废 治废 的环 境 效益 。
的无 定 形态 结 构 相 对 应 【。使 用 酸（ 酸 、硝 酸 或 盐 酸１ 理 将 更容 易使 煤 矸 石 中的部 分 可 溶性 离 子（ 如 ４ Ｊ 硫 处 例
铝 、钙 、铁 、镁 等 ） 出 ，从 而使 其 内部和 表 面形 成更 多 的孔 隙 ， 比表 面积 增 加 ；碱 处 理 除 了溶 出部分 金 溶
位置，破坏 了硅氧四面体和铝氧三面体聚合成的长链 ，形成大量具有 自由端 的断裂点，质点无法按照 一
定 规律 排 列 ，从 而 处 于一 种 热 力 学不 稳 定 状态 ，其 中的 一些 组 分 由结 晶态变 为非 结 晶态 ，故煅 烧后 的 煤
矸 石结 构呈 疏松 状 态Ｉ，其表 面 和 内部形 成 大量 微孔 ，呈蜂窝 状 结构 。煅 烧 后 的煤矸 石 比表 面积 增大 ，吸 ３ ｌ 附性 能有所 提高 。
矿 物 能 发生 强 烈 的吸 热作 用 和 脱水 作 用 ，如 高 岭石在 ５ ０ ６ ０℃ 问发 生脱 水 反应 ，生成 活 性较 高 的偏 高 ０￣ ０
岭 土 。而且 高 温 时煤 矸 石 微观 结 构 中的各 种 微粒 产 生剧 烈 的热运 动 ， 钙 、镁 、铁 等 阳离 子重 新 选择 填 隙
煅烧活化 法、碳 酸盐激发 法、氯化锌 激发 法等制备方法的研 究现状 ，提 出了 目 煤矸石吸 附剂研 究存 在的 问题 ， 前
为其广泛应用提 出了建设性意见。 关键词 ：煤矸石 ；改性；煅烧；活化；激发；废 水吸 附剂
ＤＯ ｈ１ ．９ ９ ｉ ｓｎ．６ ４ ５ ４ ．０ ２０ ．０ ０３ ６ ／． ｓ １ ７ — ０ ３２ １ ．３０ ２ ｉ
收 稿 日期 ： ０ ２０ —３ ２ １－３２
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煤矸 石制备废水 吸 附剂 的研究进展
李 冬，陈华军
（ 阳理工学院 环境工程 与化 学系，河南 洛 阳 ４ １２ 洛 ７ ０ ３） 摘 要 ：介绍 了煤矸石 制备废 水吸附剂的 改性原理、方法及改性煤矸石 对废水的处理 效果 。详 细阐述 了煅烧 法 、
第ຫໍສະໝຸດ Baidu 卷 第３ ２ 期 ２１年９ ０ ２ 月
洛 阳理 工 学 院学 报 （ 自然 科 学 版 ）
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作 者 简介 ： 李
冬‘９３） 河南洛 阳 ， １７一 男， ， 人 本科， 副教授， 主要从事 固废资源化 和水污染控 制方面的研 究．
第３ 期
李
冬等 ： 煤矸石制各废 水吸附剂 的研 究进展
７
１ 预处 理 ． ４
将 煤 矸石 与碳 酸 盐 或 氯 化 锌 等激 发 剂 混 合后 煅 烧 ，然后 再 进 行 活化 处 理 ，将进 一 步 提 高煤矸 石 的 吸 附 能力 。碳 酸 盐在 高温 时 有 侵蚀 造 孔 作 用 ，并 且 能 与煤 矸 石 中 的硅 铝 化 物 生成 硅 酸 盐 、铝酸 盐 和偏 铝 酸 盐 等化 合 物 ， 与后 续 的 酸 反应 时 ，部 分 离 子更 易 溶 出 ， 同时 生成 相 应 的 水合 凝 胶 ， 当凝 胶失 水 后 ，吸 附 能 力大 大 提 高 。氯 化锌 在 高温 下 具 有 催 化脱 水 作 用 ，使 煤矸 石 中含碳 化 合 物 的氢 、氧 以水 的形 式分 离 出 来 ，使 更 多 的碳 保 留在 原料 中 ，并 且在 含 碳 化合 物 炭 化 时起 骨 架 作用 ， 当用 酸或 水 把 氯化 锌 等无机 成 分
１ 活化处理 ． ３
使 用 酸 、碱 、蒸 汽等 活化 剂 处 理煅 烧 后 的煤 矸 石 ，将 进 一步 增 加 其 比表 面 积 ，提 高其 吸 附性 能 。 因
为 煤矸 石 在 高温 煅 烧 时 ，伴 随着 结 构膨 胀 和成 分 挥 发 ，其 结构 与 多 断键 、多 微孔 、多 可溶 物 、 内能 更 高
１ 改 性 原 理
１ 原 煤矸石性质 ． １
原 煤矸 石 结 构致 密 ，高 岭 石等 矿 物 结 晶较 好 ，有 序 度 高 ，其 中 的硅 氧 多 面 体之 间排 列 紧密 ，活 性 较
低 … 即使 经 研磨 增大 其 比表 面 积 ， 引起 其 部 分 晶格 畸变 ，低 温 下其 内部大 部分 矿 物 仍具有 稳 定 的组 成 和 。
完 整 的 晶形 ， 内部 孔 隙少 ，在 化 学 反应 上 依然显 示惰 性 Ｉ ２ ｌ 时煤 矸 石 的吸 附 能力不 强 。为 了提 高煤 矸石 ，此
的活 性 ，增 加其 吸 附性 能 ，必 须对 其 改性 。
１ 煅烧 ． ２
煅烧是激发活性的有效手段 ，可 以破坏天然煤矸石中牢固的ｓ ｏ和Ａ ｉ — １ ｏ键结构 。高温下煤矸石中的
中 图 分 类 号 ： Ｄ ４＋５ Ｔ ８９ ．
文 献标志码： Ａ 文 章编 号 ： ６ ４５ ４ （０２０ ０ ６０ １７ ．０ ３２ １）３０ ０ —４
煤矸 石是 煤炭 工 业 中采 煤 、洗 选 过程 中产 生 的废 弃 物 。随 着 煤 炭 的开 采 ，我 国每 年 产 生大量 的煤 矸 石 ，煤 矸 石 堆积 不 仅侵 占田地 ， 而 且在特 定条 件 下对 水 体 、大气 和 土 壤 产生 污 染 。煤 矸 石 的化 学成 分 主 要 为ＳＯ 、Ａ ２ 、 Ｆ ： 、Ｃａ ｉ２ ｜ ０。 ｅ Ｏ Ｏ、Ｍｇ ｏ、Ｔ Ｏ 、可 燃物 （ ｉ： 含碳 化 合物１ ，矿 物 成 分主 要 为高 岭石 、水 云 母 等 和 石 英 等 ，还 含 有 少 量 黄 铁 矿 、 方 解 石 、 长石 、铁 白云 母 、金 红 石 等 。利 用 煤 矸 石 碳 、硅 、 铝 、铁 、 钙 、镁等 共 存 的化 学 特 性 ，以适 当 的工 艺对 其进 行 改性 ，可制 备 出吸 附性 能 优 良的吸 附 材料 ，用 于废 水 处理 ，将 产生 以废 治废 的环 境 效益 。
的无 定 形态 结 构 相 对 应 【。使 用 酸（ 酸 、硝 酸 或 盐 酸１ 理 将 更容 易使 煤 矸 石 中的部 分 可 溶性 离 子（ 如 ４ Ｊ 硫 处 例
铝 、钙 、铁 、镁 等 ） 出 ，从 而使 其 内部和 表 面形 成更 多 的孔 隙 ， 比表 面积 增 加 ；碱 处 理 除 了溶 出部分 金 溶
位置，破坏 了硅氧四面体和铝氧三面体聚合成的长链 ，形成大量具有 自由端 的断裂点，质点无法按照 一
定 规律 排 列 ，从 而 处 于一 种 热 力 学不 稳 定 状态 ，其 中的 一些 组 分 由结 晶态变 为非 结 晶态 ，故煅 烧后 的 煤
矸 石结 构呈 疏松 状 态Ｉ，其表 面 和 内部形 成 大量 微孔 ，呈蜂窝 状 结构 。煅 烧 后 的煤矸 石 比表 面积 增大 ，吸 ３ ｌ 附性 能有所 提高 。
矿 物 能 发生 强 烈 的吸 热作 用 和 脱水 作 用 ，如 高 岭石在 ５ ０ ６ ０℃ 问发 生脱 水 反应 ，生成 活 性较 高 的偏 高 ０￣ ０
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煅烧活化 法、碳 酸盐激发 法、氯化锌 激发 法等制备方法的研 究现状 ，提 出了 目 煤矸石吸 附剂研 究存 在的 问题 ， 前
为其广泛应用提 出了建设性意见。 关键词 ：煤矸石 ；改性；煅烧；活化；激发；废 水吸 附剂
ＤＯ ｈ１ ．９ ９ ｉ ｓｎ．６ ４ ５ ４ ．０ ２０ ．０ ０３ ６ ／． ｓ １ ７ — ０ ３２ １ ．３０ ２ ｉ