一种磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料及其制备方法与流程

本发明涉及环境材料，具体是指一种磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料及其制备方法。

背景技术：

1、粉煤灰是燃煤火力发电厂排放的主要工业固体废弃物大量粉煤灰长期堆存不仅占用土地资源，其淋滤液与扬尘还易对土壤、水体和大气造成二次污染。粉煤灰本身具备多孔结构与一定的表面吸附活性，将其加工为环境修复材料，是实现固废高值化利用、以废治废的重要途径。

2、但原生粉煤灰吸附容量有限，且粉体状态下使用后难以从水体中快速分离回收，易造成二次污染，极大限制了其规模化应用。现有磁改性技术虽可赋予粉煤灰磁分离性能，但普遍存在工艺复杂、改性试剂昂贵、依赖高端功能材料等问题，制备成本居高不下；同时部分改性材料机械强度差、孔隙结构不发达，实际修复效果与循环使用性能难以满足工程需求。

技术实现思路

1、本发明为解决上述各种问题，提出了以工业固废粉煤灰为核心基体，搭配常规矿物与普通化工试剂制备，原料成本低，材料吸附性能与磁分离性能均衡；工艺流程简单可控，能耗低，适配工业化量产的一种磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料及其制备方法。

2、为解决上述的技术问题，本发明提出的技术方案为：一种磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料，按重量份数计，由以下原料组分制成：粉煤灰60～80份、磁性铁源15～30份、矿物粘结剂5～15份、造孔剂1～5份；所述修复材料以粉煤灰为基体载体，通过磁性铁源高温反应负载实现磁改性，材料粒径为0.15～1.0mm，饱和磁化强度为5～15emu/g。

3、进一步地，所述磁性铁源为七水合硫酸亚铁、六水合三氯化铁中的一种。

4、进一步地，所述矿物粘结剂为钠基膨润土、高岭土、凹凸棒土中的一种。

5、进一步地，所述造孔剂为可溶性淀粉、羧甲基纤维素中的一种或两种；所述修复材料的比表面积为30～80m2/g。

6、本发明还提供上述磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：粉煤灰预处理：将粉煤灰过筛去除杂质后，置于烘箱中干燥至恒重，得到预处理粉煤灰；步骤二：混合制浆：将磁性铁源溶解于去离子水中配制成铁盐溶液，依次加入预处理粉煤灰、矿物粘结剂和造孔剂，持续搅拌至物料混合均匀，得到均质混合浆料；步骤三：陈化成型：将混合浆料常温静置陈化后，挤压成型为条状坯体，自然风干后进行破碎并筛分；步骤四：高温焙烧改性：将筛分后的坯体放入马弗炉中，在空气气氛下程序升温焙烧，焙烧完成后随炉自然冷却，得到粗制材料；步骤五：磁选提纯：将粗制材料送入磁选设备中进行磁选分离，收集具有磁响应的产物，即得到磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料。

7、进一步地，步骤一中，粉煤灰过100～200目标准筛，干燥温度控制为105～110℃，干燥时间为2～4h。

8、进一步地，步骤三中，常温陈化时间为12～24h；条状坯体的直径为2～5mm；破碎后筛分出粒径0.15～1.0mm的颗粒用于后续焙烧。

9、进一步地，步骤四中，程序升温速率为5～10℃/min，焙烧温度为400～600℃，保温焙烧时间为1～3h。

10、进一步地，步骤五中，磁选设备的工作磁场强度为1000～3000gs，磁选处理次数为1～2次。

11、本发明与现有技术相比优点在于：

12、实现固废资源化：以工业固废粉煤灰为主要原料，搭配常见黏土矿物与常规化工试剂，无需高端功能材料，大幅降低制备成本；同时消纳工业固废，减少粉煤灰堆存带来的环境压力，符合绿色环保理念。

13、工艺简单可控，适配工业化生产：制备流程仅包含预处理、混合制浆、陈化成型、焙烧改性、磁选提纯五个核心步骤，工艺参数易控，焙烧温度适中，能耗较低，无需特殊专用设备。

14、材料性能均衡：通过造孔剂调控孔隙结构，材料比表面积提升、吸附位点丰富，对水体中重金属、阳离子染料等污染物具有良好的去除效果；磁性铁源高温下在粉煤灰表面原位生成磁性组分，磁响应稳定。

15、适用场景广泛：矿物粘结剂经高温焙烧后可显著提升材料的机械强度与耐磨性能，颗粒粒径均匀可控，可适配原位投加、填充吸附柱、流化床处理等多种水体修复场景。

1.一种磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料，其特征在于，按重量份数计，由以下原料组分制成：粉煤灰60～80份、磁性铁源15～30份、矿物粘结剂5～15份、造孔剂1～5份；所述修复材料以粉煤灰为基体载体，通过磁性铁源高温反应负载实现磁改性，材料粒径为0.15～1.0mm，饱和磁化强度为5～15emu/g。

2.根据权利要求1所述的磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料，其特征在于，所述磁性铁源为七水合硫酸亚铁、六水合三氯化铁中的一种。

3.根据权利要求1所述的磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料，其特征在于，所述矿物粘结剂为钠基膨润土、高岭土、凹凸棒土中的一种。

4.根据权利要求1所述的磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料，其特征在于，所述造孔剂为可溶性淀粉、羧甲基纤维素中的一种或两种；所述修复材料的比表面积为30～80m2/g。

5.一种如权利要求1～4任一项所述磁改性粉煤灰基环境矿物修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，粉煤灰过100～200目标准筛，干燥温度控制为105～110℃，干燥时间为2～4h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，常温陈化时间为12～24h；条状坯体的直径为2～5mm；破碎后筛分出粒径0.15～1.0mm的颗粒用于后续焙烧。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，程序升温速率为5～10℃/min，焙烧温度为400～600℃，保温焙烧时间为1～3h。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤五中，磁选设备的工作磁场强度为1000～3000gs，磁选处理次数为1～2次。