摘要: 目前我国面临的环境问题很严峻，其中重金属污染日趋严重。矿业等工业生产活动中产生的大量金属硫酸盐废水是引起环境重金属污染的一大主因，相关问题的解决已迫在眉睫。对此，可从两方面着手研究，一是改进工艺，减少排污量，二是对废液进行无害化处... 展开 目前我国面临的环境问题很严峻，其中重金属污染日趋严重。矿业等工业生产活动中产生的大量金属硫酸盐废水是引起环境重金属污染的一大主因，相关问题的解决已迫在眉睫。对此，可从两方面着手研究，一是改进工艺，减少排污量，二是对废液进行无害化处理。消石灰（Ca(OH)2）沉淀是主要的无害化处理方式，但是会伴有pH值高、沉渣含水率高、过滤困难等现象。使用更廉价的矿物材料进行处理，避免这些问题，具有重要的实践意义。方解石是最常见的天然碳酸钙（CaCO3）矿物，但其开发应用水平有限。考虑到材料中含有的Ca2+和CO32-，方解石可以用来沉淀净化大部分金属硫酸盐废液。但是方解石化学性质稳定，在自然状态下，只能对金属离子产生表面化学吸附的作用，单位处理量很低，因此需要活化手段提高其反应活性，使之与金属离子之间发生类似Ca(OH)2的摩尔当量的化学反应。机械力化学法是一种常见的提高物质反应活性的方法，具有绿色高效的优点，且可以通过调节机械力作用强度来控制反应程度。为此，本文的主要目的是基于机械力化学法，在高强度作用下，提高方解石反应活性达到多金属离子的共沉淀，为净化重金属污染废水提供新途径；在低强度作用下，控制方解石反应活性在不同金属之间产生差异，实现金属离子之间的相互分离，替代部分湿法冶金方法，减少排污量。 为此，基于机械力化学法，研究了方解石与多种重金属离子之间作用的特征。利用行星式球磨机对方解石进行研磨活化，研究了在研磨过程中方解石与不同的重金属硫酸盐之间的化学反应，具体包括铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、镍（Ni）和镉（Cd）的二价硫酸盐，总结了反应特征，对反应机理进行了分析和探讨。然后根据反应特征和机理，在相关的应用领域做了较深入的研究，包括在金属离子的相互分离、多金属离子的共沉淀净化、合成缓释性微肥等三个方面，并通过XRD、ICP、AAS、FT-IR、SEM、TG/DSC/DTG等方法进行了一系列的表征，取得了很有意义的研究成果，为解决资源环境领域的相关问题提供了新思路。 对化学反应特征的研究表明，在机械力作用下，不同的金属硫酸盐与方解石之间的反应结果具有差异性。差异主要由两方面引起，一是不同金属离子本身特性带来的差异，二是同种金属离子在不同反应条件下表现出来的差异。主要影响因素包括液-固比、研磨时间、研磨转速、方解石用量。当机械活化强度非常高时，会发生多金属共沉淀现象。总体而言，这些金属离子反应活性顺序为Fe2+＞Cu2+＞Zn2+＞Cd2+、Ni2+。 对反应机理研究表明，水合配离子M(H2O)n2+的热力学稳定性决定了在机械力作用下金属硫酸盐与CaCO3之间反应的难易程度，其中M为二价重金属元素。水合配位数为6的金属阳离子（Fe2+、Ni2+、Cd2+）构成正八面体配离子，在机械力作用下，难脱去离子周围的配位水分子，进而难以与CaCO3发生反应；水合配位数为4的金属阳离子（Cu2+、Zn2+）构成正四面体，在机械力作用下，较易脱去离子周围的配位水分子，进而易与CaCO3发生反应。此外，Fe2+与之间反应的机理具有特殊性。机械力作用下不断形成的新鲜表面增大了CaCO3颗粒的反应活性，使得化学反应进程加快。 根据反应结果，对方解石与重金属离子之间的可能的应用做了探索性研究。 首先，利用在较低机械力作用强度下不同金属离子之间的差异性，对方解石在金属离子分离方面做了深入的研究，具体包括Cu-Ni、Cu-Co以及Cu-Cd的分离，研究表明，方解石对这些离子之间的相互分离具有显著效果。 其次，利用在较高机械力作用强度下重金属离子之间的共沉淀效应，对方解石净化水体中的Fe2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+和Cd2+等金属离子做了探索性研究。研究表明，通过这种方法处理，可以达到一次性净化多种金属离子的效果，且方解石工艺具有沉渣含水率低、废液pH接近中性的优点。 最后，根据反应产物中有碳酸盐的特点，合成了具有缓释性能的Fe肥、Zn肥和Fe-Zn复合肥，并对产品做了相关表征。 收起