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硼泥是硼化工生产企业提取硼砂等硼产品后排放的固体废渣。生产硼化物后产生的硼泥量大,且碱性强,政府和企业每年都要投入大量的精力和资金用于硼泥排放场地的治理及污染赔偿;另一方面,硼泥富含镁、铁、铝、硅等金属元素,研究开发和完善硼泥的无害化处理与资源化利用技术,开辟更加经济合理的途径,对于提高硼泥再利用的效率,改善目前硼泥造成的环境污染状况,促进矿区生态系统的良性发展都具有重要的意义。
本研究以辽宁营口市老边工业园内露天堆放的硼泥为研究对象。利用酸与硼泥发生反应,溶解出其中一部分镁,研究不同的反应条件(酸的种类、用量,反应时间、温度,搅拌速度等)对硼泥中镁溶出率的影响,优化的工艺参数如下:选择混合酸,按每克硼泥加入体积比为1:3的混合酸SmL(V盐酸:V硫酸=4:1)处理硼泥,在搅拌速度为200r/min、85℃反应30min,镁溶出率可达到96.22％,即处理1吨的硼泥从理论上可得到0.2123吨纯镁。可见,硼泥中镁的价值不容忽视。
研究还发现,上述反应中硼泥不仅能溶出镁元素,而且剩余硼泥的表面性质也发生显著的改变,对废水中的Pb2+具有强烈的吸附性。考察各种因素(改性硼泥的用量、吸附时间、振荡速度、吸附温度及废水pH值等)对改性硼泥吸附废水中铅离子的影响,得出最佳的吸附条件为:在振荡速度为180r/min、25～30℃的条件下,吸附剂量为10g/L的改性硼泥处理浓度为400mg/L、pH=6～9的含铅废水25min,铅的去除率可达到98.60%。改性硼泥与其他的对比研究显示:改性硼泥对Pb2+离子的去除效果和吸附量远远高于原硼泥、凹凸棒、活性炭、沸石和海泡石。同时对改性硼泥处理电池厂的酸性含铅废水的效果也进行了研究,结果表明:当改性硼泥用量为3g/L时,在30℃、180r/min振荡反应处理电池厂废水25min,铅的去除率高达99.75%,出水中的Pb2+＜0.0mg/L、pH=6～7,可达国家一级标准排放。
本实验采用SEM、IR和XRD等技术对改性硼泥的结构进行了表征,并研究了改性硼泥吸附铅离子的机理。等温吸附实验表明,改性硼泥对铅离子的吸附既符合Langmuir方程又符合Freundlich方程。
一方面虽然理论上从废弃的硼泥中提取的镁产品有经济价值,但是其效益的高低还需要根据生产成本的核算才能估测:另一方面改性后的硼泥尽管可以吸附废水中的铅离子,在水处理领域里具有潜在的应用价值,但它的酸性较强,若直接排放同样也会污染环境。因此,硼泥的资源化利用与无害化治理要综合衡量经济价值与环境保护的效益,避免再走过去的片面追求经济效益、忽视保护生态环境的弯路。本实验进一步研究发现:在搅拌速度为200r/min、85℃的条件下硼泥与10%盐酸反应30min后,镁的溶出率可达到50%,改性硼泥的pH≈6;此改性硼泥添加30%的疏松成分,按150kg/667m2施以生物有机肥,播种黑麦草,7天后发芽,18天后生长的质量与数量均达到对照的水平。
本研究提出一种硼泥的综合利用与治理的方案,以废治废,不产生二次污染,体现出硼泥的无害化治理和资源化利用并举的思路,走可持续发展的模式,为提高硼泥的附加值,减少硼泥对环境的污染、恢复矿区的生态环境提供理论依据和技术指导。