磷灰石型環(huán)境礦物材料的制備與表征.pdf

1、分類號VDC博士學位論文密級磷灰石型環(huán)境礦物材料的制備與表征Preparationandcharacterizationofapatitesasenvironmentalmineralmaterials作者姓名：石和彬?qū)W科專業(yè)：化學工藝學院(系、所)：化學化工學院指導教師：鐘宏教授副指導教師：劉羽教授論文答辯日期2Q12生!Q旦!Q旦計乞易中南大學2012年lO月博士學位論文摘要摘要磷灰石型環(huán)境礦物材料在治理重金屬離子污染等領域顯示了良

2、好的應用前景，Cd2作為生物毒性最強的重金屬離子之一，是磷灰石處理重金屬廢水時的重點與難點，得到了廣泛的研究。本文以Cd2吸附量作為衡量磷灰石型環(huán)境功能材料的主要指標，通過研究磷灰石的合成與加工方法對其成分、結(jié)構(gòu)與Cd2吸附量的影響，探索高性能磷灰石型環(huán)境礦物材料的高效制備方法。天然磷灰石樣品是用磷塊巖直接粉磨加工得到的含有脈石礦物的粉體，采集了3種工業(yè)類型與11種自然類型的磷塊巖礦石，對影響其粉磨特性的工藝礦物學性質(zhì)進行研究。磷塊巖中

3、的磷灰石主要以納米～亞微米級超細粒子集合體的形式(膠磷礦顆粒)產(chǎn)出，受嵌布粒度、嵌鑲關系以及硬度等工藝性質(zhì)的影響，磷塊巖在粉磨過程中出現(xiàn)了成分分異現(xiàn)象，白云石、石英、層狀鋁硅酸鹽礦物與褐鐵礦等脈石礦物在細粒級粉體中富集，并導致細粒級樣品的Cd2吸附量下降。通過對成分、結(jié)構(gòu)、粒度等影響樣品Cd2吸附性能的本征因素進行分析，確定了天然磷灰石環(huán)境礦物材料的選型標準。篩選出來的塊狀硅質(zhì)磷塊巖所含磷灰石具有納米結(jié)構(gòu)、基本不含碳酸鹽礦物，Cd2吸附

4、量比各種工業(yè)類型樣品高35％以上。通過對制備羥基磷灰石的3種液相沉淀法進行比較研究，選擇共沉淀法制備羥基磷灰石型環(huán)境功能材料。通過模擬計算與實驗相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)在共沉淀反應過程中，首先形成的是CaHP04“2H20沉淀，然后通過CaHP04“2H，0水解形成羥基磷灰石。快速提高反應過程中的pH值有利于提高羥基磷灰石的成核速率與成核密度、降低臨界晶核的半徑，獲得結(jié)晶粒度細小的羥基磷灰石粉體。通過對加料速度、加料方式、CaP溶液初始濃度、

5、以及陳化的溫度、時間與pH值等工藝條件進行研究，制備出了比表面積較高、分散性較好的納米結(jié)構(gòu)羥基磷灰石粉體，其Cd2吸附量提高了38％以上。采用共沉淀法制備了Ca5xSrx(P04)30H、St5xBax(P04)30H以及(Calo(P04)6x(Si04)x(OH)2x)等3種離子替換型羥基磷灰石。陽離子替換型羥基磷灰石的晶胞參數(shù)與大離子含量呈近線性的正相關關系。CasxSrx(P04)30H的結(jié)構(gòu)有利于吸附水溶液中的Cd2，而Sr5