專利名稱：從花崗巖生產(chǎn)活性礦液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由巖石特別是花崗巖中提取的活性無機物質(zhì)制備其水溶液的方法。
盡管工業(yè)上可以單獨或以混合物形式生產(chǎn)稱為“礦物”的無機物，但在已知技術(shù)中還沒有直接從巖石中以水溶液形式提取出活性無機物的工藝。
現(xiàn)今，由于工業(yè)的發(fā)展，自然資源逐步消耗以致枯竭，導(dǎo)致自然環(huán)境的極度破壞。因此，人類正遭受并面臨著嚴(yán)重的自然災(zāi)害，例如農(nóng)作物產(chǎn)量的銳減、飲用水短缺等。某些研究和努力已在某種程度上幫助人們減少或排除這些災(zāi)難。但是，為了不斷改善人類的生活，仍有許多資源待開發(fā)。例如，許多巖石象花崗巖可用于公用事業(yè)和建筑的石料或原料。這些巖石就其重要性而言常常被忽視。可是從這些巖石可以得到某些有益于人類生活的派生資源。正如我們熟知的，在這些巖石中，多種無機金屬組分含量豐富。
本發(fā)明的目的是提供一種處理巖石特別是遍布全國的花崗巖、從中提取無機金屬組分的方法。
本發(fā)明另一目的是獲得可用作礦物質(zhì)來源的無機金屬組分，以滿足土壤、動植物或人類本身的需要，或者用于工業(yè)設(shè)施例如水或廢水凈化或處理設(shè)施中。
按照本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)上述目的包括常溫常壓下將粉碎的花崗巖裝入提取器；在攪拌下向提取器中加入氨水溶液，然后再加入稀硫酸；在80℃以下將98％的乙醇(C2H5OH)加入到上述容器中，使器內(nèi)壓力提高到2～3kg/cm2，以利于絡(luò)合物的形成；最后在80～85℃攪動生成的反應(yīng)混合物20～160分鐘，同時保持該容器內(nèi)的壓力。
韓國到處可見的花崗巖原礦的化學(xué)分析示于表1。
表1花崗巖分析(wt％)*
*濕法儀器分析；韓國水泥工程技術(shù)學(xué)會為處理方便起見，粉碎的花崗巖平均粒度優(yōu)選為80～100目。如常所知，常溫(20℃)下氨氣(NH3)在水中的溶解度大約為33.1wt％。一般，工業(yè)上可以得到30％左右的氨水。因此實施本發(fā)明時可以采用這種溶液。但是，考慮到成本和反應(yīng)活性，氨水濃度稀釋到15％～20％也可以采用?？梢再I到78％～100％間各種濃度的硫酸，但從成本角度，本發(fā)明優(yōu)選使用活性較高的23％～30％的硫酸。
一般，氨可以與能夠接受電子對的分子或離子形成配位共價鍵或離子偶極鍵，因而生成各種所謂氨合絡(luò)合物。氨的水溶液(氨水)含有各種分子NH3和NH4OH(氫氧化銨)、NH4+、OH等。在本發(fā)明中，采用氨水對原料進(jìn)行預(yù)處理，以便無機金屬離子可以與NH3、H2O、OH-等形成絡(luò)離子，它們是可以從花崗巖中離析出來的配鹽的配體。在與無機金屬離子接觸時，氨水離解并與金屬離子按照下述方程式1和2進(jìn)行反應(yīng)
方程式1方程式24MO＋4NH4OH→2M(OH)2＋M2(NH4)4(OH)4式中M是二價金屬離子。例如氨水與氧化鋁反應(yīng)可用下式表示式中x＋y＝4、6或8。
用氨水處理巖石是希望防止無機金屬離子與巖石中可能存在的強場配體例如Co(II或III)、CN-、NO2-等結(jié)合。因為與這類強場配體形成的無機金屬絡(luò)合物非常穩(wěn)定，反應(yīng)性低，是本發(fā)明目的所不希望的。因此，按照本發(fā)明，處理原料使得無機金屬離子可以被弱場配體例如H2O、NH3、SO4-等捕獲而形成下述的絡(luò)合物。我們認(rèn)為，添加硫酸會使無機金屬離子產(chǎn)生各種類型絡(luò)合物，而不是通常形式的硫酸鹽，即通常的正鹽、酸式鹽或堿式鹽。從配位共價鍵理論出發(fā)，這樣的絡(luò)合物可以表示如下；但這些絡(luò)合物的類型對于本發(fā)明不是很重要Mam[Mbn(SO3)x(SO4)y]zMam[(SO3)x(SO4)y]z[Mam(SO3)x](SO4)yMbn(SO4)yMam[Mbn(NH3)x(SO4)]zMam[(NH3)x(SO4)]zMam[Mbn(H2O)x(SO4)y]zMam[(SO3)x(NH3)y]SO4式中Ma是無機金屬(絡(luò)合)離子；m是無機金屬離子的數(shù)目；Mb是另一種無機金屬離子；n是無機金屬離子的數(shù)目；
x、y是配體或絡(luò)離子的數(shù)目；z是自由離子的數(shù)目。
重要的絡(luò)合物列舉如下Al2[Fe(SO3)4(SO4)2]2Fe2[(SO3)4(SO4)2]2Al2[(SO3)4(SO4)]3Al2(SO4)3Al2[Fe(NH3)4(SO4)2]2Fe2[(NH3)4(SO4)2]2Mg[Fe(H2O)4(SO4)2]2Fe[(SO4)2(NH3)4]SO4讀絡(luò)合物的方法圖示如下 各種無機金屬陽離子、自由基陰離子和配體的定量和定性分析，可以采用普通的化學(xué)定量、定性分析方法。具體說，金屬陽離子可通過原子吸收光譜、感應(yīng)耦合等離子光譜(ICP)之類方法很容易地測定；硫酸根之類陰離子通過離子色譜也可很容易地測定。
當(dāng)反應(yīng)完成后，乙醇通過冷凝器循環(huán)回收。當(dāng)提取器內(nèi)部壓力降至常壓后，將生成的粗液體產(chǎn)品在連續(xù)攪拌下通過排出口轉(zhuǎn)入到耐酸罐中。然后粗產(chǎn)品通過壓濾機進(jìn)行固液分離，得到所需的溶有無機金屬離子的、清澈的礦液。所得礦液中鹽類的總濃度可以通過采用折光儀之類常規(guī)方法與參比溶液濃度進(jìn)行比較而簡單地加以確定。采用該法測定時，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明礦液中鹽類總濃度平均約在30％～40wt％。
經(jīng)固液分離后得到的副產(chǎn)品淤渣也無需棄置，可以有效利用。淤渣中含有大量的云母、硅酸鹽、二氧化硅等，它們也很容易回收?；厥盏脑颇副缓娓珊螅捎米鹘^熱材料、放射性吸收劑、飼料添加劑、土壤改良劑等等。回收的硅酸鹽，經(jīng)提純后可用作涂料添加劑或硅橡膠、硅油之類的原材料。二氧化硅可作為建材或內(nèi)部裝修材料。而且，固液分離的殘渣本身也可以作無機肥料、土壤改良劑等等。因此，本發(fā)明方法可以稱為無環(huán)境污染的清潔技術(shù)。
本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，將在下面的非限制性實施例中參考附圖
，進(jìn)行詳細(xì)地說明和圖示。附圖示出了按照本發(fā)明的方法從巖石中提取無機金屬離子使用的提取器。
此后，當(dāng)提取器內(nèi)壓降到常壓時，打開排出口3的栓塞3′，將生成的液體轉(zhuǎn)入罐14中。液體通過壓濾機(圖中未示出)。液體中鹽類(無機鹽)的總濃度平均為40％。用蒸餾水稀釋該液體到濃度為23％～25％，然后倒入聚丙烯(PP)瓶中。聚丙烯瓶密封后作為成品上市。成品定量分析的數(shù)據(jù)列于下表2中。
表2
(數(shù)據(jù)來自ICP；韓國化工試驗研究所)實施例2本發(fā)明產(chǎn)品的應(yīng)用(處理皮革加工廠廢水)1、按照常規(guī)活性污泥法以如下方式處理來自漢城城區(qū)皮革加工廠的廢水(1a)向從皮革加工廠收集的0.5噸廢水(原水)中加入30％的硫酸，使其濃度為150～200ppm，液體的pH值達(dá)到4～5。然后把水轉(zhuǎn)移到反應(yīng)罐(提取器)內(nèi)；(1b)向反應(yīng)罐內(nèi)加入500ppm硫酸鐵和200ppm聚合物絮凝劑(購自韓國Seil工業(yè)公司，商品名A101)，與150～200ppm熟石灰一起，使混合物中和到pH值7～8；(1c)這樣處理過的水，轉(zhuǎn)移到初級沉淀罐中，進(jìn)行固液有效分離，同時把生成的絮凝物轉(zhuǎn)入濃縮罐中。然后把以這種方法預(yù)處理過的水送入第二個處理罐中的4個活性污泥罐中，以常規(guī)方式進(jìn)行曝氣(“活性污泥處理”)；(1d)這樣處理過的水送入第二沉淀罐，進(jìn)行固液分離，同時把生成的絮凝物轉(zhuǎn)入濃縮罐中。這一步獲得的水在第三個處理罐中加入100ppmH2O2、150ppm氯化亞鐵(FeCl2)和50ppm陰離子聚合物絮凝劑(購自韓國Hansu公司，商品名Kuniflock PN)，進(jìn)行曝氣處理。所得的水送入第三沉淀罐進(jìn)行固液分離。上層清液按照排放規(guī)定(COD＝BOD＝90ppm)予以排放；(1e)這樣在濃縮罐中所收集的淤泥被濃縮，并采用脫水器脫除水分。水合污泥(hydrated sludge)在污泥焚燒器中處理，而濾液則循環(huán)回初級沉淀罐。
連續(xù)進(jìn)行上述從(1a)到(1e)的步驟需要24～25小時。
2、用按本發(fā)明方法制備的活性礦液以如下方式處理從同一皮革加工廠收集來的廢水(原污水)(2a)向反應(yīng)罐內(nèi)的0.5噸廢水中加入150～200ppm濃度30％的硫酸，使廢水pH值為4～5；(2b)向反應(yīng)罐內(nèi)加入200ppm硫酸鐵和800～1000ppm活性礦液。用熟石灰將pH值調(diào)節(jié)到7～8，再在上述混合物中加入50ppm沉淀劑(購自韓國Hansu公司，商品名Polymer Multipol AG)。這樣預(yù)處理過的水，轉(zhuǎn)入沉淀罐進(jìn)行有效地固液分離，同時把生成的絮凝物送入濃縮罐；(2c)上述步驟獲得的濾液送入反應(yīng)罐，并加入800～1000ppm活性礦液。用熟石灰將混合物的pH值調(diào)節(jié)到7～8，再加入50ppm沉淀劑。所得的混合物送入沉淀罐進(jìn)行固液分離；
(2d)上述處理過的水，通過砂濾，使之可以按照排放標(biāo)準(zhǔn)(COD＝BOD＝90ppm)排放；(2e)收集在濃縮罐中的絮凝物經(jīng)濃縮后，濾液循環(huán)回第二個處理罐。污泥在水合器(hydrator)中脫水后排出。濾液循環(huán)回初級處理罐。
連續(xù)進(jìn)行上述從(2a)到(2e)的步驟需要花費3～4小時。
分別經(jīng)工藝(1)和(2)處理后的水，其分析結(jié)果示于表3。
表3
(注COD和BOD的單位均為ppm)由上述數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)活性污泥法相比，采用本發(fā)明活性礦液處理廢水的工藝，規(guī)模更小，方式更簡單、更省錢，花費時間更短，而廢水凈化程度卻更高。這是因為除了現(xiàn)行工藝中化學(xué)或生物的廢水處理，其采用含Al或Fe離子的無機絮凝劑，例如硫酸鋁、硫酸鐵等以及聚合物絮凝劑，本發(fā)明采用活性礦液，它可以有效分解然后絮凝廢水中含有的蛋白質(zhì)、油脂之類的有機化合物。
本發(fā)明只說明了按照本發(fā)明制備的活性礦液用于廢水處理的好處。但是，預(yù)期礦液也可以方便地應(yīng)用于其它需要提供礦物質(zhì)來源的工業(yè)領(lǐng)域，包括農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和食品工業(yè)。
而且，盡管只列舉花崗巖作為原礦石實施本發(fā)明，但很明顯，本發(fā)明技術(shù)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)，從而應(yīng)用于從其它巖石如滑石中提取各種礦物質(zhì)。
因此，本發(fā)明提供一種能夠簡單地從巖石中提取各種對人類生活有益的礦物質(zhì)而不造成環(huán)境污染的新方法，從而優(yōu)化天然資源的保護和利用。
權(quán)利要求
1.一種從花崗巖中提取活性礦液的方法，包括·在常溫、常壓下將粉碎的花崗巖裝入提取器內(nèi)；·在攪拌下向上述提取器中加入氨水溶液，然后加入稀硫酸；·在80℃以下將98％的乙醇加入提取器，使器內(nèi)壓力提高到2～3kg/cm2，以促進(jìn)絡(luò)合物的形成；以及·在80～85℃時攪拌生成的反應(yīng)混合物20～160分鐘，同時保持提取器的內(nèi)壓。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所說粉碎的花崗巖平均粒度是80～100目。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所說氨水溶液的濃度約為30％。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所說氨水溶液的濃度約為15％～20％。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所說硫酸的濃度為25％～30％。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所說乙醇回收并再度使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從花崗巖之類的巖石中提取活性礦液的方法。該方法包括:在常溫、常壓下將粉碎的花崗巖裝入提取器;在攪拌下向提取器中加入氨水溶液,然后加入稀硫酸;在80℃以下將98%的乙醇加入提取器中,使器內(nèi)壓力提高到2～3kg/cm
文檔編號C22B61/00GK1333382SQ0110925
公開日2002年1月30日 申請日期2001年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月13日
發(fā)明者鄭大圭, 李揆憲 申請人:鄭大圭, 李揆憲