煤炭学报

作者：李兰廷, 王 琦, 寇丽红, 王吉坤, 解 炜, 刘 敏, 李文博,

关键词：矿井水, 除氟, 羟基磷灰石, 除氟工艺, 吸附机理,

水中过量的氟离子会对人体造成危害，羟基磷灰石( Hydroxylapatite，HAP ) 是一种理想的新 型环境功能除氟材料。 针对矿井水中氟含量超标的问题，采用 HAP 滤料吸附工艺，通过吸附柱动 态实验，考察了空床接触时间(Empty bed contact time，EBCT)、进水滤速、pH 及进水中氟离子质量 浓度等主要因素对含氟矿井水吸附除氟性能的影响;通过 SEM-EDS，FT-IR 等微观表征，探讨分析 了 HAP 滤料对水中氟离子的吸附机理。 结果表明，HAP 的除氟主要是滤料晶体表面的羟基与水 中氟离子的吸附置换反应，同时也存在一定程度的 HAP 的分解反应，反应后 HAP 滤料表面 Ca ∶ P ∶ F(物质的量比)≈5 ∶ 3 ∶ 1，羟基磷灰石主要变成了氟磷灰石。 空床接触时间越长除氟效果越 好，但将 EBCT 增长至 80 min 后，再增加 EBCT 来降低水中的氟化物含量将会很困难;进水滤速越 高出水效果越差，当滤速超过 0.37 m / h 时，会导致水中氟离子与滤料的接触时间相对减少，因氟离 子向滤料晶体结构内部迁移的速度较慢，使得滤料表面处于“ 饱和吸附” 的状态，而内部的晶格羟 基却未得到充分利用;出水中氟离子的质量浓度随进水中氟离子质量浓度的增加而升高，进水氟离 子质量浓度升高则水中氟离子的质量浓度传质推动力增大，但滤料晶体表面的氟离子向晶格内部 的迁移为控制步骤，速率较慢;过高的酸度与碱度均对除氟效果有负面的影响，酸性环境下氟离子 在水溶液中较难电离，碱性条件下 OH- 与氟离子存在竞争吸附，均不利于氟离子的脱除。 最佳的 除氟工艺条件是:EBCT 为 80 min，进水滤速为 0.37 m / h，进水 pH 为 7.5 左右。 在此条件下，进水氟 离子质量浓度为6.0 mg / L 左右时，出水中氟离子质量浓度可在低于 1.0 mg / L 的达标情况下稳定运 行。 进水滤速为 0.21 m / h 时可连续达标处理水量达到滤料床体积的 309 倍，稳定运行阶段的氟离 子脱除率可高达 97.5%以上，该羟基磷灰石滤料可作为矿井水除氟的优良吸附剂。

来源：2022年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2022年第11期