CN101172684A - 利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,将粉煤灰加入到反应釜,同时注入工业盐酸,加入助溶剂,并在反应釜内充分搅拌,加热,将制得的合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出的上清液注入聚合釜,加入聚合剂,充分搅拌,通过聚合反应得到聚合氯化铝铁液体净水剂,本生产工艺流程短,操作简便,生产成本低,经济性能好,降低了原料的使用成本,相比缩短了反应时间,降低了反应能耗。粉煤灰中铝溶出率高,原材料成本低,实现了工业化生产。在反应过程中加入助溶剂促使硅铝键断裂,增加了铝的溶出率,缩短了反应时间,减少了盐酸的用量,降低了生产成本,提高了产品的经济效益。实现了利用粉煤灰生产聚合氯化铝铁的产业化。
Description
技术领域:
本发明涉及一种利用粉煤灰工业化生产净水剂-聚合氯化铝铁的方法,尤其是利用热电厂排放的固体废弃物-粉煤灰为主要原料生产的一种净水剂。该净水剂主要用于工业用水,工业废水,生活污水,饮用水的净化处理。
背景技术:
我国的一些科研机构对粉煤灰基制备聚合氯化铝铁(PAFC)项目进行了研究,在酸溶反应过程中,由于粉煤灰中的硅铝键难以打开,盐酸用量大,铝溶出率低,加入铝酸钙粉生产成本高,产品的经济性能差,不利于产业化实施。而目前生产聚合氯化铝铁(PAFC)的主要原料是铝土矿和铝酸钙粉,铝土矿是陶瓷行业和炼铝的主要原料,是国家不可再生的矿产资源,每吨价格200元以上;铝酸钙粉每吨价格在600-800元左右,以铝土矿为主要原料生产聚合氯化铝铁净水剂需要有球磨和熟化过程,需两步合成,生产流水线长、占地面积大、工艺复杂、生产成本高。
发明内容:
本发明的目的在于为了实现粉煤灰生产聚合氯化铝铁净水剂的产业化,针对上述现有技术的不足,提供一种以热电厂排放的粉煤灰为主要生产原料生产聚合氯化铝铁净水剂的方法。本发明生产的聚合氯化铝铁净水剂中铝、铁成份全部由粉煤灰中溶取,无需加入铝酸钙粉补充产品中铝含量的不足,同时在生产过程中,加入助溶剂,断裂硅铝键,增加了粉煤灰中铝的溶出率,减少了盐酸的用量,缩短了反应时间,降低了反应能耗和生产成本。
本发明的目的由如下技术方案实施:一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,将重量份为20-30份的粉煤灰加入到反应釜,同时注入质量百分比为10%-20%的工业盐酸30份-48份,加入重量份为0.1-1份的助溶剂,并在反应釜内充分搅拌,并加热至80℃-105℃,反应1-3小时,制得合格的料液,将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出的上清液注入聚合釜,加入重量份为0.3-1.5份的聚合剂,将聚合釜密闭,在常温下充分搅拌,通过聚合反应得到聚合氯化铝铁液体净水剂,其中净水剂的盐基度为45-85,PH值为3.5-5.0。
一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,通过聚合反应得到聚合氯化铝铁液体净水剂,将液体净水剂注入干燥系统干燥为固体产品。
一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,所述合格的料液为:氧化铝质量分数为10%以上,氧化铁质量分数为1.0%以上,水不溶物的质量分数为0.5%以下,盐基度是45以上,密度1.18g/cm3以上,PH为3.5以上。
一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,所述助溶剂为氯化钾,或氯化钙,或氯化钠的任一种。
一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,所述聚合剂为氢氧化钠,或氢氧化钙,或碳酸钠,或氨水的任一种。
一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出的上清液注入聚合釜,分离后的粉煤灰废渣注入清水充分搅拌,进行洗涤,洗涤后的液体返回反应釜,作为下次反应溶液的所述工业盐酸的稀释液,可节约盐酸的用量10%;洗涤后的粉煤灰废渣经板式压滤器过滤,运往免烧砖车间制作空心砖或砌块。可降低聚合氯化铝铁PAFC生产成本10%左右。全部生产过程没有废水、废渣排放。
一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,所述工业盐酸是工业废盐酸,或工业盐酸。
本发明的优点在于:生产工艺流程短,为一步合成法,操作简便,生产成本低,经济性能好,降低了原料的使用成本,相比缩短了反应时间,降低了反应能耗。粉煤灰中铝溶出率高,原材料成本低,实现了工业化生产。在反应过程中加入助溶剂促使硅铝键断裂,增加了铝的溶出率,缩短了反应时间,减少了盐酸的用量,降低了生产成本,提高了产品的经济效益。实现了利用粉煤灰生产聚合氯化铝铁的产业化。
产品质量和各项技术指标,水处理效果优于聚合氯化铝,聚合硫酸铝,聚合硫酸铁絮凝剂,水处理成本也大大低于聚炳烯酰胺。为粉煤灰的综合利用开辟了一条新途径,延伸了煤炭产业链,对节约资源,净化环境很有意义。
附图说明:
图1为本发明实施例1的工艺流程图。
图2为实施例2-5的工艺流程图。
实施方式:
实施例1:如图1所示,一种利用粉煤灰工业化生产净水剂-聚合氯化铝铁的方法,将20吨的粉煤灰加入到反应釜,同时注入质量百分比为10%的工业废盐酸30吨,加入重量份为0.5吨的氯化钠,并在反应釜内充分搅拌,将反应釜密闭,防止酸挥发。注入蒸汽进行加热,加热至80℃-95℃,反应1小时,至得到合格的料液,其中合格的料液:氧化铝质量分数为10.4%,氧化铁质量分数为1.5%,水不溶物的质量分数为0.44%,盐基度是45,密度1.19g/cm3,PH=3.5。其中将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出上清液和粉聚合氯化铝铁的煤灰废渣,分离出的上清液注入聚合釜,加入0.3吨的氢氧化钠,将聚合釜密闭,充分搅拌,通过聚合反应得到成品净水剂聚合氯化铝铁的-聚合氯化铝铁,其中净水剂的盐基度为65,PH值为4.5。
实施例2:如图2所示,一种利用粉煤灰工业化生产净水剂-聚合氯化铝铁的方法,将30吨的粉煤灰加入到反应釜,同时注入质量百分比为20%的工业盐酸48吨,加入0.1吨的氯化钾,并在反应釜内充分搅拌,将反应釜密闭,防止酸挥发。注入蒸汽进行加热,加热至90℃-100℃,反应2小时,制得合格的料液,其中合格的料液:氧化铝质量分数为11%,氧化铁质量分数为1.6%,水不溶物的质量分数为0.35%,盐基度是60,密度1.20g/cm3,PH=5.0。其中将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出上清液和粉煤灰废渣,分离出的上清液注入聚合釜,加入重量份为1吨的碳酸钠,将聚合釜密闭,充分搅拌,通过聚合反应得到成品净水剂-聚合氯化铝铁,其中净水剂的盐基度为85,PH值为5.0。将成品净水剂注入干燥系统干燥为固体产品。分离后的粉煤灰废渣注入清水充分搅拌,进行洗涤,洗涤后的液体返回反应釜,作为下次反应溶液的稀释液,可节约盐酸的用量10%;洗涤后的粉煤灰废渣经板式压滤器过滤,运往免烧砖车间制作空心砖或砌块,可降低PAFC生产成本10%左右,全部生产过程没有废水、废渣排放。
实施例3:如图2所示,一种利用粉煤灰工业化生产净水剂-聚合氯化铝铁的方法,将25吨的粉煤灰加入到反应釜,同时注入质量百分比为10%的工业废盐酸48吨,加入0.5吨的氯化钙,并在反应釜内充分搅拌,将反应釜密闭,防止酸挥发。注入蒸汽进行加热,加热至95℃-105℃,反应3小时,至得到合格的料液,其中合格的料液:氧化铝质量分数为11%,氧化铁质量分数为1.9%,水不溶物的质量分数为0.34%,盐基度是65.8,密度1.22g/cm3,PH=4.5。其中将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出上清液和粉煤灰废渣,分离出的上清液注入聚合釜,加入1.4吨的氢氧化钙,将聚合釜密闭,充分搅拌,通过聚合反应得到成品净水剂-聚合氯化铝铁,其中净水剂的盐基度为80,PH值为4.5。将成品净水剂注入干燥系统干燥为固体产品。分离后的粉煤灰废渣注入清水充分搅拌,进行洗涤,洗涤后的液体返回反应釜,作为下次反应溶液的稀释液,可节约盐酸的用量10%;洗涤后的粉煤灰废渣经板式压滤器过滤,运往免烧砖车间制作空心砖或砌块,可降低PAFC生产成本10%左右,全部生产过程没有废水、废渣排放。
实施例4:如图2所示,一种利用粉煤灰工业化生产净水剂-聚合氯化铝铁的方法,将20吨的粉煤灰加入到反应釜,同时注入质量百分比为10%的工业废盐酸48吨,加入0.45吨的氯化钠,并在反应釜内充分搅拌,将反应釜密闭,防止酸挥发。注入蒸汽进行加热,加热至80℃-100℃,反应2.5小时,至得到合格的料液,其中合格的料液:氧化铝质量分数为10.4%,氧化铁质量分数为1.5%,水不溶物的质量分数为0.15%,盐基度是55,密度1.19g/cm3,PH=4.5。其中将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出上清液和粉煤灰废渣,分离出的上清液注入聚合釜,加入1.5吨的氨水,将聚合釜密闭,充分搅拌,通过聚合反应得到成品净水剂-聚合氯化铝铁,其中净水剂的盐基度为83,PH值为5.0。将成品净水剂注入干燥系统干燥为固体产品。分离后的粉煤灰废渣注入清水充分搅拌,进行洗涤,洗涤后的液体返回反应釜,作为下次反应溶液的稀释液,可节约盐酸的用量10%;洗涤后的粉煤灰废渣经板式压滤器过滤,运往免烧砖车间制作空心砖或砌块,可降低PAFC生产成本10%左右,全部生产过程没有废水、废渣排放。
实施例5:如图2所示,一种利用粉煤灰工业化生产净水剂-聚合氯化铝铁的方法,将30吨的粉煤灰加入到反应釜,同时注入质量百分比为17%的工业盐酸30吨,加入0.2吨的氯化钠,并在反应釜内充分搅拌,将反应釜密闭,防止酸挥发。注入蒸汽进行加热,加热至90℃-105℃,反应3小时,至得到合格的料液,其中合格的料液:氧化铝质量分数为10.7%,氧化铁质量分数为1.9%,水不溶物的质量分数为0.24%,盐基度是50,密度1.20g/cm3,PH=4.0。其中将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出上清液和粉煤灰废渣,分离出的上清液注入聚合釜,加入1.5吨的氢氧化钙,将聚合釜密闭,充分搅拌,通过聚合反应得到成品净水剂-聚合氯化铝铁,其中净水剂的盐基度为70,PH值为5.0。将成品净水剂注入干燥系统干燥为固体产品。分离后的粉煤灰废渣注入清水充分搅拌,进行洗涤,洗涤后的液体返回反应釜,作为下次反应溶液的稀释液,可节约盐酸的用量10%;洗涤后的粉煤灰废渣经板式压滤器过滤,运往免烧砖车间制作空心砖或砌块,可降低PAFC生产成本10%左右,全部生产过程没有废水、废渣排放。
实施例6:
以粉煤灰为原料制备聚合氯化铝铁(PAFC)的反应原理工艺条件,及其制备的聚合氯化铝铁对黄河原水、洗煤水、印染水、造纸水、生活污水的处理效果;制备PAFC的生产成本和PAFC的水处理成本。
(1)PAFC产品对黄河水处理效果的测定;
(2)对各种污水、工业废水处理效果的测定和对比;
(3)PAFC生产成本的确定;
(4)PAFC产品水处理成本的确定:
采用的技术标准
中华人民共和国国家标准《水处理剂:聚合氯化铝》GB 15892-2003;
研究成果
通过本发明方法生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂产品对黄河水处理效果的测定
采用本发明方法生产聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂对黄河水作絮凝实验
絮凝实验
取黄河水样于烧杯中,每份试验水样为500mL,用搅拌器搅拌,加入本发明产品PAFC后以200r/min的转速搅拌1min,再以35r/min的转速搅拌13min后静置,观察絮体的状态沉降速度。静置30min后取上清液测定剩余浊度。
投加净水剂量对絮凝效果的影响
本发明方法生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂的投加量是决定絮凝效果的重要因素。按试验方法研究本发明生产的产品PAFC用量对除浊效果的影响,不同投加量下的剩余吸光度与浊度值见表1.1。本发明方法生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂对黄河水的除浊效果并不是随着净水剂投加量的增加而增加,而是在某一范围内有较好的絮凝效果。原因:若投加量不足,净水剂不能与原水中的杂质充分接触,在絮体沉降后,仍有一部分未被絮凝,致使去浊效果不好。若投加过量,则絮体间的架桥作用所必须的粒子表面吸附活性点被絮凝剂所包裹,使架桥所需的粒子表面活性点不足,而使得絮凝剂颗粒间的吸附架桥作用变得困难,以致絮凝效果差。最终得出粉煤灰基絮凝剂PAFC对黄河水,生活污水,造纸废水,印染废水做絮凝试验的最佳投净水剂量为0.1-0.3g/L,此时去浊率为98.48%-100%。
表1.1PAFC不同投药量下的剩余吸光度与浊度值
投药量(g) | 0.01 | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.2 | 0.3 |
吸光度 | 0.015 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 0.007 |
浊度 | 19.06 | 10.06 | 0.5 | 0 | 0 | 8.39 |
去浊率(%) | 93.55 | 95.42 | 100 | 100 | 100 | 98.48 |
目前,我国PAFC净水剂的生产,主要原料是铝土矿。铝土矿是陶瓷制造,炼铝的主要原料,是国家不可再生的矿产资源。而且采用两步合成法生产工艺,生产成本高,流水线长,工艺复杂。利用粉煤灰生产聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂采用一步合成法,生产过程具有工艺流程短,操作简便的特点,是综合利用固体废物一种行之有效的方法。制备出的聚合氯化铝铁产品,其质量指标符合国家工业用水、工业废水、生活污水、饮用水的处理标准。它不仅絮凝效果好,而且其中含有对人体有益的铁元素。无论用于饮水用处理还是用于污水处理,比聚合氯化铝,聚合氯化铁,聚合硫酸铝,聚合硫酸铁絮凝剂用量小、吸附能力强、絮块大、沉降速度快。本发明生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂的投加当量相比其它净水剂:聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁和聚炳烯酰胺的投加当量要小,絮凝效果要好。随着人们生活水平的提高和全球环境保护意识的不断增强,聚合碱式氯化铝铁有可能成为其它净水剂的取代品。
节约用水、治理污水和开发新水源具有同等重要的意义。大力发展水处理化学品对节约用水、治理污水起着重要的作用。
水处理剂属于精细化工的范畴,相对于常用化学品,它具有精细化学品的许多特性,如生产规模一般不大,因此建厂设备投资少,附加产值大;各种产品,尤其是复配产品,具有很强的适用性。
近几年,无机絮凝剂发展迅速,目前主要品种有聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁和聚丙烯酰胺,作为净水剂中的新产品的聚合氯化铝铁研发与应用逐年拓展。经实验,本发明方法生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂用于处理黄河水,其用量显著少于聚合氯化铝(PAC)及其它水处理剂,处理黄河水其费用也大大低于聚丙烯酰胺,本项目生产的产品用于处理洗煤废水,印染水,造纸水,生活污水的测试结果证明,本发明用粉煤灰生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂比聚合硫酸铝,聚合硫酸铁,聚合氯化铁,聚丙烯酰胺净水剂吸附力强,用量小,絮块大,沉降速度快,水处理成本低。经济效益,社会效益,环境效益都很好。
下列表格为本发明生产的PAFC净水剂与其他净水剂性能的比较
本发明方法生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂用于黄河水,其用量显著小于PAC,处理黄河水和其它各种废水,其费用也大大低于聚丙烯酰氨。
表1.2本发明PAFC与PAC处理黄河水的比较
絮凝剂 | 投加量(l) | 黄河水PH | 色度(度) | 浊度(度) | 悬浮物(mg/L) | COD(mg/L) |
PAFC | 0.3 | 7 | 未检出 | 0 | 未检出 | 5 |
PAC | 0.5 | 7 | 未检出 | 3 | 未检出 | 10 |
原水 | / | 7.5 | 45 | 553.71 | 18 | 40 |
表1.3本发明方法生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂与PAC、聚丙烯酰胺处理黄河水成本的比较
出水浊度 | PAFC用量及费用 | PAC用量及费用 | 聚丙烯酰胺用量及费用 | PAFC比PAC节约 | PAFC比聚丙烯酰胺节约 | |||
(×10-6) | (kg/kt水) | (元/kt水) | (kg/kt水) | (元/kt水) | (kg/kt水) | (元/kt水) | (元/kt水) | (元/kt水) |
15 | 120 | 222 | 150 | 277 | 48 | 720 | 55 | 498 |
20 | 110 | 203 | 130 | 241 | 44 | 660 | 38 | 457 |
30 | 80 | 148 | 110 | 203 | 32 | 480 | 55 | 332 |
本发明方法生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂用于处理洗煤水
用本发明净水剂处理高浊度工业废水和洗煤水,可以简化水处理工艺,仅用平流沉降池就能取得较好的效果,经实验研究证明,可将煤泥大于4000mg/L的洗煤废水处理回用,有很好的经济效益和环境效益。
表1.4五种絮凝剂用于煤矿洗煤废水处理结果比较
(1000ml原水,絮凝剂投加量0.03%)
絮凝剂 | PH | 总悬浮物(mg/L) | COD(mg/L) | 总铁(mg/L) | Mn(mg/L) | 絮体沉降 |
本发明PAFC | 6.67 | 88 | 210.2 | 1.22 | 0.38 | 快 |
PAC | 6.6 | 140 | 238.6 | 1.64 | 0.42 | 较快 |
FeSO4 | 6.45 | 134 | 312.5 | 7.89 | 0.65 | 很慢 |
Al2(SO4) | 6.65 | 200 | 431.8 | 1.44 | 0.42 | 慢 |
FeCl3 | 6.48 | 180 | 238.6 | 3.23 | 0.42 | 慢 |
原水 | 7.98 | 4412 | 1374.9 | 10.27 | 0.83 |
本发明生产的聚合氯化铝铁净水剂用于处理印染污水。
用本发明净水剂处理印染废水,废水中的COD、色度的除去率分别为90.5%、86.5%,优于使用PAC的效果。水处理成本低于PAC,也显著低于聚丙烯酰胺
本发明生产的PAFC用于处理造纸废水
用本发明净水剂处理造纸废水时特别研究了其中的Ca的含量对COD除去率的影响。当Fe/Ca比减小时,COD除去率明显提高,但PH值也明显升高。悬浮物除去率为100%,COD除去率为75%-80%之间。
由于各种废水、污水和水源的水质差异,处理时所用的本发明聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂投加量也不同,
表1.5本发明PAFC净水剂处理各种水源、废水成本
污水种类 | 出水浊度(×10-6) | PAFC用量及费用 | |
(kg/水) | (元/kt水) | ||
生活污水 | 15 | 120 | 222 |
黄河水 | 15 | 120 | 222 |
洗煤水 | 20 | 200 | 370 |
印染水 | 30 | 300 | 555 |
造纸水 | 30 | 300 | 555 |
本发明方法生产的聚合氯化铝铁(PAFC)净水剂生产成本主要是工业盐酸。而盐酸可采用18%的工业废酸,其价格在200元左右一吨,成本可大幅降低。
Claims (7)
1.一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,其特征在于,将重量份为20-30份的粉煤灰加入到反应釜,同时注入质量百分比为10%-20%的工业盐酸30份-48份,加入重量份为0.1-0.5份的助溶剂,并在反应釜内充分搅拌,并加热至80℃-105℃,反应1-3小时,制得合格的料液,将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出的上清液注入聚合釜,加入重量份为0.3-1.5份的聚合剂,将聚合釜密闭,在常温下充分搅拌,通过聚合反应得到聚合氯化铝铁液体净水剂,其中净水剂的盐基度为45-85,PH值为3.5-5.0。
2.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,其特征在于,通过聚合反应得到液体净水剂一聚合氯化铝铁之后,将液体净水剂注入干燥系统干燥为固体产品。
3.根据权利要求1所述的一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,其特征在于,所述合格的料液为:氧化铝质量分数为10%以上,氧化铁质量分数为1.0%以上,水不溶物的质量分数为0.5%以下,盐基度是45以上,密度1.18g/cm3以上,PH为3.5以上。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,其特征在于,所述助溶剂为氯化钾,或氯化钙,或氯化钠的任一种。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,其特征在于,所述聚合剂为氢氧化钠,或氢氧化钙,或碳酸钠,或氨水的任一种。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,其特征在于,将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出的上清液注入聚合釜,分离后的粉煤灰废渣注入清水充分搅拌,进行洗涤,洗涤后的液体返回反应釜,作为下次反应溶液的所述工业盐酸的稀释液;洗涤后的粉煤灰废渣经板式压滤器过滤,运往免烧砖车间制作空心砖或砌块。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种利用粉煤灰工业化生产聚合氯化铝铁净水剂的方法,其特征在于,所述工业盐酸是工业废盐酸,或工业盐酸。
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