CN101973589A

CN101973589A - 一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法

Info

Publication number: CN101973589A
Application number: CN 201010533311
Authority: CN
Inventors: 林春绵; 何卓; 李雁
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Rizhao Gaoyuan Auto Parts Co ltd; Shenzhen Chengze Information Technology Co ltd
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: CN101973589B

Abstract

本发明公开了一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法：将硫铁矿废水处理污泥加热烘干后碾碎，得干污泥粉末，加入酸溶液，50～80℃下搅拌10～30min，离心，弃去沉淀物，得酸提取液，在酸提取液中添加硫酸亚铁，滴加浓硫酸调节pH至0.6～1.0，加入氧化剂，30～60℃下搅拌反应1～2h，制得聚合硫酸铁铝；本发明有益效果主要体现在：本发明不仅解决了硫铁矿废水及处理污泥的环境污染问题，同时利用硫铁矿废水及处理污泥中的有用成分制备聚合硫酸铁铝，实现了废物的资源化处理；本发明方法可广泛应用于硫铁矿废水及处理污泥的资源化利用，具有明显的社会和环境效益。

Description

一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种制备聚合硫酸铁铝的方法，特别涉及一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法。

(二)背景技术

硫铁矿是世界上一种丰富的矿产资源，主要是由地幔中的硫与地壳中的铁及其它杂质元素如Al、Mn、Cu等在适宜的地球化学条件下，经过成千上万年的成矿演化(热液、沉积、生物、变质、复合等模式)而形成，硫铁矿的主要成分是FeS₂(黄铁矿、白铁矿)、FeS(磁黄铁矿)，同时还含有Al、Zn、Cu、Pb等金属元素。在采掘过程中硫铁矿与大气接触(即使在闭矿后，地表水渗漏也能将溶解氧带入矿坑)，在微生物的作用下，会在矿坑中产生大量的酸性废水。

硫铁矿废水的主要特点是酸性强，含盐量高，且潜在色度大。其pH值在1～4之间；含有大量的Fe²⁺、Fe³⁺、SO₄ ^2-，还有少量其他的金属离子如Al³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等；由于废水暴露空气后形成大量的Fe³⁺，所以废水呈现铁红色。因此，硫铁矿废水如果不加处理直接排入水体，不仅会使水体的pH值发生变化，抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体的自净，严重污染矿区周围的水体；而且会与水体中的矿物质相互作用生成某些盐类，对淡水生物和植物的生长有不良影响；最严重的是，硫铁矿废水长期渗透到地下，会使地下水受到污染。

硫铁矿废水是除了生活污水、工业废水之外的又一大自然产生的废水，其产生的水污染问题已引起了国内外学者的广泛关注。我国的硫铁矿分布较广，随着硫铁矿采矿业的发展，硫铁矿废水产生量大，硫铁矿废水的处理已成为急需解决的问题。

目前，硫铁矿废水的处理方法主要有中和法、硫化沉淀浮选法、微生物法、人工湿地法、电化学处理技术、铁氧体处理技术和离子交换法等。中和法就是向酸性废水中投入碱中和剂，利用酸碱的中和反应增加废水的pH值，并使重金属离子与氢氧根离子发生反应，生成难溶的重金属氢氧化物沉淀而净化污水。传统的中和剂主要是石灰或石灰乳，也可用碱性废液或废渣(电石渣、石灰渣)。目前，在国内硫铁矿废水基本上沿袭石灰乳中和法。位于浙江省龙游县的巨化黄铁矿产生的硫铁矿废水即采用本法。在国外，美国环保局认为石灰石加石灰乳串联工艺处理含重金属离子的矿山酸性废水是最经济的方法。在日本，处理酸性废水通常使用石灰石作中和剂，使pH达到5左右，再加入中和剂石灰，使pH继续升高，即通过所谓的二段中和法处理含重金属离子的酸性废水。

中和法可处理任何浓度、任何性质的酸性矿山废水，其具有操作简单，管理方便，处理费用低的优点。但是硫铁矿废水中和法处理后生成的污泥较多，含大量的硫酸钙、铁的氢氧化物和铝的氢氧化物，且不易脱水，容易造成二次污染。

目前，普遍使用的无机高分子絮凝剂有铁系和铝系两大类，聚合硫酸铝和聚合硫酸铁分别是铝系和铁系的典型代表，两者有着不同的絮凝特性。聚合硫酸铝水解弱，絮凝体积小，疏松，沉降慢，但残余色度小；而聚合硫酸铁水解强，絮凝体积大，密实，沉降快，强度好，但残余色度大。若二者复合成共聚型絮凝剂聚合硫酸铁铝，则可优势互补，使初凝时间、矾花大小、沉降速度优于聚合硫酸铝，而出水色度优于聚合硫酸铁。

本方法从绿色化学废物资源化理念出发，不仅力求解决硫铁矿废水及处理污泥的环境污染问题；更是以硫铁矿废水及处理污泥为原料制备聚合硫酸铁铝，从而真正达到环境与经济的和谐发展。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种资源化利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法。

由于硫铁矿废水及处理污泥中含有大量的Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺、SO₄ ^2-离子，类比聚合硫酸铁铝的生产原料，可利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝。

本发明采用的技术方案是：

一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法，所述的方法按照以下步骤进行：将硫铁矿废水处理污泥加热烘干后碾碎，得干污泥粉末，加入酸溶液，50～80℃下搅拌10～30min，离心，弃去沉淀物，得酸提取液，在酸提取液中添加硫酸亚铁，滴加浓硫酸调节pH至0.6～1.0，加入氧化剂，30～60℃下搅拌反应1～2h，制得聚合硫酸铁铝；所述的酸溶液的体积用量以干污泥粉末的质量用量计为2.4～4.4mL/g，所述的氧化剂为过氧化氢水溶液；所述的氧化剂物质的量用量以干污泥粉末的质量计为0.0054～0.0072mol/g；所述的硫酸亚铁与干污泥粉末的质量比为1.5～2∶1，所述的酸溶液的质量浓度为14％～21％。

聚合机理：

2Fe₂(SO₄)₃+2nH₂O＝2Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2+nH₂SO₄ 公式(1)

m[Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2]＝[Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2]_m 公式(2)

所述的酸溶液是硫铁矿废水与质量浓度98％浓硫酸体积比7～11∶1的混合溶液。

所述的氧化剂为质量浓度10～30％过氧化氢溶液。

所述污泥加热烘干方法为：烘干温度60～100℃，烘干时间24～72小时。

具体的，本发明一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法，推荐按照以下步骤进行：取硫铁矿废水处理污泥，放入恒温烘箱中，60～100℃烘24～72h，碾碎，待用；取烘干后的污泥，加入酸溶液，50～80℃下搅拌10～30min，离心10～30min，弃去沉淀物；在酸提取液中加入硫酸亚铁75～100g，并用质量浓度98％的浓硫酸调节酸提取液的pH至0.6～1.0；水浴加热30～60℃，以1～3mL/min的速度加入10～30％过氧化氢，搅拌反应1～2h，制得聚合硫酸铁铝；所述的酸溶液的体积用量以干污泥粉末的质量计为2.4～4.4mL/g；所述的硫酸亚铁与干污泥粉末的质量比为1.5～2∶1；所述的过氧化氢物质的量用量以干污泥粉末的质量计为0.0054～0.0072mol/g；所述的电动搅拌转速为50～150r/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：

本发明不仅解决了硫铁矿废水及处理污泥的环境污染问题，同时也利用了硫铁矿废水及处理污泥中的有用成分制备聚合硫酸铁铝，实现了废物的资源化处理；本发明方法可广泛应用于硫铁矿废水及处理污泥的资源化利用，具有明显的社会和环境效益。

(四)附图说明

图1为资源化利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的的工艺流程图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1

取500g硫铁矿废水处理污泥，放入恒温烘箱中，80℃烘48h，碾碎得干污泥粉末，待用。取50g干污泥粉末，加入170mL酸溶液(硫铁矿废水与浓硫酸体积比9∶1)，70℃，电动搅拌20min，离心分离20min，弃去沉淀物。将酸提取液移至反应器中，加入80g七水合硫酸亚铁，用质量浓度98％的浓硫酸调节酸提取液的pH值0.9。水浴加热45℃，以1mL/min的速度加入30mL30％过氧化氢溶液(0.288molH₂O₂)，电动搅拌器转速150r/min，反应时间1.5h，制得聚合硫酸铁铝199.5g。

实施例2

加入质量浓度98％的浓硫酸调节酸提取液的pH值0.7，其他操作同实施例1，制得聚合硫酸铁铝198.6g。

实施例3

水浴加热55℃，其他操作同实施例1，制得聚合硫酸铁铝188.1g。

实施例4

反应时间2h，其他操作同实施例1，制得聚合硫酸铁铝192.7g。

实施例5

以1mL/min的速度加入45mL20％过氧化氢溶液(0.288molH₂O₂)，其他操作同实施例1，制得聚合硫酸铁铝204.6g。

实施例6

以2mL/min的速度加入45mL20％过氧化氢溶液(0.288molH₂O₂)，其他操作同实施例1，制得聚合硫酸铁铝201.6g。

实施例7

搅拌器转速100r/min，其他操作同实施例1，制得聚合硫酸铁铝204.2g。

实施例8

加入220mL酸溶液(硫铁矿废水与浓硫酸体积比9∶1)，其他操作同实施例1，制得聚合硫酸铁铝197.6g。

实施例9

加入100g七水合硫酸亚铁，以1mL/min的速度加入37.5mL30％过氧化氢溶液(0.36molH₂O₂)，其他操作同实施例1，制得聚合硫酸铁铝205.7g。

按照《中华人民共和国化工行业标准——水处理剂聚合硫酸铁》(HG/T 2153-91)检验实施例1～9制备所得聚合硫酸铁铝，各项指标均能达到或高于合格品标准，实施例2～9检验结果与实施例1基本相同，结果见表1。

表1实施例1所制备的硫酸铁铝的检验结果

Claims

1.一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法，其特征在于所述的方法按照以下步骤进行：将硫铁矿废水处理污泥加热烘干后碾碎，得干污泥粉末，加入酸溶液，50～80℃下搅拌10～30min，离心，弃去沉淀物，得酸提取液，在酸提取液中添加硫酸亚铁，滴加浓硫酸调节pH至0.6～1.0，加入氧化剂，30～60℃下搅拌反应1～2h，制得聚合硫酸铁铝；所述的酸溶液的体积用量以干污泥粉末的质量用量计为2.4～4.4mL/g，所述的氧化剂为过氧化氢水溶液；所述的氧化剂的物质的量用量以干污泥粉末的质量计为0.0054～0.0072mol/g；所述硫酸亚铁与干污泥粉末的质量比为1.5～2∶1，所述的酸溶液的质量浓度为14～21％。

2.如权利要求1所述的一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法，其特征在于所述的酸溶液是硫铁矿废水与质量浓度98％浓硫酸以体积比7～11∶1的混合溶液。

3.如权利要求1所述的一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法，其特征在于所述的氧化剂为质量浓度10～30％过氧化氢溶液。

4.如权利要求1所述的一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法，其特征在于所述污泥加热烘干方法为：烘干温度60～100℃，烘干时间24～72小时。

5.如权利要求1所述的一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法，其特征在于所述方法按照以下步骤进行：取硫铁矿废水处理污泥，放入恒温烘箱中，60～100℃烘24～72h，碾碎，得干污泥粉末；取干污泥粉末，加入酸溶液，50～80℃下电动搅拌10～30min，离心10～30min，弃去沉淀物；在酸提取液中加入硫酸亚铁75～100g，并用质量浓度98％的浓硫酸调节酸提取液的pH至0.6～1.0；水浴加热30～60℃，以1～3mL/min的速度加10～30％过氧化氢，电动搅拌反应1～2h，制得聚合硫酸铁铝，所述的酸溶液的体积用量以干污泥粉末的质量计为2.4～4.4mL/g；所述的硫酸亚铁与干污泥粉末的质量比为1.5～2∶1；所述的过氧化氢物质的量用量以干污泥粉末的质量计为0.0054～0.0072mol/g。

6.如权利要求1或5所述的一种利用硫铁矿废水及处理污泥制备聚合硫酸铁铝的方法，其特征在于所述的电动搅拌转速为50～150r/min。