CN102557208A - 用赤泥和硫酸亚铁制备聚硅酸铝铁复合絮凝剂的方法 - Google Patents

Abstract

一种用赤泥和硫酸亚铁制备聚硅酸铝铁复合絮凝剂的方法，包括以下步骤：将赤泥、硫酸亚铁、碱按重量比1∶0.6～1.3∶0.4～0.9充分混合，将混合物在700-1000℃温度条件下焙烧，冷却；冷却后的产物与体积比为1∶1的盐酸按重量比1∶4～25在40～95℃温度下酸浸；将酸浸产物进行离心分离，滤液陈化后得到聚硅酸铝铁复合絮凝剂。本发明工艺流程简单、投资少，操作费用低；合成的产品综合了铝系和铁系絮凝剂的优点，稳定性和净水效果好；同时本发明为赤泥和生产钛白粉的副产物硫酸亚铁的利用提供了新的途径，提高了资源利用率，具有很好的经济效益，环境效益和社会效益。

Description

用赤泥和硫酸亚铁制备聚硅酸铝铁复合絮凝剂的方法

技术领域

本发明涉及一种水处理用的高分子絮凝剂的制备方法，具体地涉及一种用赤泥和硫酸亚铁制备聚硅酸铝铁复合絮凝剂的方法。

背景技术

混凝是目前水处理领域中应用最广泛的单元技术之一。凡是以地表水作为城镇饮用水或工业用水水源的净化处理，各种工业废水、城市污水的处理，油田地下水回注及污泥处置，以及城市、工业回用水深度处理等，都常常将混凝作为水处理工艺流程中的前置关键单位技术，即作为污染杂质分离去除的前处理过程。但是，混凝处理效果的好坏在很大程度上不仅决定后续处理流程的运行状况，而且更会影响到全工艺流程的出水质量以及处理成本。

为了能够使混凝技术在去除水体中的各种污染物方面发挥重要作用，必须要发展三方面技术，包括高效混凝剂、适于高效混凝剂混凝特性的高效混凝反应器以及与高效药剂和反应器配伍的自动加药控制系统。其中，研制高效混凝剂是当前混凝技术领域的重要发展方向。在实际中研制高效混凝剂的核心价值在于：最大限度地降低药剂用量和技术费用并切实达到预期最佳或可以接受的净水效果。

目前，混凝过程中主要使用无机聚合类絮凝剂。目前普遍使用的无机聚合类絮凝剂有铝系和铁系两大类，它们的典型代表分别是聚合氯化铝和聚合硫酸铁。聚合氯化铝处理生活污水和一般的工业废水具有混凝性能好、絮体大且易沉淀、药剂用量少、适用范围广等优点，但其对含有较高的COD、色度和pH的造纸废水和印染废水的脱色效果差。另外，在净化饮用水方面，聚合氯化铝处理后的水存在残留铝偏高易使人体致病的问题；聚合硫酸铁在处理含氟废水、高氟饮用水以及含重金属废水等方面具有很好的效果，与铝盐相比，铁盐絮体更加密实，产生的污泥体积更少，但其应用范围由于铁盐的颜色受到限制。

聚硅酸铝铁絮凝剂是在传统铝盐、铁盐及聚硅酸等絮凝剂的基础上发展起来的一类新型无机高分子复合絮凝剂，它同时具有电中和及吸附架桥作用。由于其具有混凝效果好、原料来源广、价格便宜和处理后水中的残留物少等优点，成为国内外无机高分子混凝剂研究的热点。

赤泥是用铝土矿提炼氧化铝生产过程中的一种矿物残渣。根据铝土矿的品位不同，每生产1t氧化铝可产生0.5-0.6t赤泥。目前，全世界铝工业每年产生赤泥超过7000万吨，中国铝工业每年产生赤泥达到100-200万吨，这意味着赤泥的产生量是相当大的。大量的赤泥主要采用陆地堆存的方法进行处理，不但占用农田，耗费巨额的堆场建设和维护管理费用，而且由于其属于强碱废渣，在堆存过程中容易产生高碱度污水，使赤泥堆场周围的地下水或进入地表水pH升高，造成严重的水污染。赤泥堆场表面风干的扬尘还直接影响区域环境空气质量。总之，赤泥的长期堆存对生态环境及人民的生产、生活产生严重的危害，同时也制约着氧化铝生产的发展。所以，赤泥的综合回收与利用已成为发展我国氧化铝工业的重要课题，也是我国环保研究领域中热门的课题之一。如何充分开发利用赤泥，提高其利用的附加值，使之变废为宝，这是当今技术领域要解决的难题。

硫酸亚铁是硫酸法钛白粉生产中的固体废弃物。近年来我国钛白企业快速发展，钛白粉产量很大，因此硫酸亚铁的产生量也相当大。例如，2009年我国钛白粉总产量为104.66万吨，按照每生产1t钛白粉可产生3～3.2t的七水硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)计算，2009年我国硫酸亚铁的产生量就达到313.98～334.912t。这些硫酸亚铁部分用于饲料添加剂、净水剂、农用化肥外，部分可生产氧化铁红颜料，但大部分作为废弃物无法有效加以利用。因此，钛白粉厂的副产物硫酸亚铁的综合利用和环境污染也是当今技术领域要解决的难题。迄今为止，未见到采用赤泥和硫酸亚铁制备聚硅酸铝铁絮凝剂的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用氧化铝工业废渣赤泥和生产钛白粉的副产物硫酸亚铁为主要原料制备聚硅酸铝铁复合絮凝剂的方法。

为实现上述目的，本发明提供的用赤泥和硫酸亚铁制备聚硅酸铝铁复合絮凝剂的方法，包括以下步骤：

1)将赤泥、硫酸亚铁、碱按重量比1∶0.6～1.3∶0.4～0.9充分混合，将混合物在700-1000℃温度条件下焙烧，冷却；

2)冷却后的产物与体积比为1∶1的盐酸按重量比1∶4～25在40～95℃温度下酸浸；

3)将酸浸产物进行离心分离，滤液陈化后得到聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

所述的方法中，赤泥使用前先粉碎至50-300目的粒径。

所述的方法中，硫酸亚铁是钛白粉的副产物。

所述的方法中，步骤1中的焙烧时间为0.5-2.5小时。

所述的方法中，步骤2中的酸浸时间为2-5小时。

所述的方法中，步骤3中的滤液陈化是在室温下静置陈化。

所述的方法中，滤液陈化时间为1-2小时。

本发明的积极有益效果是：

1)本发明所制备的聚硅酸铝铁复合絮凝剂，是一种水处理用高分子絮凝剂，是以氧化铝工业废渣赤泥和钛白粉副产物硫酸亚铁为主要原料，经过焙烧、酸浸、离心、聚合生成产品。该产品综合了聚合硅酸和铝系、铁系絮凝剂的优点，在具有吸附架桥和电中和作用的同时，具有分子聚合度大、多组分协同发挥作用的特点，其稳定性和净水效果优良，可广泛应用于城市污水和工业废水等的混凝工艺中，并且处理后的水不存在残留铝和色度偏高的问题。

2)本发明用赤泥和硫酸亚铁生产聚硅酸铝铁复合絮凝剂的方法，利用工业固体废物赤泥和硫酸亚铁作为原料，生产成本低，产品附加值高，为赤泥和硫酸亚铁的综合利用提供了新的途径，因此具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。

3)本发明用赤泥和硫酸亚铁生产聚硅酸铝铁复合絮凝剂的方法，工艺简单，流程短，生产成本低，投加量少，产品稳定性好，市场竞争力强。

4)本发明方法所制备的聚硅酸铝铁复合絮凝剂产品，通过各种模式和实际废水处理的混凝试验，结果表明该产品絮凝效果好，絮体大而密实，絮体沉降时间短，与同类产品相比具有较好的降浊、脱色以及去除COD的效果，去除效果最佳。

具体实施方式

本发明鉴于赤泥和硫酸亚铁含有聚硅酸铝铁组成元素的特点，利用赤泥和硫酸亚铁制备聚硅酸铝铁复合絮凝剂。本发明的主要技术内容在于：将粉碎至一定粒径的赤泥与硫酸亚铁、工业纯碱按一定比例混合后在高温下焙烧，在自然冷却下，将焙烧产物用盐酸在一定温度下酸浸后分离，液态的产物经过室温陈化后得到本发明制备的聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

其具体步骤为：

1)将赤泥粉碎至粒径为50-300目。

2)将赤泥、硫酸亚铁、工业纯碱按重量比1∶0.6～1.3∶0.4～0.9充分混合，再将混合物在700-1000℃温度条件下，焙烧0.5-2.5小时，然后自然冷却。

3)将步骤2冷却后的产物与体积比为1∶1的工业盐酸按重量比1∶4～25在40～95℃温度条件下搅拌酸浸2-5小时。

4)将步骤3中酸浸产物进行离心分离，滤液经过室温静置陈化1-2小时后即为本发明制备的聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

本发明所制备的聚硅酸铝铁复合絮凝剂固体溶出率达到90-96％，并且4个月内未出现凝胶，产品性能比较稳定。

下面结合用赤泥和钛白粉副产物硫酸亚铁生产聚硅酸铝铁复合絮凝剂的实施例，对本发明作详细说明。

实施例1

首先将赤泥粉碎至粒径为100目，然后称取1Kg赤泥、1Kg硫酸亚铁和0.5Kg纯碱充分混合，将上述混合物在900℃温度条件下焙烧1小时，自然冷却至室温，再将焙烧产物用体积比为1∶1的工业盐酸25Kg在90℃温度条件下搅拌酸浸2小时，最后将酸浸产物进行离心分离，滤液经过室温静置陈化1小时后得到聚硅酸铝铁复合絮凝剂，产品保存3个月未出现凝胶。

实施例2

首先将赤泥粉碎至粒径为200目，然后称取1.5Kg赤泥、1.95Kg硫酸亚铁和1.2Kg纯碱充分混合，将上述混合物在800℃温度条件下焙烧2小时，自然冷却至室温，再将焙烧产物用体积比为1∶1的工业盐酸70Kg在60℃温度条件下搅拌酸浸4小时，最后将酸浸产物进行离心分离，滤液经过室温静置陈化2小时后得到聚硅酸铝铁复合絮凝剂，产品保存3个月未出现凝胶。

实施例3

首先将赤泥粉碎至粒径为80目，然后称取2Kg赤泥、2.4Kg硫酸亚铁和1.4Kg纯碱充分混合，将上述混合物在700℃温度条件下焙烧2.5小时，自然冷却至室温，再将焙烧产物用体积比为1∶1的工业盐酸100Kg在80℃温度条件下搅拌酸浸5小时，最后将酸浸产物进行离心分离，滤液经过室温静置陈化1小时后得到聚硅酸铝铁复合絮凝剂，产品保存3个月未出现凝胶。

实施例4

用实施例1制备的保存了至少1个月后的聚硅酸铝铁复合絮凝剂产品与市售的同类产品聚合氯化铝、聚合硫酸铁处理实际造纸废水，造纸废水的COD为415mg/L，色度为350倍，浊度为400NTU。实验结果表明，在絮凝剂投加量均为100mg/L条件下，聚硅酸铝铁、聚合氯化铝和聚合硫酸铁对COD的去除率分别为85.4％，79.5％和76.5％，对色度的去除率分别为88.4％，86.5％和83.5％。在相同条件下，当絮凝剂对COD和色度的去除率均达到80％从而满足造纸废水的后续生化处理的进水要求时，聚硅酸铝铁、聚合氯化铝和聚合硫酸铁的投加量分别为80mg/L，90mg/L和100mg/L，制备的聚硅酸铝铁复合絮凝剂的投加量明显低于市售同类产品聚合氯化铝和聚合硫酸铁的投加量。在相同条件下，三种絮凝剂的沉降性能比较见表1，由表1可见制备的聚硅酸铝铁复合絮凝剂的沉降性能明显优于市售同类产品聚合氯化铝和聚合硫酸铁的沉降性能。

表1三种絮凝剂的沉降性能比较

Claims (7)

1.一种用赤泥和硫酸亚铁制备聚硅酸铝铁复合絮凝剂的方法，包括以下步骤：

1)将赤泥、硫酸亚铁、碱按重量比1∶0.6～1.3∶0.4～0.9充分混合，将混合物在700-1000℃温度条件下焙烧，冷却；

2)冷却后的产物与体积比为1∶1的盐酸按重量比1∶4～25在40～95℃温度下酸浸；

3)将酸浸产物进行离心分离，滤液陈化后得到聚硅酸铝铁复合絮凝剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，赤泥使用前先粉碎至50-300目的粒径。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，硫酸亚铁是钛白粉的副产物。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1中的焙烧时间为0.5-2.5小时。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2中的酸浸时间为2-5小时。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3中的滤液陈化是在室温下静置陈化。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其中，滤液陈化时间为1-2小时。