CN102910717A - 聚硅酸氯化铁絮凝剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

聚硅酸氯化铁絮凝剂的制备方法。其特征包括以下步骤：1）聚合氯化铁的制备：取赤铁矿粉，以工业盐酸加入其中，在75~95℃进行氧化反应，过滤，得到三氯化铁溶液；调节所述的三氯化铁溶液的pH值在1.2~1.6之间，熟化，得到聚合氯化铁溶液；2）聚硅酸的制备：用稀硫酸逐步加入到硅酸钠溶液中，调节其pH值为1.8~2.2，活化，得聚硅酸溶液；3）聚硅酸氯化铁的制备：将聚合氯化铁溶液与聚硅酸按铁硅物质的量比为1:1进行混合，在温度为38~42℃的条件下，调节所述的混合溶液的pH值为1.8~2.2，陈化，制得聚硅酸氯化铁溶液。用本发明方法制备的絮凝剂具有原料易得、工艺简单、成本低、生产使用安全、效果优异的优点。

Description

聚硅酸氯化铁絮凝剂的制备方法

技术领域

本发明是聚硅酸氯化铁絮凝剂的制备方法，属于水的净化、废水处理技术领域。

背景技术

水资源问题在全世界被引起广泛的关注，1998年世界环境与发展委员会（WCED）提出：水资源正在取代石油，可能成为在引起全世界范围内危机的主要问题。我国是一个干旱、缺水相对较严重的国家，水资源总量名列世界第6位，为28405亿m³，人均只有2210m³，仅为世界平均水平的1/4，而全球有13个人均水资源最贫乏的国家，我国就是其中一个。目前据统计中国全国669座城市中有400座供水不足，其中110座严重缺水。水资源短缺已经成为中国，特别是中国北方地区经济社会发展的重要制约因素，水资源的形势十分严峻。

多年来尽管政府部门和企业在水资源的可持续利用，水污染控制方面做了大量的工作，但也仅仅是体现于废水和主要污染物排放得到基本遏制，很多问题没有得到真正的解决。而这种水资源短缺和水污染并存的局面，严重威胁着人们的生活和经济的可持续发展。因此，只有对排放废水进行有效净化和回用，才能使我们有限的水资源满足人们日益增长的生产和生活的需要。

絮凝法由于高效、简单而又经济，已成为重要的水处理方法或前置单元操作技术，在水处理中占有极其重要的地位。现在的絮凝剂主要分为无机絮凝剂与有机絮凝剂。其中有机高分子絮凝剂与无机高分子絮凝剂相比，虽然具有用量少、絮凝速度快、受其共存盐类和体系pH值及环境温度影响小、生成污泥量少且易处理等优点，但是，大都存在一定的毒性，严格来说不适宜在饮用水中进行应用。无机高分子絮凝剂是60年代后在传统的铝盐、铁盐的基础上发展起来的一类新型的水处理药剂，但由于铝离子有潜在的毒性，因此也不适宜在饮用水处理中使用，因此，近年来，含铁的无机高分子絮凝剂成为水处理药剂研究中的热点。20世纪90年代初期，人们开始了对聚硅酸铁盐的研制。经研究发现，该絮凝剂具有pH值适用范围广、絮凝沉降速度快、安全、无毒等有点。

目前，应用较为广泛的含铁的絮凝剂主要有三氯化铁、聚合硫酸铁以及聚合氯化铁。其中，三氯化铁以及聚合硫酸铁的生产工艺较为成熟，被广泛应用。但是三氯化铁中游离酸含量较高，在应用过程中，对设备具有腐蚀性，因此，应用受到很大的限值。而聚合硫酸铁，相对与三氯化铁，其生产工艺较为复杂，并且采用较多的是用工业硫酸、硫酸铁，硅酸钠等为原料进行制备，生产过程存在一定的危险性，造成其生产成本较高。聚合氯化铁由于它的稳定性较差，一直在市场上没有得到广泛的应用。

在CN1266819A中曾报道，用酸洗废液制备聚合氯化铁絮凝剂，该方法需要补加铁屑，还要用酸调节其碱化度。但是对于其原料而言会受一定的限值，因为在钢铁工业中能产生的铁屑量是一定，并且在使用之前需要进行一定的处理，否则会对环境产生不利影响，这使生产工艺上又要多了一步，耗费人力物力，不经济。而在CN1210818A中提到的聚硅酸氯化铁的制备方法，直接用三氯化铁为原料制备聚合氯化铁，再与聚硅酸复合，此方法成本较高，工艺也较复杂。CN101003390A是以工业酸洗废液和氧化铁皮为主要原料，据有关资料表明，工业酸洗废液，其悬浮物、浊度、pH值均会严重超标，可造成严重的环境污染，因此，根据此方法所述，在进行利用前应对其进行一定的处理，才能到达理想的效果，使得在制备的工程中需要增加格外的成本，也不经济。

发明内容

本发明聚硅酸氯化铁絮凝剂的制备方法，能解决上述方法的缺点，本方法具有

原料容易

得到、工艺简单、成本低，效果优于常规絮凝剂的优点。本发明是按以下技术方案实现的，本发明聚硅酸氯化铁絮凝剂的制备方法的特征包括以下步骤：

1）聚合氯化铁的制备：取赤铁矿Fe₂O₃粉，以浓度为6~8mol/L的工业盐酸加入其中，在75~95℃水浴加热器中进行氧化反应，搅拌2~3小时，然后过滤，得到三氯化铁溶液；在38~42℃水浴中用氢氧化钠调节所述的三氯化铁溶液的pH值在1.2~1.6之间，搅拌反应28~32分钟，熟化24小时，得到聚合氯化铁溶液；

2）聚硅酸的制备：用稀硫酸逐步加入到硅酸钠溶液中，调节其pH值为1.8~2.2，活化28~32分钟，得聚硅酸溶液；

3）聚硅酸氯化铁的制备：将聚合氯化铁溶液与聚硅酸按铁硅物质的量比为1:1进行混合，在温度为38~42℃的条件下，调节所述的混合溶液的pH值为1.8~2.2，陈化2小时，制得聚硅酸氯化铁溶液。

所述的絮凝剂适用于废水处理，水净化。

本方法用赤铁矿和工业盐酸在水浴条件下搅拌使其反应，调节pH值制得聚合氯化铁；然后用稀硫酸与硅酸钠溶液调节pH值制得聚硅酸；最后将聚合氯化铁中加入聚硅酸，熟化后得到稳定的聚硅酸氯化铁溶液。本发明的优点在于：

1）采用赤铁矿以及工业盐酸做原料，原料较为容易得到，且原料售价不高，产品成本较低，有竞争力。

2）生产的聚硅酸氯化铁生产工艺简单，容易实现规模化生产，生产使用安全。

3）生产的聚硅酸氯化铁的使用效果优于常规絮凝剂如聚合氯化铝、三氯化铁及聚合氯化铁的使用效果。

综上所述，用本发明方法制备的絮凝剂具有原料易得、工艺简单、成本低、生产使用安全、效果优异的优点。

具体实施方式

下面结合实施例，对用本发明方法制备聚硅酸氯化铁絮凝剂及其使用效果作进一步说明。

实施例1，制备聚硅酸氯化铁絮凝剂：

1）聚合氯化铁的制备：称取5g赤铁矿粉（150目），取34.3ml浓度为6mol/L的工业盐酸加入其中，在水浴加热器中进行反应，控制温度为75℃，搅拌反应2小时后过滤，在38℃水浴中用氢氧化钠调节溶液pH值，控制溶液pH值为1.4，反应28分钟后熟化24小时，即可得到具有一定聚合度的聚合氯化铁溶液。

2）聚硅酸的制备：配制浓度为0.15g/L的硅酸钠溶液，用稀硫酸调节溶液的pH值，控制溶液的pH值为1.8，活化30分钟，即得聚硅酸。

3）聚硅酸氯化铁的制备：将聚合氯化铁与聚硅酸按铁硅物质的量比为1:1进行混合，在温度为38℃的条件下，调节溶液的pH值，使溶液的pH值维持在1.8，陈化2小时，即可制得聚硅酸氯化铁溶液。

实施例2，制备聚硅酸氯化铁絮凝剂：

1）聚合氯化铁的制备：称取50g赤铁矿粉（150目），取342.47ml浓度为7mol/L的工业盐酸加入其中，在水浴加热器中进行反应，控制温度为85℃，搅拌反应2.5小时后过滤，在40℃水浴中用氢氧化钠调节溶液pH值，控制溶液pH值为1.5，反应30分钟后熟化24小时，即可得到具有一定聚合度的聚合氯化铁溶液。

2）聚硅酸的制备：配制浓度为0.15g/L的硅酸钠溶液，用稀硫酸调节溶液的pH值，控制溶液的pH值为2.0，活化30分钟，即得聚硅酸。

3）聚硅酸氯化铁的制备：将聚合氯化铁与聚硅酸按铁硅物质的量比为1:1进行混合，在温度为40℃的条件下，调节溶液的pH值，使溶液的pH值维持在2.0，陈化2小时，即可制得聚硅酸氯化铁溶液。

实施例3，制备聚硅酸氯化铁絮凝剂：

1）聚合氯化铁的制备：称取200g赤铁矿粉（150目），取342.47ml浓度为8mol/L的工业盐酸加入其中，在水浴加热器中进行反应，控制温度为90℃，搅拌反应3小时后过滤，在42℃水浴中用氢氧化钠调节溶液pH值，控制溶液pH值为1.4，反应30分钟后熟化24小时，即可得到具有一定聚合度的聚合氯化铁溶液。

2）聚硅酸的制备：配制浓度为0.15g/L的硅酸钠溶液，用稀硫酸调节溶液的pH值，控制溶液的pH值为2.0，活化30分钟，即得聚硅酸。

3）聚硅酸氯化铁的制备：将聚合氯化铁与聚硅酸按铁硅物质的量比为1:1进行混合，在温度为40℃的条件下，调节溶液的pH值，使溶液的pH值维持在2.2，陈化2小时，即可制得聚硅酸氯化铁溶液。

实施例4，制备聚硅酸氯化铁絮凝剂：

1）聚合氯化铁的制备：称取50g赤铁矿粉（150目），取342.47ml浓度为6mol/L的工业盐酸加入其中，在水浴加热器中进行反应，控制温度为95℃，搅拌反应2小时后过滤，在40℃水浴中用氢氧化钠调节溶液pH值，控制溶液pH值为1.6，反应32分钟后熟化24小时，即可得到具有一定聚合度的聚合氯化铁溶液。

2）聚硅酸的制备：配制浓度为0.15g/L的硅酸钠溶液，用稀硫酸调节溶液的pH值，控制溶液的pH值为2.2，活化30分钟，即得聚硅酸。

3）聚硅酸氯化铁的制备：将聚合氯化铁与聚硅酸按铁硅物质的量比为1:1进行混合，在温度为42℃的条件下，调节溶液的pH值，使溶液的pH值维持在2.0，陈化2小时，即可制得聚硅酸氯化铁溶液。

实施例5，制备聚硅酸氯化铁絮凝剂：

1）聚合氯化铁的制备：称取150g赤铁矿粉（150目），取342.47ml浓度为7mol/L的工业盐酸加入其中，在水浴加热器中进行反应，控制温度为85℃，搅拌反应2.5小时后过滤，在42℃水浴中用氢氧化钠调节溶液pH值，控制溶液pH值为1.2，反应30分钟后熟化24小时，即可得到具有一定聚合度的聚合氯化铁溶液。

2）聚硅酸的制备：配制浓度为0.15g/L的硅酸钠溶液，用稀硫酸调节溶液的pH值，控制溶液的pH值为1.8，活化30分钟，即得聚硅酸。

3）聚硅酸氯化铁的制备：将聚合氯化铁与聚硅酸按铁硅物质的量比为1:1进行混合，在温度为38℃的条件下，调节溶液的pH值，使溶液的pH值维持在2.2，陈化2小时，即可制得聚硅酸氯化铁溶液。

实施例6，除浊实验：以实施例1方法制备的产品用于原水的除浊实验，并与用聚合氯化铁产品对比。在原水浊度：123NTU，pH：7.82，水温：25℃时，处理结果如表1所示。

表1聚合氯化铁（PFC）与聚硅酸氯化铁（PFSC）絮凝剂对原水样絮凝处理效果

实施例7，除浊实验：以实例3中制备的产品用于原水的除浊实验，并与聚合氯化铁产品作对比。在原水浊度：123NTU，pH：7.82，水温：25℃时，处理结果如表2所示。

表2聚合氯化铁（PFC）与聚硅酸氯化铁（PFSC）絮凝剂对原水样絮凝处理效果

实施例8，絮凝效果实验：用实施例3所得产品与市售聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铁（PFC）进行絮凝效果综合对比实验，实验所采用的废水为自配泥浆废水，实验后各项指标如表3所示：

表3聚合氯化铁（PFC）、聚合氯化铝（PAC）与聚硅酸氯化铁（PFSC）絮凝效果综合对比

从以上指标分析可以看出，本发明方法所制备的聚硅酸氯化铁在絮凝性能和使用量等方面均明显优于目前常规使用的聚合氯化铝以及聚合氯化铁，随着废水处理的要求不断提高，废水处理成本的综合考虑，聚硅酸氯化铁必将逐步取代其他常规水处理絮凝剂而成为主要产品。

Claims (2)

1.聚硅酸氯化铁絮凝剂的制备方法。其特征在于包括以下步骤：

1）聚合氯化铁的制备：取赤铁矿粉，以浓度为6~8mol/L的工业盐酸加入其中，在75~95℃水浴加热器中进行氧化反应，搅拌2~3小时，然后过滤，得到三氯化铁溶液；在38~42℃水浴中用氢氧化钠调节所述的三氯化铁溶液的pH值在1.2~1.6之间，搅拌反应28~32分钟，熟化24小时，得到聚合氯化铁溶液；

2）聚硅酸的制备：用稀硫酸逐步加入到硅酸钠溶液中，调节其pH值为1.8~2.2，活化28~32分钟，得聚硅酸溶液；

3）聚硅酸氯化铁的制备：将聚合氯化铁溶液与聚硅酸按铁硅物质的量比为1:1进行混合，在温度为38~42℃的条件下，调节所述的混合溶液的pH值为1.8~2.2，陈化2小时，制得聚硅酸氯化铁溶液。

2.如权利要求1所述方法制备的聚硅酸氯化铁絮凝剂的用途，其特征是：所述的絮凝剂适用于废水处理，水净化。