CN103395869A

CN103395869A - 一种水淬渣硅酸系混凝剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103395869A
Application number: CN2013103098187A
Authority: CN
Inventors: 陈莉荣; 张娜; 刘�文; 苏洁
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: CN103395869B

Abstract

本发明涉及一种水淬渣硅酸系混凝剂及其制备方法，属于焦化废水和高浊度废水的净化处理领域。本发明包括下列物料的质量比组分，水淬渣为≥60目，碳酸钠与水淬渣的质量比为0.1-0.5：1。本发明水淬渣、碳酸钠、硫酸、氢氧化钠为原料，经研磨、筛分、助溶剂焙烧、酸浸，酸浸后滤渣水洗过滤烘干；碱浸：水洗烘干的滤渣碱浸、过滤；聚合：将酸浸液和碱浸液按不同种聚合方式聚合陈化生成3种类型混凝剂。该方法将水淬渣提取物聚合生成混凝剂，不仅对焦化废水和高浊度废水中的浊度和COD有很好的去除效果，而且实现水淬渣无二次污染利用，降低生产成本，处理效果好，实现了工业固体废弃物的高附加值利用，带来了良好的生态和环境效益。

Description

一种水淬渣硅酸系混凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水淬渣硅酸系混凝剂及其制备方法，属于焦化废水和高浊度废水的净化处理领域。

背景技术

目前普遍使用的净水剂，主要有铝盐、铁盐或高分子混凝剂，也有将无机混凝剂和有机高分子混凝剂结合使用。这些混凝剂虽然处理效果好，但还是具有一定的弊端，如絮凝体含水量大、处理后有残留、污泥体积大、成本较高等缺点。日本水道机工公司的长谷川校雄等人首次用水玻璃和硫酸制造聚合硅酸，然后在硅酸中添加铝盐和铁盐制造聚硅酸铝或者聚硅酸铁。聚硅酸盐类无机高分子混凝剂综合了聚硅酸粘结、聚集、吸附架桥效能，并且同时发挥了铝盐混凝剂絮体大、脱色性能好和铁盐混凝剂的絮体密实、沉降速度快的特点在水处理领域有着广阔的应用前景，目前已成为国内外无机高分子混凝剂的一大研究热点。

目前水处理过程中应用最广泛的是混凝沉降法，混凝剂的效果好坏直接影响后续工艺流程的运行工况，因此，制备一种新型、高效、成本低的混凝剂是水处理技术发展的重要开发领域。

经专利文献检索（关键词：水淬渣或混凝剂），到目前为止，在公开出版物上能够查到的相关专利技术有：（1）中国专利申请，申请号：94110019.7.X，名称：用水淬渣或飞灰生产硅酸系絮凝剂的方法，该发明利用发电厂立式旋风炉排出的水淬渣或飞灰与混和酸进行溶解反应，过滤制得液态混凝剂，应用于上下水的处理；（2）中国专利申请，申请号：200910049541.2，名称：一种用粉煤灰生产的复合混凝剂及其制备方法和应用，利用粉煤灰为原料，经过酸浸和碱浸后，将碱浸液和酸浸液聚合生产聚硅酸硫酸铝铁混凝剂，应用于城市生活污水和工业废水的处理（3）中国专利申请，申请号：201010297497.X，名称：一种黄金尾矿制备的聚合硅酸铝钙混凝剂，利用黄金尾矿经混酸处理后的滤液，经氢氧化钠处理后的碱液，与氧化剂三者聚合生成聚合硅酸铝钙混凝剂。（4）中国专利申请，申请号：200710175228.4，名称:一种利用高炉渣制备的水处理剂及其制备方法，该法是以高炉渣为原料经过pH＞11的碱性水溶液在一定条件下制得吸附剂，主要吸附污水中的重金属离子；（5）中国专利申请，申请号：200710018532.8，名称：一种用煤矸石生产水处理混凝剂的方法，该剂是用煤矸石经过包括煅烧、酸浸、水洗、碱化等28个步骤制得的，但具体用于处理何种废水尚无具体实例且步骤复杂；（6）欧洲专利，专利号：169430，名称：带色废水的澄清，用氧化铝废渣为絮凝剂，但无详细制备工艺。

从上述所查到的已有技术可知，利用固体废物制备聚硅酸盐类混凝剂已有了一定的研究，但是制备技术还不够完善。因此不同程度上存在利用不充分的问题，如由工业固体废物制备的混凝剂有的只能处理一种特定的废水，有的混凝剂只能处理一种特定的污染物指标，有的在处理过程中需要添加氧化剂氧化，有的需要投加化学药品（稳定剂）使成品价格高，运行费用高。本发明目的在于提供一种水淬渣再利用的方法，使得固体废物水淬渣的利用更充分、更有效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、混凝效果好、适用范围广、能够实现以废治废的一种水淬渣硅酸系混凝剂及其制备方法。

技术解决方案：

一种水淬渣硅酸系混凝剂，包括下列物料的质量比组分，水淬渣为≥60目，碳酸钠与水淬渣的质量比为0.1-0.5：1。

一种水淬渣硅酸系混凝剂的制备方法，包括如下方法步骤：

1）将水淬渣为≥60目，碳酸钠与水淬渣的质量比为0.1-0.5：1混合物，水淬渣和无水碳酸钠在900-1200℃条件下焙烧2-4小时，取出降温，将焙烧后的混合物进行酸浸反应，过滤生成含Al³⁺、Mg²⁺、 Fe³⁺、Ca²⁺和可溶性硅酸的混合溶液，滤液备用；

2）将滤渣水进行水洗过滤；

3）将水洗后的滤渣进行烘干，然后用碱性溶液对滤渣进行碱浸处理；

4）过滤后的碱浸液酸化生成聚硅酸，将步骤①得到的酸浸液与聚硅酸按（Fe+Al)/Si摩尔比为0.5-0.6在60-85℃温度下生成1号成品，聚合时间20-30分钟。

所述步骤④中过滤后的碱浸液与所述步骤②得到的酸浸溶液按（Fe+Al)/Si摩尔比为0.5-0.6，温度在75-85℃下生成2号成品。

所述步骤4）中过滤后的碱浸液与所述步骤②得到的酸浸溶液混合，调pH=6-7，生成3号成品。

酸浸反应的条件：硫酸质量浓度4-6mol/L,酸浸时间为50-60分钟，酸浸温度为90-100℃，酸渣比为20-25mL/g。

所述步骤3）中烘干温度为80-100℃。

所述碱性溶液为NaOH或KOH，碱液的质量浓度为5-6mol/L，碱浸温度为75-80℃，碱浸时间为4-5min，碱渣比为20-25 mL/g。

本发明的采用水淬渣为原料，采用酸浸后再碱浸的方法按照不同合成方法生成不同种类的混凝剂，采用哪种混凝剂由污水的水质而定，该混凝剂中含Al³⁺、Mg²⁺、 Fe³⁺、Ca²⁺和可溶性硅酸，能够有效发挥吸附架桥、聚合、胶凝等功能，达到去除污水中的有机物和悬浮物的目的。

本发明原料采用炼铁厂水淬渣是高炉渣在1400-1600℃的情况下在水的急冷作用下，迅速冷却，内部熔融物来不及结晶而形成的无定形物质，因此具有一定的潜在活性。但因铝、硅在水淬渣中是以氧硅四面体或者铝氧四面体的形式和以2CaO·Al₂O₃·SiO₂，2Cao·MgO，2SiO₂·2CaO·SiO₂，CaO·SiO₂复合结晶体矿物组成存在，因此需要采用合理的方法进行提取。在本发明中，采用碳酸钠助溶使得水淬渣中的铝、硅能够最大限度的浸出，为加快溶解速度，将水淬渣磨碎成≥60目的微粉末状态。另外由于极冷来不及析晶，渣中各氧化物均匀，从而极易被酸解、重整，因此采用酸浸的方法使渣中的金属氧化物形成离子态进入溶液，采用强酸可以将二价的铁离子氧化成三价铁离子，在有OH^-离子存在的条件下生成难溶物具有网捕功效。

另外因水淬渣中含有CaO、MgO碱性氧化物可以与酸发生中和反应，使酸的消耗量增大。同时，为了避免损失太多的碱液，采用水洗的方式降低酸的浓度。碱浸后溶出大量的硅元素，是因为在碱性条件下水淬渣内的与酸未反应的无定形物质结构别破坏，OH^-离子不断攻击玻璃相，使其中的铝、硅溶入溶液中形成-Si-O-或者-Al-O-等阴离子集团。随着溶液中的铝、硅浓度增加，Ca²⁺也从玻璃相中释放出来。

酸浸溶液中含有铁、铝等金属离子和可溶性硅酸，碱浸溶液中含有硅元素经酸化后形成活化硅酸，无论是两种溶液直接混合还是碱浸经酸化后混合，溶液的pH均＜1，可溶性硅酸在酸性溶液中进行溶解时与OH^-离子结合生成(SiOH)，溶解的硅酸变成活性硅酸(SiOH)，该活性硅酸在酸性溶液中进行硅烷醇化，并且进行聚合凝胶，可以去除污水中的悬浮物，达到去除色度和浊度、有机物的目的。聚硅酸中添加无机金属离子形成聚硅酸盐类高分子物质，可同时发挥铝盐和铁盐混凝剂的优点。另外对焦化废水的化学沉淀法一般采用钙盐或石灰，即使采用较好的氯化钙也需要比理论用量大几倍的投加量，需额外加入过量的Ca²⁺，而本发明中Ca²⁺被释放出来，可以有效解决焦化废水处理过程中的这一问题，并且提高混凝剂的性能。

本发明混凝剂能够处理高浊度和低浊度焦化废水和高岭土废水，可有效去除废水中的浊度和COD。

成品为液体状，处理高浊度焦化废水1号成品最佳投加量为2.25ml/L；2号成品最佳投加量为15ml/L；处理低浊度焦化废水1号成品最佳投加量为7.5ml/L；成品3号最佳投加量为9ml/L；处理高岭土废水成品3号最佳投药量为60ml/L。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

先制备酸浸溶液，然后配制碱浸溶液。

1）室温下称取5g水淬渣和1.5g无水碳酸钠在坩埚内混合均匀后置于马弗炉中随炉加温到900℃或1000℃，保温2h后取出降至室温。将水浴锅升温至90-100℃后，将混合物料粉碎倒入烧杯中，加入100-125mL质量浓度为6mol/LH₂SO₄溶液恒温反应1h；酸浸后混合物采用抽滤装置进行抽滤，滤液静置备用；

2)在大烧杯中加入抽滤后的滤渣和150mL自来水在磁力加热搅拌机上快速搅拌1min，恒温100℃下15min后取出抽滤；抽滤滤渣放于80-100℃的恒温烘箱中烘干12h后取出；

3）将步骤2）水洗后滤渣称重3-4g，置于大烧杯中，加入75-100mLNaOH溶液于75-80℃水浴锅中反应4-5min后取出抽滤得碱浸液，此时滤渣剩余量很少，可忽略不计；

4）向碱浸液中滴加质量浓度为10mol/L硫酸，使溶液pH值3-4，生成聚硅酸。在60℃水浴锅中，向125mL锥形瓶中加10mL聚硅酸，取40mL酸浸液缓慢倒入聚硅酸中，聚合30min后制得成品1号。

实施例2

按实施例1中按步骤1）、2)、3）制备出酸浸液和碱浸液，在60℃水浴锅中，向125mL锥形瓶中加入10mL碱浸液，取40mL酸浸液缓慢倒入碱浸液中，聚合30min后制得成品2号。

实施例3

按实施例1中步骤1）、2)、3）制备出酸浸液和碱浸液，在室温下取10mL碱浸液和40mL酸浸溶在锥形瓶中混合，向锥形瓶中加入质量浓度8mol/L的NaOH溶液，使溶液pH值于7生成成品3号。

应用例1

将实施例1制得的混凝剂分别处理高浊度和低浊度的焦化废水，为混凝实验在六联混凝搅拌仪上进行，取800mL废水投入混凝剂后快速搅拌300r/min1min，然后慢速搅拌80r/min8min，静置1h后取上清液进行测定。在不同投加量情况下测定COD和浊度的去除率，结果列于表1。

表1 成品1、2号对高低浊度焦化废水处理效果

应用例2

将实施实例3中所制得的的成品3号混凝剂对模拟高岭土废水和焦化废水进行处理，处理结果见表2。

表2 成品3号对高岭土废水和焦化废水处理效果

由表1和表2可以看出本发明所制得的混凝剂对两种废水的COD、浊度的去除率较高，且该发明涉及的技术方案是非限制的，可以用其他固体废物替换，可以为工业固体废物的再次利用提供一条有效出路。

Claims

1.一种水淬渣硅酸系混凝剂，其特征在于，包括下列物料的质量比组分，水淬渣为≥60目，碳酸钠与水淬渣的质量比为0.1-0.5：1。

2.一种水淬渣硅酸系混凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下方法步骤：

①将水淬渣为≥60目，碳酸钠与水淬渣的质量比为0.1-0.5：1混合物，水淬渣和无水碳酸钠在900-1200℃条件下焙烧2-4小时，取出降温，将焙烧后的混合物进行酸浸反应，过滤生成含Al³⁺、Mg²⁺、 Fe³⁺、Ca²⁺和可溶性硅酸的混合溶液，滤液备用；

②将滤渣水进行水洗过滤；

③将水洗后的滤渣进行烘干，然后用碱性溶液对滤渣进行碱浸处理；

④过滤后的碱浸液酸化生成聚硅酸，将步骤①得到的酸浸液与聚硅酸按（Fe+Al)/Si摩尔比为0.5-0.6在60-85℃温度下生成1号成品，聚合时间20-30分钟。

3.根据权利要求2所述的一种水淬渣硅酸系混凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤④中过滤后的碱浸液与所述步骤②得到的酸浸溶液按（Fe+Al)/Si摩尔比为0.5-0.6，温度在75-85℃下生成2号成品。

4.根据权利要求2所述的一种水淬渣硅酸系混凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤④中过滤后的碱浸液与所述步骤②得到的酸浸溶液混合，调pH=6-7，生成3号成品。

5.根据权利要求2所述的一种水淬渣硅酸系混凝剂的制备方法，其特征在于，酸浸反应的条件：硫酸质量浓度4-6mol/L,酸浸时间为50-60分钟，酸浸温度为90-100℃，酸渣比为20-25mL/g。

6.根据权利要求2所述的一种水淬渣硅酸系混凝剂的制备方法，其特征在于，步骤③中烘干温度为80-100℃。

7.根据权利要求2所述的一种水淬渣硅酸系混凝剂的制备方法，其特征在于，碱性溶液为NaOH或KOH，碱液的质量浓度为5-6mol/L，碱浸温度为75-80℃，碱浸时间为4-5min，碱渣比为20-25 mL/g。