CN106745582A - 一种硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，该方法采用微波活化、高温煅烧硅铝渣，经酸溶液浸取得到含铝的水溶液；酸溶液浸取分离的固体物料经碱溶液溶解、分离，碱浸出液通入CO2气体碳化，然后经分离、洗涤得到水合硅酸；酸溶液浸取得到含铝水溶液与水合硅酸混合，并加铝源调节混合体系Al/Si摩尔比，经聚合、陈化得到聚硅酸铝絮凝剂；本发明方法工艺设备简单，操作容易、安全，是一种利用工业废弃物生产具有较广应用范围的水处理剂的资源有效利用的工艺技术路线，可达到二次资源综合利用，实现循环经济、节能减排目的。
Description
技术领域
本发明属于化工行业中固体废弃物利用领域，具体涉及工业水处理剂生产过程中产生的工业废渣的二次利用方法，更具体的说是涉及一种硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法。
背景技术
聚硅酸铝盐是一类新型无机高分子絮凝剂，是在活化硅酸(即聚硅酸)及铝盐絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与铝盐的复合产物,它同时具有电中和作用及吸附架桥作用。该类絮凝剂的开发研制在国外始于80年代末期, 国内则始于90年代初期, 由于该类絮凝剂具有混凝效果好,价格便宜,处理后水中的残铝量低等优点, 其处理效果优于单一絮凝剂，成了国内外无机混凝剂研究的一个重要方向。国内外制备聚硅酸铝盐絮凝剂的方法主要分为三种: (1)以矿石、废矿渣、粉煤灰等作原料进行研制；(2)将铝盐引入到聚硅酸溶液中进行研制；(3)用硅酸钠、铝酸钠和硫酸铝等作原料在高剪切工艺条件下进行研制。
硅铝渣是水处理生产企业，采用低品位铝土矿，经常温加压浸出，制取聚合硫酸铝、氯化铝等水处理剂时，分离产生的工业废渣，外观为灰白色，该废渣的主要成分为SiO2和铝，其中SiO2含量80～85%，Al2O3含量14～18%，SiO2和Al2O3占95%以上。硅铝渣作为水处理生产企业产生的废渣，目前主要采用露天堆放处理，由于渣中含有大量的硅、铝等有价元素及其它一些有害元素，堆放处理不仅浪费资源，而且会占用土地、污染环境，影响生态平衡，具有极大的潜在危害性。
本发明的目的就是开发一种硅铝渣的处理方法，通过该方法提取硅铝渣中的有价元素硅和铝，制备具有较大应用范围的聚硅酸铝絮凝剂，为硅铝渣的开发利用提供一条有效的途径，减少硅铝渣对环境的危害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅铝渣的利用方法，该方法通过处理工业废渣，利用渣中含有的有价元素，生产具有较广应用范围的水处理剂，可达到二次资源回收利用，实现循环经济、节能减排目的。
本发明提供一种硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，采用下列步骤来实现：
A、将硅铝渣盛于陶瓷器皿中并置于微波炉中于300W～500W功率条件下处理5～10min，然后放置于高温炉中，在500℃～700℃的温度下煅烧1～2小时，冷却至室温后研磨至物料全部通过120目筛；
B、根据步骤A的硅铝渣质量，按液相∶硅铝渣液固质量比为4～6∶1的比例，取质量浓度为4～6%的酸溶液加入到反应器中并升温至70～90℃，在搅拌条件下加入步骤A得到的研磨后的物料，在400～500rpm的搅拌条件下浸取2～3小时，经分离得到浸出液和浸出渣；
C、根据步骤A的硅铝渣质量，按液相∶硅铝渣液固质量比为8～10∶1的比例，取质量浓度为12～15%的碱溶液加入到反应器中, 并升温至80～90℃，在搅拌条件下加入步骤B分离得到的浸出渣，在400～500rpm的搅拌条件下浸取3～5小时，经分离得到碱性浸出液和碱性浸出渣；
D、步骤C分离得到的碱性浸出液，在室温、常压及300～500rpm的搅拌条件下通入CO2气体进行碳化处理，当溶液pH值达到8～10时，停止通入CO2气体，继续在300～500rpm的搅拌条件下反应0.5小时，然后分离得到滤液和水合硅酸沉淀；得到的水合硅酸沉淀，用步骤A硅铝渣质量80%～100%的水量洗涤2次；
E、将步骤B分离得到的浸出液和步骤D经洗涤得到的水合硅酸，混合均匀，升温至50～70℃，根据混合体系中Si、Al含量，在搅拌速度500～700rpm条件下，加入铝源，调节Al/Si摩尔比为0.7～1.0∶1.0，并在此条件下反应聚合1.0～2.0小时，然后在50～70℃陈化2.0～4.0小时，即得到聚硅酸铝絮凝剂。
步骤B所述酸溶液为硫酸溶液。
步骤C所述碱溶液为氢氧化钠溶液。
步骤D分离得到的滤液，经蒸发浓缩、结晶，分离得到晶体和结晶母液，结晶母液与步骤D得到的水合硅酸沉淀的洗涤后液返回步骤C用于配制碱溶液，所述晶体为硫酸钠。
步骤E所述铝源为氢氧化铝或硫酸铝。
所述硅铝渣为采用低品位铝土矿，通过硫酸常温加压浸出，制取水处理剂时，分离得到的工业废渣，其主要组分为：SiO2含量80～85%，Al2O3含量14～18%，TiO2含量1～3%,结晶水45～50%。
本发明具有下列优点和效果：
（1）本发明有效提取硅铝渣中的Si和Al，为硅铝渣提供一条有效利用的途径，可达到二次资源综合利用，实现循环经济、节能减排目的。
（2）本发明原材料易得，工艺过程和设备简单，操作容易、安全等。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
本实施例所述一种硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，经过下列步骤：
A、称取硅铝渣500克，硅铝渣为采用低品位铝土矿，通过硫酸常温加压浸出，制取水处理剂时，分离得到的工业废渣，其主要组分为：SiO2含量80%，Al2O3含量18%，TiO2含量2%,结晶水50%，盛于陶瓷器皿中并置于微波炉中，于500W功率条件下处理5min，然后放置于高温炉中，在600℃的温度下煅烧1.5小时，冷却至室温后研磨至物料全部通过120目筛；
B、在反应器中加入H2SO4质量浓度为6%的硫酸溶液2000克并升温至70℃，然后在搅拌条件下加入步骤A得到的研磨后的物料，在500rpm的搅拌条件下浸取2小时，经分离得到浸出液和浸出渣；
C、在反应器中加入质量浓度为12%的NaOH溶液5000克, 并升温至90℃，然后在搅拌条件下加入步骤B分离得到的浸出渣，在400rpm的搅拌条件下浸取3小时，经分离得到碱性浸出液和碱性浸出渣；
D、步骤C分离得到的碱性浸出液，在室温、常压及300rpm的搅拌条件下通入CO2气体进行碳化处理，当溶液pH值达到10时，停止通入CO2气体，继续在500rpm的搅拌条件下反应0.5小时，然后分离得到滤液和水合硅酸沉淀；分离得到的水合硅酸沉淀，用步骤A硅铝渣质量100%的水量洗涤2次；分离得到的滤液，经常规方法蒸发浓缩、结晶，分离得到碳酸钠产品和结晶母液；
E、将步骤B分离得到的浸出液和步骤D经洗涤得到的水合硅酸，混合均匀，升温至70℃，然后，根据混合体系中Si、Al含量，在搅拌速度500rpm条件下，加入氢氧化铝，调节Al/Si 摩尔比为0.7∶1.0，并在此条件下反应聚合1.0小时，然后在60℃陈化4.0小时，即得到聚硅酸铝絮凝剂产品。
使用表明，本实施例制备的得到聚硅酸铝絮凝剂产品用于处理昆明滇池的污染水，可使污水中的浊度和CODCr的去除率分别达到97.65％、82.37％；经分析，步骤D得到碳酸钠产品Na2CO3含量为98.72%。
实施例2
本实施例所述一种硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，经过下列步骤：
A、称取硅铝渣500克, 硅铝渣为采用低品位铝土矿，通过硫酸常温加压浸出，制取水处理剂时，分离得到的工业废渣，其主要组分为：SiO2含量85%，Al2O3含量14%，TiO2含量1%,结晶水45%，盛于陶瓷器皿中并置于微波炉中，于300W功率条件下处理10min，然后放置于高温炉中，在500℃的温度下煅烧2.0小时，冷却至室温后研磨至物料全部通过120目筛；
B、在反应器中加入H2SO4质量浓度为4%的硫酸溶液3000克并升温至90℃，然后在搅拌条件下加入步骤A得到的研磨后的物料，在400rpm的搅拌条件下浸取3小时，经分离得到浸出液和浸出渣；
C、在反应器中加入质量浓度为15%的NaOH溶液4000克, 并升温至80℃，然后在搅拌条件下加入步骤B分离得到的浸出渣，在500rpm的搅拌条件下浸取5小时，经分离得到碱性浸出液和碱性浸出渣；
D、步骤C分离得到的碱性浸出液，在室温、常压及500rpm的搅拌条件下通入CO2气体进行碳化处理，当溶液pH值达到8时，停止通入CO2气体，继续在300rpm的搅拌条件下反应0.5小时，然后分离得到滤液和水合硅酸沉淀；分离得到的水合硅酸沉淀，用步骤A硅铝渣质量80%的水量洗涤2次；分离得到的滤液，经常规方法蒸发浓缩、结晶，分离得到碳酸钠产品和结晶母液；
E、将步骤B分离得到的浸出液和步骤D经洗涤得到的水合硅酸，混合均匀，升温至50℃，然后，根据混合体系中Si、Al含量，在搅拌速度700rpm条件下，加入硫酸铝，调节Al/Si 摩尔比为1.0∶1.0，并在此条件下反应聚合2.0小时，然后在70℃陈化2.0小时，即得到聚硅酸铝絮凝剂产品。
使用表明，本实施例制备的得到聚硅酸铝絮凝剂产品用于处理昆明滇池的污染水，可使污水中的浊度和CODCr的去除率分别达到98.12％、85.61％；经分析，步骤D得到碳酸钠产品Na2CO3含量为98.51%。
实施例3
本实施例所述一种硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，经过下列步骤：
A、称取硅铝渣500克, 硅铝渣为采用低品位铝土矿，通过硫酸常温加压浸出，制取水处理剂时，分离得到的工业废渣，其主要组分为：SiO2含量82%，Al2O3含量15%，TiO2含量3%,结晶水44%，盛于陶瓷器皿中并置于微波炉中于400W功率条件下处理8min，然后放置于高温炉中，在700℃的温度下煅烧1.0小时，冷却至室温后研磨至物料全部通过120目筛；
B、在反应器中加入H2SO4质量浓度为5%的硫酸溶液2500克并升温至80℃，然后在搅拌条件下加入步骤A得到的研磨后的物料，在450rpm的搅拌条件下浸取3小时，经分离得到浸出液和浸出渣；
C、采用实施例1步骤D的结晶母液与实施例1步骤D水合硅酸沉淀的洗涤后液配制质量浓度为14%的NaOH溶液4500克，加入到反应器中并升温至85℃，然后在搅拌条件下加入步骤B分离得到的浸出渣，在450rpm的搅拌条件下浸取4小时，经分离得到碱性浸出液和碱性浸出渣；
D、步骤C分离得到的碱性浸出液，在室温、常压及400rpm的搅拌条件下通入CO2气体进行碳化处理，当溶液pH值达到9时，停止通入CO2气体，继续在400rpm的搅拌条件下反应0.5小时，然后分离得到滤液和水合硅酸沉淀；分离得到的水合硅酸沉淀，用步骤A硅铝渣质量90%的水量洗涤2次；分离得到的滤液，经常规方法蒸发浓缩、结晶，分离得到碳酸钠产品和结晶母液；
E、将步骤B分离得到的浸出液和步骤D经洗涤得到的水合硅酸，混合均匀，升温至60℃，然后，根据混合体系中Si、Al含量，在搅拌速度600rpm条件下，加入氢氧化铝，调节Al/Si 摩尔比为0.9∶1.0，并在此条件下反应聚合1.5小时，然后在60℃陈化3.0小时，即得到聚硅酸铝絮凝剂产品。
使用表明，本实施例制备的得到聚硅酸铝絮凝剂产品用于处理昆明滇池的污染水，可使污水中的浊度和CODCr的去除率分别达到96.87％、83.56％；经分析，步骤D得到碳酸钠产品Na2CO3含量为98.35%。
实施例4
本实施例所述一种硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，经过下列步骤：
A、称取硅铝渣500克, 硅铝渣为采用低品位铝土矿，通过硫酸常温加压浸出，制取水处理剂时，分离得到的工业废渣，其主要组分为：SiO2含量81%，Al2O3含量17%，TiO2含量2%,结晶水50%，盛于陶瓷器皿中并置于微波炉中于500W功率条件下处理6min，然后放置于高温炉中，在700℃的温度下煅烧1.5小时，冷却至室温后研磨至物料全部通过120目筛；
B、在反应器中加入H2SO4质量浓度为6%的硫酸溶液2500克并升温至90℃，然后在搅拌条件下加入步骤A得到的研磨后的物料，在450rpm的搅拌条件下浸取2.5小时，经分离得到浸出液和浸出渣；
C、采用实施例2步骤D的结晶母液与实施例2步骤D水合硅酸沉淀的洗涤后液配制质量浓度为13%的NaOH溶液4600克，加入到反应器中并升温至90℃，然后在搅拌条件下加入步骤B分离得到的浸出渣，在500rpm的搅拌条件下浸取5小时，经分离得到碱性浸出液和碱性浸出渣；
D、步骤C分离得到的碱性浸出液，在室温、常压及500rpm的搅拌条件下通入CO2气体进行碳化处理，当溶液pH值达到10时，停止通入CO2气体，继续在400rpm的搅拌条件下反应0.5小时，然后分离得到滤液和水合硅酸沉淀；分离得到的水合硅酸沉淀，用步骤A硅铝渣质量100%的水量洗涤2次；分离得到的滤液，经常规方法蒸发浓缩、结晶，分离得到碳酸钠产品和结晶母液；
E、将步骤B分离得到的浸出液和步骤D经洗涤得到的水合硅酸，混合均匀，升温至70℃，然后，根据混合体系中Si、Al含量，在搅拌速度700rpm条件下，加入硫酸铝，调节Al/Si 摩尔比为0.8∶1.0，并在此条件下反应聚合2.0小时，然后在70℃陈化4.0小时，即得到聚硅酸铝絮凝剂产品。
使用表明，本实施例制备的得到聚硅酸铝絮凝剂产品用于处理昆明滇池的污染水，可使污水中的浊度和CODCr的去除率分别达到95.17％、84.47％；经分析，步骤D得到碳酸钠产品Na2CO3含量为98.62%。
Claims (5)
1.一种硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，其特征在于，经过下列步骤：
A、将硅铝渣置于功率为300W～500W的微波条件下处理5～10min，然后在500℃～700℃煅烧1～2小时，冷却至室温后研磨至物料全部通过120目筛；
B、根据步骤A的硅铝渣质量，按液相∶硅铝渣的液固质量比为4～6∶1的比例，取质量浓度为4～6%的酸溶液并升温至70～90℃，在搅拌条件下加入步骤A得到的研磨后的物料，在400～500rpm的搅拌条件下浸取2～3小时，经分离得到浸出液和浸出渣；
C、根据步骤A的硅铝渣质量，按液相∶硅铝渣液固质量比为8～10∶1的比例，取质量浓度为12～15%的碱溶液,并升温至80～90℃，在搅拌条件下加入步骤B分离得到的浸出渣，在400～500rpm的搅拌条件下浸取3～5小时，经分离得到碱性浸出液和碱性浸出渣；
D、步骤C分离得到的碱性浸出液，在室温、常压及300～500rpm的搅拌条件下通入CO2气体，当溶液pH值达到8～10时，停止通入CO2气体，继续在300～500rpm的搅拌条件下反应0.5小时，然后分离得到滤液和水合硅酸沉淀；得到的水合硅酸沉淀，用步骤A硅铝渣质量80%～100%的水量洗涤2次；
E、将步骤B分离得到的浸出液和步骤D经洗涤得到的水合硅酸，混合均匀，升温至50～70℃，根据混合体系中Si、Al含量，在搅拌速度500～700rpm条件下，加入铝源，调节Al/Si摩尔比为0.7～1.0∶1.0，并在此条件下反应聚合1.0～2.0小时，然后在50～70℃陈化2.0～4.0小时，即得到聚硅酸铝絮凝剂。
2.根据权利要求1所述硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，其特征在于，步骤B所述酸溶液为硫酸溶液。
3.根据权利要求1所述硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，其特征在于，步骤C所述碱溶液为氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求1所述硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，其特征在于，步骤D分离得到的滤液，经蒸发浓缩、结晶，分离得到晶体和结晶母液，结晶母液与步骤D得到的水合硅酸沉淀的洗涤后液返回步骤C用于配制碱溶液。
5.根据权利要求1所述硅铝渣制备聚硅酸铝絮凝剂的方法，其特征在于，步骤E所述铝源为氢氧化铝或硫酸铝。
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