CN109809420A - 一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，该絮凝剂以煤矸石、粉煤灰、赤泥等工业固体废弃物为原料，通过生料制备、熟料烧制、循环浸洗、二氧化碳碳酸化、酸溶解等步骤制备生产。本发明降低了成本，节约了资源，提高了热能的利用率，实现了活化剂的循环使用，有效地避免了环境的污染，并且工艺流程简单，能耗低，设备腐蚀问题简单，有利于产业化推广。
Description
技术领域
本发明涉及煤矸石、粉煤灰、赤泥等固体废弃物资源化利用领域，尤其涉及制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法。
背景技术
近年来，随着我国经济社会的快速发展，城市及工业废水排放量也随之增加，而我国的水资源十分短缺，这就要求对排放的废水进行有效地净化处理和回收利用。
聚合硅酸铝铁（PSAF）是一种新型的水溶性高分子电解质。主要用于净化饮用水，还可用于给水的特殊水质处理、除镉、除氟、除放射性污染、除浮油等。也用于工业废水处理，如印染废水等，在铸造、造纸、医药、制革等方面也有广泛应用。它在污水处理领域对于污水的处理具有立竿见影的效果，是目前非常畅销的污水处理药剂。聚合硅酸铝铁具有离子度高、易溶于水（在整个PH值范围内完全溶于水，且不受低水温的影响）、不成凝胶、水解稳定性好等特点，是一种比较理想的污水处理剂。
煤矸石、粉煤灰和赤泥中SiO2、Al2O3、Fe2O3等化学成分，是制备聚合硅酸铝铁的主要原料。而煤矸石、粉煤灰和赤泥作为固体废弃物长期排放，不仅造成了资源的浪费，而且还侵占大量土地，对生态和环境造成了双重破坏。因此，对煤矸石、粉煤灰和赤泥等固体固体废弃物进行有效地资源化利用，制备污水净水剂，不仅节约了成本，而且对于节约资源、改善环境、提高经济和社会效益具有重大的现实意义和长远的战略意义。
发明内容
本发明提供了一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，目的是对煤矸石、粉煤灰和赤泥等工业固体废弃物进行资源化利用，制备出高附加值的聚合硅酸铝铁絮凝剂，节约了资源，降低了成本，改善了环境。
本发明的目的是通过下面技术方案具体实现，然而本发明可以不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式，以使得本发明对于本领域技术人员来说是彻底和完整的，并且将充分地传达本发明的范围。
除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有如本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。在本文的描述中所使用的术语是用于描述特定的实施方式，而不是对其进行限制。作为本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一”、“一个”、“所述”等也包括复数形式，除非上下文清楚的另有指示。
一方面，本发明提供了一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：是以煤矸石、粉煤灰、赤泥中的一种或多种为原料制备聚硅酸铝铁絮凝剂，具体方法步骤如下：
（1）将煤矸石、粉煤灰、赤泥中的一种或多种经过球磨机粉碎到100目以上作为混合原料，其中混合原料中Si/Al/Fe的比例为5～30/20～50/10～40；
（2）将步骤（1）中的混合原料与工业纯碱混合均匀制备成生料，其中生料中纯碱与混合原料的重量比为1:（1～3）；
（3）将步骤（2）中的的生料在富氧空气环境中，700～950℃的条件下焙烧1～3h，得到熟料，尾气经热交换后得到富二氧化碳气体，热交换后得到的热气用于后面溶液的浓缩结晶步骤；
（4）将焙烧后的熟料加入到3倍质量的水中并在90℃下连续搅拌2h，固液分离后滤液浸洗下一批次焙烧后的熟料并在90℃下连续搅拌2h，如此循环3～10次，最终分别得到滤液A和滤渣B；
（5）将步骤（3）中的富二氧化碳气体通入到滤液A中进行一次碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，反应结束后充分搅拌1h固液分离，得到滤液C和滤渣D；
（6）将滤渣B、滤渣D和铝酸钙混合破碎后加入到浓度为3%～10%的工业盐酸中进行反应，反应温度为60～80℃，反应完全后静置2h，得到溶液F；
（7）将步骤（5）中得到的滤液C加入到同等体积的水中搅拌均匀后通入富二氧化碳气体进行二次碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，反应结束后充分搅拌1h固液分离，得到聚硅酸及碳酸钠溶液；所述碳酸钠溶液由步骤（3）中热交换后的热气浓缩结晶后循环用于步骤（2）中制备生料；
（8）将步骤（7）中得到的聚硅酸置于反应釜中，并缓慢加入溶液F，搅拌速度不低于150转/分钟，反应温度40℃，溶液F加入后调节溶液pH值到3.5～4，静置6～12h后得到聚合硅酸铝铁絮凝剂。
优选的，所述步骤（2）中纯碱与混合原料的质量比为1:1.5。
优选的，所述步骤（3）是在富氧空气中进行焙烧，焙烧温度900℃。
优选的，所述步骤（3）中尾气经过两段热交换工序，第一段工序后得到550～700℃的高温热气，第二段工序后得到150～300℃的中温热气，最终所述富二氧化碳气体中二氧化碳的浓度不低于23%，所述中高温热气和中温热气用于步骤（7）中的碳酸钠溶液浓缩结晶工序中。
优选的，所述步骤（4）当滤液中Na+的含量达到4.8～5.5mol/L时停止滤液的循环浸洗。
优选的，所述步骤（5）中当溶液pH值达到12.5～12.7时停止向滤液A中通入富二氧化碳气体。
优选的，所述步骤（6）中铝酸钙的质量为滤渣B和滤渣D总质量的2～5%。
优选的，反应结束后溶液F的pH为2.2～2.5。
优选的，所述步骤（7）中当溶液pH值达到7～8.5时即二次碳酸化反应结束。
另一方面，本发明还提供了一种聚合硅酸铝铁絮凝剂，该絮凝剂是由上述方法制备生产的。
与现有技术相比，本发明有效地利用了煤矸石、粉煤灰和赤泥等工业固体废弃物中的SiO2、Al2O3、Fe2O3化学成分来制备聚合硅酸铝铁絮凝剂，降低了成本，节约了资源，有效地避免了环境的污染。另外，本发明的工艺流程简单，能耗低，设备腐蚀问题简单，有利于产业化推广。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例1
将煤矸石、粉煤灰和赤泥以1:1:1.5的比例混合作为混合原料，其中混合原料中Si/Al/Fe的比例为30/40/30，在混合原料中可含有Ca、Mg、Na、K、Ti等其他组分，这不能用于限定本发明的保护范围。
取1000g上述混合原料球磨粉碎到100目以上并与2000g工业纯碱混合均匀制备成生料；将制备成的生料转移至焙烧炉中，在900℃下富氧空气中进行焙烧，反应压力0.3MPa，焙烧2h后得到熟料和含有30%二氧化碳的尾气；所述尾气经过两段热交换工序冷却，第一段工序后得到550～700℃的中高温热气，第二段工序后得到150～300℃的中温热气，所述中高温热气和中温热气用于后面溶液的浓缩结晶步骤；将焙烧后的熟料加入到3倍质量的水中并在90℃下连续搅拌2h，固液分离后滤液浸洗下一批次焙烧后的熟料并在90℃下连续搅拌2h，如此循环6次后测得滤液中Na+的含量达到5.0mol/L，固液分离后最终分别得到滤液A和滤渣B；将富二氧化碳气体通入到滤液A中进行碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，当溶液pH值达到12.5～12.7时反应结束，继续充分搅拌1h后固液分离，得到滤液C和滤渣D；将滤渣B、滤渣D和25g铝酸钙混合均匀，然后加入浓度为5%的工业盐酸调节pH值到2.2～2.5并充分进行反应，反应温度为80℃，反应完全后静置2h，得到含有聚合氯化铝铁的溶液F；将滤液C加入到同等体积的水中搅拌均匀后通入富二氧化碳气体进行二次碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，当溶液pH值达到7～8.5时二次碳酸化反应结束，继续充分搅拌1h后固液分离，得到聚硅酸及碳酸钠溶液；将所述碳酸钠溶液由热交换后的热气浓缩结晶后循环用于制备生料；同时将所述的聚硅酸置于反应釜中，并缓慢加入溶液F，搅拌速度180转/分钟，反应温度40℃，溶液F加入后通过添加3%的工业盐酸调节溶液pH值到3.5～4，静置12h后得到黄褐色的聚合硅酸铝铁絮凝剂。
实施例2
取1000g实施例1中的混合原料球磨粉碎到100目以上并与1000g工业纯碱混合均匀制备成生料；将制备成的生料转移至焙烧炉中，在900℃下富氧空气中进行焙烧，反应压力0.3MPa，焙烧2h后得到熟料和含有30%二氧化碳的尾气；所述尾气经过两段热交换工序冷却，第一段工序后得到550～700℃的中高温热气，第二段工序后得到150～300℃的中温热气，所述中高温热气和中温热气用于后面溶液的浓缩结晶步骤；将焙烧后的熟料加入到3倍质量的水中并在90℃下连续搅拌2h，固液分离后滤液浸洗下一批次焙烧后的熟料并在90℃下连续搅拌2h，如此循环9次后测得滤液中Na+的含量达到4.9mol/L，固液分离后最终分别得到滤液A和滤渣B；将富二氧化碳气体通入到滤液A中进行碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，当溶液pH值达到12.5～12.7时反应结束，继续充分搅拌1h后固液分离，得到滤液C和滤渣D；将滤渣B、滤渣D和25g铝酸钙混合均匀，然后加入浓度为5%的工业盐酸调节pH值到2.2～2.5并充分进行反应，反应温度为80℃，反应完全后静置2h，得到含有聚合氯化铝铁的溶液F；将滤液C加入到同等体积的水中搅拌均匀后通入富二氧化碳气体进行二次碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，当溶液pH值达到7～8.5时二次碳酸化反应结束，继续充分搅拌1h后固液分离，得到聚硅酸及碳酸钠溶液；将所述碳酸钠溶液由热交换后的热气浓缩结晶后循环用于制备生料；同时将所述的聚硅酸置于反应釜中，并缓慢加入溶液F，搅拌速度180转/分钟，反应温度40℃，溶液F加入后通过添加3%的工业盐酸调节溶液pH值到3.5～4，静置12h后得到黄褐色的聚合硅酸铝铁絮凝剂。
实施例3
取1000g实施例1中的混合原料球磨粉碎到100目以上并与3000g工业纯碱混合均匀制备成生料；将制备成的生料转移至焙烧炉中，在900℃下富氧空气中进行焙烧，反应压力0.3MPa，焙烧2h后得到熟料和含有30%二氧化碳的尾气；所述尾气经过两段热交换工序冷却，第一段工序后得到550～700℃的中高温热气，第二段工序后得到150～300℃的中温热气，所述中高温热气和中温热气用于后面溶液的浓缩结晶步骤；将焙烧后的熟料加入到3倍质量的水中并在90℃下连续搅拌2h，固液分离后滤液浸洗下一批次焙烧后的熟料并在90℃下连续搅拌2h，如此循环3次后测得滤液中Na+的含量达到5.2mol/L，固液分离后最终分别得到滤液A和滤渣B；将富二氧化碳气体通入到滤液A中进行碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，当溶液pH值达到12.5～12.7时反应结束，继续充分搅拌1h后固液分离，得到滤液C和滤渣D；将滤渣B、滤渣D和25g铝酸钙混合均匀，然后加入浓度为5%的工业盐酸调节pH值到2.2～2.5并充分进行反应，反应温度为80℃，反应完全后静置2h，得到含有聚合氯化铝铁的溶液F；将滤液C加入到同等体积的水中搅拌均匀后通入富二氧化碳气体进行二次碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，当溶液pH值达到7～8.5时二次碳酸化反应结束，继续充分搅拌1h后固液分离，得到聚硅酸及碳酸钠溶液；将所述碳酸钠溶液由热交换后的热气浓缩结晶后循环用于制备生料；同时将所述的聚硅酸置于反应釜中，并缓慢加入溶液F，搅拌速度180转/分钟，反应温度40℃，溶液F加入后通过添加3%的工业盐酸调节溶液pH值到3.5～4，静置12h后得到黄褐色的聚合硅酸铝铁絮凝剂。
Claims (10)
1.一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：是以煤矸石、粉煤灰、赤泥中的一种或多种为原料制备聚硅酸铝铁絮凝剂，具体方法步骤如下：
（1）将煤矸石、粉煤灰、赤泥中的一种或多种经过球磨机粉碎到100目以上作为混合原料，其中混合原料中Si/Al/Fe的比例为5～30/20～50/10～40；
（2）将步骤（1）中的混合原料与工业纯碱混合均匀制备成生料，其中生料中纯碱与混合原料的重量比为1:（1～3）；
（3）将步骤（2）中的生料在富氧空气环境中，700～950℃的条件下焙烧1～3h，得到熟料，尾气经热交换后得到富二氧化碳气体，热交换后得到的热气用于后面溶液的浓缩结晶步骤；
（4）将焙烧后的熟料加入到3倍质量的水中并在90℃下连续搅拌2h，固液分离后滤液浸洗下一批次焙烧后的熟料并在90℃下连续搅拌2h，如此循环3～10次，最终分别得到滤液A和滤渣B；
（5）将步骤（3）中的富二氧化碳气体通入到滤液A中进行一次碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，反应结束后充分搅拌1h固液分离，得到滤液C和滤渣D；
（6）将滤渣B、滤渣D和铝酸钙混合破碎后加入到浓度为3%～10%的工业盐酸中进行反应，反应温度为60～80℃，反应完全后静置2h，得到溶液F；
（7）将步骤（5）中得到的滤液C加入到同等体积的水中搅拌均匀后通入富二氧化碳气体进行二次碳酸化反应，反应压力0.35MPa，反应温度40℃，反应结束后充分搅拌1h固液分离，得到聚硅酸及碳酸钠溶液；所述碳酸钠溶液由步骤（3）中热交换后的热气浓缩结晶后循环用于步骤（2）中制备生料；
（8）将步骤（7）中得到的聚硅酸置于反应釜中，并缓慢加入溶液F，搅拌速度不低于150转/分钟，反应温度40℃，溶液F加入后调节溶液pH值到3.5～4，静置6～12h后得到聚合硅酸铝铁絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：优选的，所述步骤（2）中纯碱与混合原料的质量比为1:1.5。
3.根据权利要求1所述的一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）是在富氧空气中进行焙烧，焙烧温度900℃。
4.根据权利要求1所述的一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中尾气经过两段热交换工序，第一段工序后得到550～700℃的高温热气，第二段工序后得到150～300℃的中温热气，最终所述富二氧化碳气体中二氧化碳的浓度不低于23%，所述中高温热气和中温热气用于步骤（7）中的碳酸钠溶液浓缩结晶工序中。
5.根据权利要求1所述的一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）当滤液中Na+的含量达到4.8～5.5mol/L时停止滤液的循环浸洗。
6.根据权利要求1所述的一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中当溶液pH值达到12.5～12.7时停止向滤液A中通入富二氧化碳气体。
7.根据权利要求1所述的一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中铝酸钙的质量为滤渣B和滤渣D总质量的2～5%。
8.根据权利要求1所述的一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：反应结束后溶液F的pH为2.2～2.5。
9.根据权利要求1所述的一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中当溶液pH值达到7～8.5时即二次碳酸化反应结束。
10.一种聚合硅酸铝铁絮凝剂，其特征在于：使用权利要求1-9任一项所述的方法制备生产。
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| CN113351364A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-07 | 许泽胜 | 一种煤炭的脱硫方法 |
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