CN1935684A - 一种聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，包括原料选取，高炉瓦斯灰溶出液的制备，Al(OH) ₃溶胶的制备，聚合氯化铝铁絮凝剂的制备等步骤；本发明方法制备的产品是复合型无机高分子絮凝剂，兼有铝盐类和铁盐类絮凝剂的特性，具有优良的净水性能和广泛的应用范围。本发明不仅对钢厂废物综合利用提供了一条可行途径，同时为絮凝剂生产提供了一条原料廉价的工艺路线，达到了以废治废的目的，取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。

Description

一种聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法

技术领域

本发明涉及无机高分子絮凝剂的生产方法，尤其涉及一种利用钢厂废物高炉瓦斯灰为主要原料制备复合型无机高分子絮凝剂——聚合氯化铝铁的方法。

背景技术

高炉瓦斯灰是炼铁高炉在炼铁过程中随高炉煤气(亦称瓦斯)带出的原燃料的粉尘以及高温区激烈反应而产生的微粒，其主要成份为碳粒、单质铁及其氧化物，另外还有SiO₂、Al₂O₃等，是钢铁企业主要固体排放物之一。我国的钢铁产量近年来跃居世界首位，炼铁高炉产生的高炉瓦斯灰总量相当大，以铁产量的1.7％计，全国年产瓦斯灰近200万吨。由于高炉瓦斯灰是炼铁的废渣，数量又大，因此这必然给环境造成不利的影响。

目前，国内对高炉瓦斯灰的处理方式主要是，各钢厂大多直接将其作为生产水泥原料、粘土改良或生产免烧砖等，这些利用方法的缺陷是不仅回收费用较大，程序复杂，而且经济效益低，环保和节能效果不显著。

铝铁共聚复合型无机絮凝剂是从七十年代到九十年代研究和发展起来的新型化学工业产品。由于该絮凝剂兼具聚合铝的优良絮凝效能和聚合铁的强吸附活性、快速沉淀及适用范围宽的优点，将其作为一种新型高效絮凝剂在欧美和日本已有相关报道，并且得到一定的推广应用。但是，在现有的制备复合型无机絮凝剂方法的报道中，以高炉瓦斯灰为主要原料制备聚合氯化铝铁絮凝剂(PAFC)，在国内外文献数据库中，目前尚未见相关文献报道。

利用高炉瓦斯灰合成絮凝剂，可以使瓦斯灰得到有效利用，无论从环境保护还是创造经济效益的角度出发都具有深远的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用钢厂废物高炉瓦斯灰为主要原料制备复合型无机高分子絮凝剂——聚合氯化铝铁的方法。

本发明所述聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料选取：将Fe₂O₃含量不少于15％、Al₂O₃含量不少于5％的钢厂废物高炉瓦斯灰自然风干后过60目筛，备用；

(2)高炉瓦斯灰溶出液的实验室制备：称取50g高炉瓦斯灰，放入带有搅拌器、温度计和回流装置的500mL四口烧瓶中，加入2gNaF，边搅拌边加入6mL质量百分比浓度为49％的HNO₃以氧化高炉瓦斯灰中的二价铁，用质量百分比浓度为18％的盐酸溶液在灰酸比为1∶1.6～4，反应温度为50～105℃条件下，搅拌反应1.5～4小时，使物料中的铁、铝最大限度地溶于液相中，然后抽滤，得到主要含Al³⁺和Fe³⁺的高炉瓦斯灰溶出液，并以常规方法对其Fe³⁺、Al³⁺含量进行检测，确定铁、铝溶出率；

(3)Al(OH)₃溶胶的制备：取AlCl₃·6H₂O晶体用去离子水配成Al³⁺浓度约为2.5mol/L的AlCl₃溶液，用质量百分比浓度为10％的Na₂CO₃中和至pH值为6.0～6.5，即得Al(OH)₃溶胶；

(4)聚合氯化铝铁絮凝剂的制备：向步骤(2)制取的高炉瓦斯灰溶出液中逐渐加入步骤(3)制取的Al(OH)₃溶胶，溶胶加入量以溶出液与生成Al(OH)₃溶胶的AlCl₃溶液的体积比计为1∶1～2，在水解聚合温度为20～70℃条件下，搅拌反应2～4小时，静止熟化24±2小时，即得红棕色聚合氯化铝铁液体絮凝剂。

上述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法中：步骤(2)所述灰酸比优选为1∶2.5～3.5，反应温度优选为80～100℃，搅拌反应时间优选为2.5～3.5小时。

其中：步骤(2)所述灰酸比最优选为1∶3，反应温度最优选为100℃，搅拌反应时间最优选为3小时。

上述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法中：步骤(2)所述高炉瓦斯灰溶出液的制备在放大生产中，高炉瓦斯灰、NaF、HNO₃、盐酸用量遵照原比例关系量放大执行。

上述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法中：步骤(4)所述溶胶加入量以溶出液与生成Al(OH)₃溶胶的AlCl₃溶液的体积比计优选为1∶1。

上述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法中：步骤(4)所述水解聚合温度优选为50～70℃，搅拌反应时间优选为3～4小时。

其中：步骤(4)所述水解聚合温度最优选为60～70℃，搅拌反应时间最优选为4小时。

本发明的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法具有工艺创新、方法简便、成本低廉、利于环保护等突出优点，生产出的产品外观为红棕色液体，密度为1.2g/mL，pH值3.5，盐基度57.0％，Al₂O₃质量百分含量为10.8％，Fe₂O₃质量百分含量为3.6％。产品具有优良絮凝性能和广泛应用范围，经济效益、社会效益、环境效益显著。

本发明与现有技术相比所具备的优点在于：

(1)利用钢厂废物为原料，可大大降低聚合氯化铝铁的生产成本和废水处理成本，有利于该新型絮凝剂的推广应用；

(2)聚铝铁絮凝剂中亚铁含量高会影响水处理时COD的去除，本方法由于采用了强氧化剂硝酸为催化剂，PAFC产品中几乎没有Fe²⁺，絮凝效果显著，用该絮凝剂处理酿造废水，其COD_Cr去除率达45％左右，SS去除率达到90％以上；

(3)对钢厂固体废物进行综合利用，在降低无机高分子絮凝剂生产成本的同时，又能提高其环境价值，达到以废治废的目的，实现固体废物的资源化，为钢厂废物高炉瓦斯灰的回收利用探索出一条新途径；

(4)产品稳定，用量省，pH值适用范围宽，沉降性能好；

(5)合成过程中不需加压、加氧，操作简单，投资省，见效快，有明显的实用价值。

附图说明

图1为本发明的合成工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，利用钢厂废物高炉瓦斯灰制备复合型无机高分子絮凝剂聚合氯化铝铁液体产品包括以下步骤：

(1)原料选取：将Fe₂O₃含量为24.32％、Al₂O₃含量为8.42％的钢厂废物高炉瓦斯灰自然风干后过60目筛，备用；

(2)高炉瓦斯灰溶出液的实验室制备：称取50g高炉瓦斯灰，放入带有搅拌器、温度计和回流装置的500mL四口烧瓶中，加入2gNaF，边搅拌边加入6mL质量百分比浓度为49％的HNO₃以氧化高炉瓦斯灰中的二价铁，用质量百分比浓度为18％的盐酸溶液在灰酸比为1∶3，反应温度为100～105℃条件下，搅拌反应3小时，使物料中的铁、铝最大限度地溶于液相中，然后抽滤，得到主要含Al³⁺和Fe³⁺的高炉瓦斯灰溶出液，并以常规方法对其Fe³⁺、Al³⁺含量进行检测，测得其铁、铝溶出率分别为67.61％和12.35％；

(3)Al(OH)₃溶胶的制备：取AlCl₃·6H₂O晶体用去离子水配成Al³⁺浓度约为2.5mol/L的AlCl₃溶液，用质量百分比浓度为10％的Na₂CO₃中和至pH值为6.0～6.5，即得Al(OH)₃溶胶；

(4)聚合氯化铝铁絮凝剂的制备：向步骤(2)制取的高炉瓦斯灰溶出液中逐渐加入步骤(3)制取的Al(OH)₃溶胶，溶胶加入量以溶出液与生成Al(OH)₃溶胶的AlCl₃溶液的体积比计为1∶1，在水解聚合温度为60～70℃条件下，搅拌反应4小时，静止熟化24小时，即得红棕色聚合氯化铝铁液体絮凝剂。

实施例2

利用钢厂废物高炉瓦斯灰制备聚合氯化铝铁液体絮凝剂的方法，包括以下步骤：

(1)原料选取：将Fe₂O₃含量为21.2％、Al₂O₃含量为7.8％的钢厂废物高炉瓦斯灰自然风干后过60目筛，备用；

(2)高炉瓦斯灰溶出液的实验室制备：称取50g高炉瓦斯灰，放入带有搅拌器、温度计和回流装置的500mL四口烧瓶中，加入2gNaF，边搅拌边加入6mL质量百分比浓度为49％的HNO₃以氧化高炉瓦斯灰中的二价铁，用质量百分比浓度为18％的盐酸溶液在灰酸比为1∶4，反应温度为70～85℃条件下，搅拌反应2小时，使物料中的铁、铝最大限度地溶于液相中，然后抽滤，得到主要含Al³⁺和Fe³⁺的高炉瓦斯灰溶出液，并以常规方法对其Fe³⁺、Al³⁺含量进行检测，测得其铁、铝溶出率分别为59.4％和10.5％；

(3)Al(OH)₃溶胶的制备：取AlCl₃·6H₂O晶体用去离子水配成Al³⁺浓度约为2.5mol/L的AlCl₃溶液，用质量百分比浓度为10％的Na₂CO₃中和至pH值为6.2～6.5，即得Al(OH)₃溶胶；

(4)聚合氯化铝铁絮凝剂的制备：向步骤(2)制取的高炉瓦斯灰溶出液中逐渐加入步骤(3)制取的Al(OH)₃溶胶，溶胶加入量以溶出液与生成Al(OH)₃溶胶的AlCl₃溶液的体积比计为1∶1.5，在水解聚合温度为45～50℃条件下，搅拌反应3小时，静止熟化26小时，即得红棕色聚合氯化铝铁液体絮凝剂。

实施例3

利用钢厂废物高炉瓦斯灰制备聚合氯化铝铁液体絮凝剂的方法，包括以下步骤：

(1)原料选取：将Fe₂O₃含量为25.2％、Al₂O₃含量为8.8％的钢厂废物高炉瓦斯灰自然风干后过60目筛，备用；

(2)高炉瓦斯灰溶出液的实验室制备：称取50g高炉瓦斯灰，放入带有搅拌器、温度计和回流装置的500mL四口烧瓶中，加入2gNaF，边搅拌边加入6mL质量百分比浓度为49％的HNO₃以氧化高炉瓦斯灰中的二价铁，用质量百分比浓度为18％的盐酸溶液在灰酸比为1∶2，反应温度为50～65℃条件下，搅拌反应4小时，使物料中的铁、铝最大限度地溶于液相中，然后抽滤，得到主要含Al³⁺和Fe³⁺的高炉瓦斯灰溶出液，并以常规方法对其Fe³⁺、Al³⁺含量进行检测，测得其铁、铝溶出率分别为69.4％和13.2％；

(3)Al(OH)₃溶胶的制备：取AlCl₃·6H₂O晶体用去离子水配成Al³⁺浓度约为2.5mol/L的AlCl₃溶液，用质量百分比浓度为10％的Na₂CO₃中和至pH值为6.2～6.3，即得Al(OH)₃溶胶；

(4)聚合氯化铝铁絮凝剂的制备：向步骤(2)制取的高炉瓦斯灰溶出液中逐渐加入步骤(3)制取的Al(OH)₃溶胶，溶胶加入量以溶出液与生成Al(OH)₃溶胶的AlCl₃溶液的体积比计为1∶1.2，在水解聚合温度为25～35℃条件下，搅拌反应4小时，静止熟化25小时，即得红棕色聚合氯化铝铁液体絮凝剂。

Claims (7)

1.一种聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料选取：将Fe₂O₃含量不少于15％、Al₂O₃含量不少于5％的钢厂废物高炉瓦斯灰自然风干后过60目筛，备用；

(2)高炉瓦斯灰溶出液的实验室制备：称取50g高炉瓦斯灰，放入带有搅拌器、温度计和回流装置的500mL四口烧瓶中，加入2gNaF，边搅拌边加入6mL质量百分比浓度为49％的HNO₃以氧化高炉瓦斯灰中的二价铁，用质量百分比浓度为18％的盐酸溶液在灰酸比为1∶1.6～4，反应温度为50～105℃条件下，搅拌反应1.5～4小时，使物料中的铁、铝最大限度地溶于液相中，然后抽滤，得到主要含Al3+和Fe3+的高炉瓦斯灰溶出液，并以常规方法对其Fe³⁺、Al³⁺含量进行检测，确定铁、铝溶出率；

(3)Al(OH)₃溶胶的制备：取AlCl₃·6H₂O晶体用去离子水配成Al³⁺浓度约为2.5mol/L的AlCl₃溶液，用质量百分比浓度为10％的Na₂CO₃中和至pH值为6.0～6.5，即得Al(OH)₃溶胶；

(4)聚合氯化铝铁絮凝剂的制备：向步骤(2)制取的高炉瓦斯灰溶出液中逐渐加入步骤(3)制取的Al(OH)₃溶胶，溶胶加入量以溶出液与生成Al(OH)₃溶胶的AlCl₃溶液的体积比计为1∶1～2，在水解聚合温度为20～70℃条件下，搅拌反应2～4小时，静止熟化24±2小时，即得红棕色聚合氯化铝铁液体絮凝剂。

2.如权利要求1所述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述灰酸比为1∶2.5～3.5，反应温度为80～100℃，搅拌反应时间为2.5～3.5小时。

3.如权利要求2所述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述灰酸比为1∶3，反应温度为100℃，搅拌反应时间为3小时。

4.如权利要求1所述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述高炉瓦斯灰溶出液的制备在放大生产中，高炉瓦斯灰、NaF、HNO₃、盐酸用量遵照原比例关系量放大执行。

5.如权利要求1所述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述溶胶加入量以溶出液与生成Al(OH)₃溶胶的AlCl₃溶液的体积比计为1∶1。

6.如权利要求1所述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述水解聚合温度为50～70℃，搅拌反应时间为3～4小时。

7.如权利要求6所述的聚合氯化铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述水解聚合温度为60～70℃，搅拌反应时间为4小时。

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