CN109809540B - 一种聚硅酸铝铁絮凝剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合硅酸铝铁絮凝剂及制备方法，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、熟料烧成、水淬、粗品水洗分离、无机酸调节、碱溶等步骤制备生产。本发明降低了成本，节约了资源，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及制备方法，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）中的混合原料与活化剂混合均匀制备成生料，所述活化剂为硫酸铵或氯化铵或二者的混合物，且活化剂与混合原料的质量比为（5～10）:1；
（3）将步骤（2）中的的生料在500～750℃的条件下焙烧1～3h，反应压力0.25～0.3MPa，得到熟料；
（4）将步骤（3）中的熟料转移到同等质量的水中进行水淬，得到颗粒尺寸在10～100μm粗品，在将所述粗品进行湿磨后加入到3倍体积的的水，90℃下充分搅拌2h，然后固液分离得到滤液A和滤渣B；
（5）将铝酸钙加入到滤液A中，同时加入无机酸，在60～80℃条件下搅拌反应4h，反应结束后静置2h，得到溶液C；
（6）将滤渣B破碎后转移到置有氢氧化钠溶液耐腐蚀高压反应釜中，升温到130℃后搅拌反应4h，冷却至室温后固液分离，得到溶液D；
（7）将溶液C以质量比（1～1.5）：1的比例缓慢加入到溶液D中，搅拌速度不低于150转/分钟，反应温度40℃，溶液C加入后通过添加无机酸调节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（5）中无机酸为30%的工业盐酸或60%的工业硫酸或二者的混合物，加入无机酸使溶液pH值调节到2.2～2.5。
优选的，所述步骤（5）中铝酸钙的为铁铝氧化物总含量的的2～5%。
优选的，所述步骤（6）中氢氧化钠溶液中的Na2O与滤渣B中SiO2的质量比控制在1：（0.6～0.8）。
优选的，所述步骤（7）中的无机酸为无机酸为3～10%的工业盐酸或5～15%的工业硫酸或二者的混合物。
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，与活化剂混合均匀制备成生料，所述活化剂为氯化铵，且活化剂与混合原料的质量比为7:1；将制备成的生料转移至焙烧炉中在650℃下进行焙烧，反应压力0.3MPa，焙烧2h后得到熟料；将熟料转移到1.5L的水中进行水淬，得到颗粒尺寸在10～100μm粗品，将粗品进行湿磨后加入到4.5L的水，90℃下充分搅拌2h，然后固液分离得到滤液A和滤渣B；将25g铝酸钙加入到滤液A中，同时加入浓度为30%的工业盐酸调节溶液pH到2.2～2.5，并在60～80℃条件下搅拌反应4h，反应结束后静置2h，得到含有聚合氯化铝铁的溶液C；将滤渣B破碎后转移到置有6L浓度为25%的氢氧化钠溶液的耐腐蚀高压反应釜中，升温到130℃后搅拌反应4h，冷却至室温后固液分离，得到含有硅酸钠的溶液D；按质量比1：1的比例将溶液C缓慢加入到溶液D中，搅拌速度180转/分钟，反应温度40℃，溶液C加入结束后添加5%的工业盐酸调节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，与活化剂混合均匀制备成生料，所述活化剂为硫酸铵，且活化剂与混合原料的质量比为8:1；将制备成的生料转移至焙烧炉中在700℃下进行焙烧，反应压力0.3MPa，焙烧2h后得到熟料；将熟料转移到1.5L的水中进行水淬，得到颗粒尺寸在10～100μm粗品，将粗品进行湿磨后加入到4.5L的水，90℃下充分搅拌2h，然后固液分离得到滤液A和滤渣B；将25g铝酸钙加入到滤液A中，同时加入浓度为60%的工业硫酸调节溶液pH到2.2～2.5，并在60～80℃条件下搅拌反应4h，反应结束后静置2h，得到含有聚合硫酸铝铁的溶液C；将滤渣B破碎后转移到置有6L浓度为25%的氢氧化钠溶液的耐腐蚀高压反应釜中，升温到130℃后搅拌反应4h，冷却至室温后固液分离，得到含有硅酸钠的溶液D；按质量比1：1的比例将溶液C缓慢加入到溶液D中，搅拌速度180转/分钟，反应温度40℃，溶液C加入结束后添加10%的工业硫酸调节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，与活化剂混合均匀制备成生料，所述活化剂为质量比1:1的氯化铵和硫酸铵混合物，且活化剂与混合原料的质量比为8:1；将制备成的生料转移至焙烧炉中在700℃下进行焙烧，反应压力0.3MPa，焙烧2h后得到熟料；将熟料转移到1.5L的水中进行水淬，得到颗粒尺寸在10～100μm粗品，将粗品进行湿磨后加入到4.5L的水，90℃下充分搅拌2h，然后固液分离得到滤液A和滤渣B；将25g铝酸钙加入到滤液A中，同时加入无机酸调节溶液pH到2.2～2.5，并在60～80℃条件下搅拌反应4h，所述无机酸为30%工业盐酸与60%工业硫酸以1:1比例混合得到的混合酸，反应结束后静置2h，得到溶液C；将滤渣B破碎后转移到置有6L浓度为25%的氢氧化钠溶液的耐腐蚀高压反应釜中，升温到130℃后搅拌反应4h，冷却至室温后固液分离，得到含有硅酸钠的溶液D；按质量比1：1的比例将溶液C缓慢加入到溶液D中，搅拌速度180转/分钟，反应温度40℃，溶液C加入结束后添加无机酸调节pH值到3.5～4，所述无机酸为5%工业盐酸与10%工业硫酸以1:1比例混合得到的混合酸，静置12h后得到黄褐色的聚合硅酸铝铁絮凝剂。
Claims (4)
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）中的混合原料与活化剂混合均匀制备成生料，所述活化剂为硫酸铵或氯化铵或二者的混合物，且活化剂与混合原料的质量比为（5～10）:1；
（3）将步骤（2）中的生料在500～750℃的条件下焙烧1～3h，反应压力0.25～0.3MPa，得到熟料；
（4）将步骤（3）中的熟料转移到同等质量的水中进行水淬，得到颗粒尺寸在10～100μm粗品，在将所述粗品进行湿磨后加入到3倍体积的水，90℃下充分搅拌2h，然后固液分离得到滤液A和滤渣B；
（5）将铝酸钙加入到滤液A中，同时加入无机酸，在60～80℃条件下搅拌反应4h，反应结束后静置2h，得到溶液C；
（6）将滤渣B破碎后转移到置有氢氧化钠溶液的耐腐蚀高压反应釜中，升温到130℃后搅拌反应4h，冷却至室温后固液分离，得到溶液D；
（7）将溶液C以质量比（1～1.5）：1的比例缓慢加入到溶液D中，搅拌速度不低于150转/分钟，反应温度40℃，溶液C加入后通过添加无机酸调节pH值到3.5～4，静置6～12h后得到聚合硅酸铝铁絮凝剂
所述步骤（5）中铝酸钙为铁铝氧化物总含量的2～5%；
所述步骤（6）中氢氧化钠溶液中的Na2O与滤渣B中SiO2的质量比控制在1：（0.6～0.8）。
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：所述步骤（5）中无机酸为30%的工业盐酸或60%的工业硫酸或二者的混合物，加入无机酸使溶液pH值调节到2.2～2.5。
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（7）中的无机酸为3～10%的工业盐酸或5～15%的工业硫酸或二者的混合物。
4.一种聚合硅酸铝铁絮凝剂，其特征在于：使用权利要求1-3任一项所述的方法制备生产。
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