利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法
2023-06-07 11:42:31
專利名稱：：利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法
技術領域：
：本發明涉及無機高分子絮凝劑
技術領域：
，具體涉及一種利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法。
背景技術：
：近年來，我國經濟社會迅速發展，人民生活水平不斷提高，用水量和廢水排放量隨之劇增，但我國可用水資源十分有限，這就要求對排放的廢水進行有效地淨化處理和回收利用，目前，普遍使用的無機絮凝劑有鋁系和鐵系兩大類，聚合氯化鋁(PAC)和聚合硫酸鐵(PFS)分別是鋁系和鐵系絮凝劑的典型代表，兩者存在著不同的絮凝特性。聚合氯化鋁(PAC)對於處理生活汙水、工業廢水來說，具有混凝性能好、絮體大、用量少、沉澱快、適用範圍廣等優點；而對於處理具有較高的化學需氧量(COD)、色度和pH值的造紙廢水、印染廢水等來說，其脫色率低，應用受到一定限制；PAC的最大不足還在於處理過的廢水中殘留的鋁離子含量相對偏高，而人體攝入過多的鋁可導致老年痴呆症，這就直接限制了PAC在淨化飲用水方面的應用。聚合硫酸鐵(PFS)在處理含氟廢水、高氟飲用水、含重金屬廢水等方面具有很好的效果，與鋁鹽相比，鐵鹽絮凝體比重大，沉渣體積較小，但是由鐵鹽處理過的水體中鐵離子含量較高，使水體帶色，因此PFS的應用範圍受到限制。故傳統的絮凝劑都不能滿足現有的廢水處理工藝，因此趨於開發複合化、高效能、多功能、低毒無公害的綠色絮凝劑，其中聚矽酸鋁鐵就是新型複合無機高分子絮凝劑的一種，既克服了鋁鹽絮凝劑對PH敏感，殘餘鋁量較大，又克服了鐵鹽絮凝劑出水有殘色的缺點，不僅具有吸附架橋和電中和作用，而且分子聚合度大，多組分協同作用，具有更加優越的穩定性和淨水效果，可廣泛應用於各類廢水處理中，同時，由於處理後的水中不含鋁及其它有害成分，因此消除了對人體的潛在危害，傳統的生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法有兩類，一種是將聚合鋁、鐵引入聚矽酸中製備而得，另一種是將聚矽酸引入聚合鋁、鐵中製備而得，這些方法均採用現成的化工原料進行生產，成本較高，同時由這些方法製備的聚矽酸鋁鐵絮凝劑的絮凝效果和穩定性較差。
發明內容本發明的目的是提供一種利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，該方法採用煤矸石直接製備聚矽酸鋁鐵絮凝劑，成本低廉，且由該方法製備的聚矽酸鋁鐵絮凝劑的穩定性和絮凝效果都較好。本發明的一種利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，包括以下步驟a、煤矸石粉碎與焙燒將煤矸石粉碎後在450-850°C的溫度下加熱焙燒1_3小時；b、酸溶法提取聚合鋁鐵溶液將焙燒過的煤矸石與鹽酸按照固液的體積比為1:4-1:6混合進行反應，反應完全後將所得的反應液過濾，其中過濾所得的濾渣備用，過濾所得的濾液用鹼調節PH值為3-3.5之間，即得聚合鋁鐵溶液；C、鹼溶法製備矽酸鈉溶液將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質量比為2:1-4:1混合進行反應，反應完全後將所得的反應液過濾，過濾所得的濾液即是矽酸鈉溶液；d、矽酸溶液的活化處理將上述製備的矽酸鈉溶液加酸調節pH值為4-4.5之間，不斷攪拌即得活化的矽酸溶液；e、聚矽酸鋁鐵溶液的製備將上述製備的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為11混合進行反應，即得聚矽酸鋁鐵絮凝劑。煤矸石是煤炭開採、加工過程產生的工業固體廢棄物，在煤礦工業固體廢棄物中所佔數量最大，每年排放近IX108t，佔煤炭年產量的10%左右，已累計堆積30X108t以上，是目前我國排放量最大的工業固體廢棄物，約佔總量的35%，煤矸石的大量積存，對環境產生了不良的影響，除了佔據空間、破壞景觀等物理汙染外，更多的是經轉化造成對空氣、水體、土壤的化學影響，最終作用到整個生態系統，危害人體健康。然而，由於煤矸石中含有大量的Si、Al和Fe，且這些元素是製造無機類絮凝劑的有效成分，本發明提供了一種利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，採用煤矸石為主要原料，通過對煤矸石的粉碎、焙燒獲得煤矸石中的鋁和鐵，再加酸進行反應製備聚合鋁鐵溶液和矽酸鈉溶液，再將聚合鋁鐵溶液和矽酸溶液按照質量比為11混合，即得聚矽酸鋁鐵絮凝劑，故本發明的生產方法提供了一條以煤矸石為主要原料製備聚矽酸鋁鐵絮凝劑的新生產工藝，科學精簡了工藝流程，縮短了生產時間，解決了煤矸石大量堆存汙染環境的問題，實現以廢治廢和資源的再利用，投資少，操作費用低，同時該生產方法增加了聚矽酸鋁鐵絮凝劑的穩定性，有效保證了聚矽酸鋁鐵絮凝劑的質量。圖1是本發明生產方法流程圖。具體實施例方式如圖1所示，本發明的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，包括以下步驟a、煤矸石粉碎與焙燒將煤矸石粉碎後在450-850°C的溫度下加熱焙燒1_3小時；b、酸溶法提取聚合鋁鐵溶液將焙燒過的煤矸石與鹽酸按照固液的體積比為1:4-1:6混合進行反應，反應完全後將所得的反應液過濾，其中過濾所得的濾渣備用，過濾所得的濾液用鹼調節PH值為3-3.5之間，即得聚合鋁鐵溶液；C、鹼溶法製備矽酸鈉溶液將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質量比為2:1-4:1混合進行反應，反應完全後將所得的反應液過濾，過濾所得的濾液即是矽酸鈉溶液；d、矽酸溶液的活化處理將上述製備的矽酸鈉溶液加入強酸調節pH值為4-4.5之間，不斷攪拌即得活化的矽酸溶液；e、聚矽酸鋁鐵溶液的製備將上述製備的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為11混合進行反應，即得聚矽酸鋁鐵絮凝劑。採用上述技術方案，首先將煤矸石進行粉碎和焙燒，有助於改善煤矸石的活性，增加無定型可溶性的氧化矽和氧化鋁的含量，從而也就增加了所製備的聚矽酸鋁鐵絮凝劑的吸附能力和絮凝效果；然後再加鹽酸與焙燒活化後的煤矸石進行反應，使得煤矸石中的氧化鋁和氧化鐵分別與鹽酸反應，生成聚合鋁鐵溶液，其中反應後的濾渣再與氫氧化鈉按照質量比為21-41混合進行反應，以使得煤矸石中的二氧化矽與氫氧化鈉進行反應生成矽酸鈉溶液，繼續加入強酸並調節矽酸鈉溶液的PH值為4-4.5之間，即得到活化的矽酸溶液，為更好的進行後續的聚合反應，對活化矽酸不斷攪拌，防止生成的矽酸凝固；最後再將上述生成的聚合鋁鐵溶液與活化的矽酸溶液混合進行反應，即得聚矽酸鋁鐵溶液，由本發明的生產方法製備的聚矽酸鋁鐵絮凝劑，既克服了鋁鹽絮凝劑對PH敏感，殘餘鋁量較大，又克服了鐵鹽絮凝劑出水有殘色的缺點，不僅具有吸附架橋和電中和作用，而且分子聚合度大，多組分協同作用，具有更加優越的穩定性和淨水效果，可廣泛應用於各類廢水處理中，由於處理後的水中不含鋁及其它有害成分，因此消除了對人體的潛在危害，同時本發明所用的原料煤矸石是我國主要的工業廢渣之一，不僅成本低廉，而且解決了煤矸石大量堆存汙染環境的問題，實現以廢治廢和資源的再利用。作為本發明的一種優選方式，所述的步驟a中是將煤矸石粉碎至80-120目後在450-850°C的溫度下加熱焙燒1-3小時，且所述的煤矸石中Al2O3含量為25-35%，SiO2含量為50-60%，Fe2O3含量為5-9%。採用這樣的技術方案，有助於焙燒時使煤矸石中的鋁和鐵的溶出率較高，提高反應速率，本發明中優選的是焙燒2小時，一般優選採用煤矸石中Al2O3含量為25-35%，SiO2含量為50-60%,Fe2O3含量為5_9%，這樣可確保所生產的聚矽酸鋁鐵絮凝劑具有較好的穩定性和絮凝效果。作為本發明的另一種優選方式，所述的步驟b中將焙燒過的煤矸石與鹽酸按照固液的體積比為14-16混合後在80-100°C的條件下進行反應。優選的是將焙燒過的煤矸石與鹽酸按照固液的體積比為14-16混合後在80-100°C的條件下至少反應2小時。其中所述的鹽酸的濃度為10%-20%之間。採用這樣的技術方案，可以提高煤矸石與鹽酸的反應速度，保證反應充分，一般本發明中優選採用濃度為10-20%的鹽酸與煤矸石在80-100°C的恆溫水浴中進行反應，並在反應的過程中不斷攪拌，最佳的是以100轉/分鐘的速度攪拌2小時，當然攪拌的速度並不受限制，主要的目的是加快本發明的反應速度，使反應充分完全。本發明的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，所述的步驟c中將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質量比為21-41混合後，在壓力為0.13Mpa，溫度為110-120°C的條件下反應4-6小時。採用這樣的技術方案，可以提高反應速度，縮短反應時間，且所選的壓力和溫度都比較容易實現。本發明的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，所述的步驟d中採用硫酸或鹽酸調節矽酸鈉溶液的PH值為4-4.5之間。所述的步驟d中用硫酸或鹽酸調節矽酸鈉溶液的PH值時不斷攪拌30-60分鐘。採用這樣的技術方案，加入硫酸或鹽酸並不斷攪拌，得到活化的矽酸溶液，並且防止生成的矽酸凝固，為後續的聚合反應創造條件。作為本發明的另一種優選方式，所述的步驟e中將上述製備的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為11混合後，至少反應2小時即得聚矽酸鋁鐵絮凝劑。所述的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為11混合反應後，再靜置至少24小時，即得聚矽酸鋁鐵絮凝劑。採用這樣的技術方案，可以確保聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液完全反應為聚矽酸鋁鐵絮凝劑，靜置的效果是沉降完全，以獲得穩定、絮凝效果好的聚矽酸鋁鐵絮凝劑。下面通過實施例對本發明作進一步說明實施例1將500公斤煤矸石粉碎過篩至粒度為80目，裝入馬弗爐中焙燒活化，焙燒溫度控制在750°C，焙燒時間為1小時；將焙燒過的煤矸石與濃度為20%的鹽酸按照固液的體積比為14混合，在80°C的恆溫水浴中以lOOi^mirT1的速度攪拌2h，待反應完全後將反應液過濾，保留濾液並加鹼調節使溶液的PH值為3，靜置3h，即得聚合鋁鐵溶液；將濾渣和NaOH固體按照質量比例為21混合後，在壓力為0.13MPa，溫度為120°C的條件下反應5小時，反應完全後將反應液過濾，過濾所得的濾液即是矽酸鈉溶液；將上述製備的矽酸鈉溶液，在不斷攪拌的條件下慢慢滴加硫酸，調節溶液的PH值為4，並加速攪拌30min，即得活化的矽酸溶液；將上述製備的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為11混合，在室溫條件下，以IOOr-min的速度攪拌，使之反應2h，再靜置24h，即得到紅棕色的聚矽酸鋁鐵液體絮凝劑。實施例2將1000公斤煤矸石粉碎至粒度為100目，裝入馬弗爐中焙燒活化，焙燒溫度控制在450°C，焙燒時間為2小時；將焙燒過的煤矸石與濃度為10%的鹽酸按照固液的體積比為15混合，在90°C的恆溫水浴中以lOOi^mirT1的速度攪拌2h，待反應完全後將反應液過濾，保留濾液並加鹼調節使溶液的PH值為3.2，靜置4h，即得聚合鋁鐵溶液；將濾渣和NaOH固體按照質量比例為31混合後，在壓力為0.13MPa，溫度為IlO0C的條件下反應6小時，反應完全後將反應液過濾，過濾所得的濾液即是矽酸鈉溶液；將上述製備的矽酸鈉溶液，在不斷攪拌的條件下慢慢滴加硫酸，調節溶液的PH值為4.5，並加速攪拌35min，即得活化的矽酸溶液；將上述製備的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為11混合，在室溫條件下，以IOOr-min的速度攪拌，使之反應3h，再靜置30h，即得到紅棕色的聚矽酸鋁鐵液體絮凝劑。實施例3將1500公斤煤矸石粉碎至粒度為120目，裝入馬弗爐中焙燒活化，焙燒溫度控制在850°C，焙燒時間為3小時；將焙燒過的煤矸石與濃度為15%的鹽酸按照固液的體積比為16混合，在100°C的恆溫水浴中以IOOr·HIirT1的速度攪拌2h，待反應完全後將反應液過濾，保留濾液並加鹼調節使溶液的PH值為3.5，靜置5h，即得聚合鋁鐵溶液；將濾渣和NaOH固體按照質量比例為41混合後，在壓力為0.13MPa，溫度為115°C的條件下反應4小時，反應完全後將反應液過濾，過濾所得的濾液即是矽酸鈉溶液；將上述製備的矽酸鈉溶液，在不斷攪拌的條件下慢慢滴加硫酸，調節溶液的PH值為4.3，並加速攪拌60min，即得活化的矽酸溶液；將上述製備的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為11混合，在室溫條件下，以IOOr-min的速度攪拌，使之反應5h，再靜置26h，即得到紅棕色的聚矽酸鋁鐵液體絮凝劑。通過本發明的方法製備的聚矽酸鋁鐵絮凝劑，與傳統絮凝劑相比，具有較高的絮凝沉降效能，且絮體形成快、礬花密度大、絮團粗大、沉降速度快，綜合效果優於傳統絮凝齊U，並對4種不同類型的常見城市汙水處理試驗結果顯示，通過本發明的生產方法製備的聚矽酸鋁鐵絮凝劑在處理城市汙水中表現出良好的性能，詳見表1和表2所示。表1本發明方法生產的聚矽酸鋁鐵絮凝劑對城市汙水濁度的去除效果tableseeoriginaldocumentpage7表2本發明方法生產的聚矽酸鋁鐵絮凝劑對城市汙水CODcr的去除效果tableseeoriginaldocumentpage7權利要求一種利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，包括以下步驟a、煤矸石粉碎與焙燒將煤矸石粉碎後在450-850℃的溫度下加熱焙燒1-3小時；b、酸溶法提取聚合鋁鐵溶液將焙燒過的煤矸石與鹽酸按照固液的體積比為1∶4-1∶6混合進行反應，反應完全後將所得的反應液過濾，其中過濾所得的濾渣備用，過濾所得的濾液用鹼調節pH值為3-3.5之間，即得聚合鋁鐵溶液；c、鹼溶法製備矽酸鈉溶液將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質量比為2∶1-4∶1混合進行反應，反應完全後將所得的反應液過濾，過濾所得的濾液即是矽酸鈉溶液；d、矽酸溶液的活化處理將上述製備的矽酸鈉溶液加入強酸調節pH值為4-4.5之間，不斷攪拌即得活化的矽酸溶液；e、聚矽酸鋁鐵溶液的製備將上述製備的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為1∶1混合進行反應，即得聚矽酸鋁鐵絮凝劑。2.根據權利要求1所述的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特徵在於所述的步驟a中是將煤矸石粉碎至80-120目後在450-850°C的溫度下加熱焙燒1_3小時，且所述的煤矸石中A1203含量為25-35%，Si02含量為50-60%，Fe203含量為5-9%。3.根據權利要求1所述的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特徵在於所述的步驟b中將焙燒過的煤矸石與鹽酸按照固液的體積比為14-16混合後在80-100°C的條件下進行反應。4.根據權利要求1所述的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特徵在於所述的步驟c中將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質量比為21-41混合後，在壓力為0.13Mpa，溫度為110-120°C的條件下反應4-6小時。5.根據權利要求1所述的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特徵在於所述的步驟d中採用硫酸或鹽酸調節矽酸鈉溶液的pH值為4-4.5之間。6.根據權利要求1所述的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特徵在於所述的步驟e中將上述製備的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為11混合後，至少反應2小時即得聚矽酸鋁鐵絮凝劑。7.根據權利要求3所述的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特徵在於將焙燒過的煤矸石與鹽酸按照固液的體積比為14-16混合後在80-100°C的條件下至少反應2小時。8.根據權利要求5所述的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特徵在於所述的步驟d中用硫酸或鹽酸調節矽酸鈉溶液的pH值時不斷攪拌30-60分鐘。9.根據權利要求6所述的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特徵在於所述的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按照質量比為11混合後反應2小時，再靜置24小時，即得聚矽酸鋁鐵絮凝劑。10.根據權利要求7所述的利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特徵在於所述的鹽酸的濃度為10%-20%之間。全文摘要本發明涉及無機高分子絮凝劑
技術領域：
，具體涉及一種利用煤矸石生產聚矽酸鋁鐵絮凝劑的方法，包括以下步驟先將煤矸石進行粉碎焙燒後與鹽酸按照固液體積比為1∶4-1∶6混合進行反應，再將所得的反應液過濾，所得的濾渣備用，所得的濾液用鹼調節pH值為3-3.5之間，即得聚合鋁鐵溶液；然後將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質量比為2∶1-4∶1混合進行反應，反應液過濾所得的濾液即是矽酸鈉溶液；將上述製備的矽酸鈉溶液加酸進行活化處理；再將上述製備的聚合鋁鐵溶液和活化的矽酸溶液按質量比為1∶1混合進行反應即可得聚矽酸鋁鐵絮凝劑，本發明採用煤矸石為原料，成本低廉，同時由該方法製備的聚矽酸鋁鐵絮凝劑的穩定性和絮凝效果都較好。文檔編號C02F1/52GK101823721SQ201010131669公開日2010年9月8日申請日期2010年3月19日優先權日2010年3月19日發明者吳海根,嶽梅,徐為民,李涵申請人:合肥學院