利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法
2023-07-14 18:15:41
專利名稱：利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法
技術領域：
本發明涉及廢物無害化和資源化的技術領域，是一種利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合 十三鋁的方法。
背景技術：
聚合氯化鋁絮凝劑研製與開發始於20世紀60年代後期的日本，此後，歐洲、美國 和前蘇聯等國的許多研究工作者對其合成製備工藝進行了大量的研究開發工作，國內外已 有大量的專利和文獻報導了數十種聚合氯化鋁的製備工藝和方法常用的有以下幾種一、以鋁、活性三氧化二鋁或鋁灰為原料的生產方法以鋁、活性三氧化二鋁或鋁灰為原料的生產工藝有酸溶一步法、鹼溶法和中和法。 其中鹼溶法和中和法製得的產品聚合氯化鋁含量均較低，難以推廣應用，酸溶一步法製得 的產品聚合氯化鋁含量稍高。其原理為將一定量的鋁或活性三氧化二鋁溶於鹽酸，隨著反 應的進行，體系的PH值逐漸升高，並在一定溫度下促使A1 (H20) 63+發生水解和聚合反應，制 得的聚合氯化鋁溶液。但該法合成產品的聚合度一般在40%以下，並且Si02及被玻璃微珠 包裹的A1203、Fe203等由於難溶於酸而未被有效利用，大量殘渣的廢棄進一步汙染環境。二、以鋁酸鈉或氫氧化鋁為原料的方法。(日本公開特許昭和45-38121 ；昭和 53-1240)將鋁酸鈉或氫氧化鋁和鹽酸按一定比例在反應釜中進行反應生成聚合氯化鋁。該 法生產聚合氯化鋁的生產條件要求高溫高壓，成本較高，並且產品質量指標中的Al13含量 只能達到40 50%。三、以三氯化鋁為原料的生產方法。常見的方法主要有以下五種1、中和法在三氯化鋁溶液中加入氫氧化鈉，石灰，石灰石，碳酸鈉等鹼性物質，提高氫氧根 離子的濃度，以促進三氯化鋁的水解，不同的加鹼量可以得到不同鹼化度產品。這種方法 的實際生產不易控制，不能實現適宜鹼化度和有效鋁成分的理想配比，產品質量不夠穩定， A113含量較低。2、熱分解法以結晶氯化鋁為原料，也可採用沸騰熱解法製得固體PAC，結晶氯化鋁在一定溫度 下熱解，分解出氯化氫和水，聚合變成粉狀產物，即PAC (熟料)，將熟料加一定量水攪拌，在 較短時間內固化成樹脂性產物，經乾燥、粉碎即可得固體PAC產品。該法生產設備投資大， 分解效率較低，且易產生三氧化二鋁，產品的聚合度一般在50 %以下。3、電滲析法該方法是以三氯化鋁為電解液，以兩張陰離子交換膜(異相)構成反應室，石墨板 為陽極，多孔鐵板為陰極，通一定時間直流電，即製得PAC液體產品。該工藝雖先進，但這種 方法工藝複雜，製造的產品質量完全依賴於離子交換膜的質量，存在著容易發生膜汙染這 一棘手難題，且膜的價格較貴導致PAC的成本較高。
4、可溶解性鋁陽極電解法中科院生態中心開發了一種高質量的聚合氯化鋁的製備技術，該技術以三氯化鋁為電解液，鋁板為陽極，鐵板為陰極，通一定時間的低電壓、大電流的直流電，即可製得聚合 氯化鋁的液體產品。雖然其鹼化度較高，其有效絮凝成分Al13質量分數為70%左右。但該 方法是以鋁板為陽極，製備的聚合氯化鋁中大部分鋁來自陽極鋁板的溶解，致使該法的生 產成本相對較高，還不能滿足大規模生產的需要，並且其中仍有20% 40%的鋁以鋁離子 和氫氧化鋁形式存在。5、形穩陽極電解法中科院生態環境研究中心曲久輝等老師用形穩陽極電解製備出Al13佔總鋁60% 以上的聚合氯化鋁。但電解時間較長，一般在10小時以上，Al13易沉積陰極表面導致電極 鈍化，電解效率較低，並且Al13含量有待進一步提高。
發明內容
本發明的目的是針對現有製備聚合氯化鋁方法中所存在的工藝複雜、成本較高、 易造成二次汙染的不足之處，提供一種具有工藝簡單、殘渣量少、成本低、汙染少等優點的 以鋁灰為原料製備含矽鐵聚合十三鋁的方法。本發明利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法所採用的技術方案是通過如下 方式完成的利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法包括以下步驟(1)將鋁灰與Na2CO3混勻後放入爐中煅燒得到灰白色粉末；(2)將上述灰白色粉末放入容器中後，加入鹽酸進行酸浸反應；(3)將上述酸浸產物進行固液分離，得到沉澱物和含Fe3+的AlCl3溶液；(4)在上述得到的沉澱物中加鹼溶液進行反應，經固液分離得到沉澱物和Na2SiO3 溶液；(5)在AlCl3溶液中加入Na2SiO3溶液，經混合均勻並調節溶液的酸鹼度後即得到 含矽鐵聚合十三鋁。在上述利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法中，鋁灰與Na2CO3的質量配比 為鋁灰10份、Na2C035 8份。在上述利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法中，煅燒鋁灰與Na2CO3混合物的 溫度是650°C 950°C，煅燒時間是0. 5 1. 5h。在上述利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法中，鋁灰與Na2CO3經煅燒得到的 灰白色粉末放入容器中後所加入的鹽酸為質量分數3% 12%的鹽酸，所進行的酸浸反應 時間是2 7h。在上述利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法中，在步驟(4)中所加的鹼溶液 是NaOH溶液，沉澱物與NaOH溶液的質量比為1 0. 4 1. 2，反應溫度為80°C 90°C，反 應時間為0. 5 1. 5h。在上述利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法中，在步驟(5)中向AlCl3溶液 中加入Na2SiO3溶液的方式為滴加，所調節溶液的酸鹼度為pH值3. 0 5. 5。在上述利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法中，部分反應原理如下，煅燒反應formula see original document page 4
Al2O3 (過量 glass) +Na2CO3 (s) = 2NaA102 (s) +CO2 (gas)個酸浸反應NaAlSi04+4H+= Al3++Na++H20+H2Si03 INaAlQ2+4H+ = Al3++Na++2H20H2SiO3 = (1-n) H2CHSiO2. nH20鹼溶反應Si02.nH20+2Na0H = Na2SiO3+(n+1) H2O本發明通過高溫煅燒、酸浸以及鹼溶反應，不僅使鋁灰中以晶體形式存在的Al2O3 和被玻璃微珠包裹的鋁最大化的溶出，克服了因鋁灰溶出率低所造成的資源浪費、環境汙 染等問題；而且製備的含矽鐵聚合十三鋁產品，性能較傳統絮凝劑優越。本發明與現有的製備聚合氯化鋁方法相比，具有以下特點1、鋁灰的溶出率高，反應的起始溫度低，降低了成本。2、鋁灰的溶出鋁的量高，由此減少了廢棄鋁灰所造成的環境汙染。3、由於鋁灰中含有矽鐵雜質，Al13離子與鐵聚矽酸離子間易發生偶聯作用，使生成 的含矽鐵聚合十三鋁的聚合度顯著增大，使其絮凝效果和穩定性均明顯提高，同時，使用該 產品處理汙水，水質中的鋁殘留量少，鋁殘留量只有1. 3 2. 1 μ g/L。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明做出進一步的具體說明。實例1一種利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法，其製備步驟為(1)將Na2CO3與鋁 灰按質量比1 1.5混勻；(2)將混合物置於馬弗爐中，在650°C下培燒lh;(3)將焙燒產物 與質量分數3%的HCl在反應釜中進行酸浸反應，浸出時間為6h ； (4)將酸浸產物經過濾器 進行固液分離，將分離後的沉澱物與NaOH按質量比1 0.4混勻，在82°C下加熱攪拌1.5h， 然後進行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3為原料，向其中滴加鹼浸 液Na2SiO3，調節溶液的酸鹼度，使溶液的pH為3. 0，從而製備出含矽鐵聚合十三鋁產品，其 中Al13佔總鋁的比率為90. 3%，鹼化度為80%，將鹼溶後的沉澱物烘乾、稱重計算得到剩餘 殘渣率為9.5%。實例2—種利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法。其製備步驟為(1)將Na2CO3與 鋁灰按質量比1 1.6混勻；(2)將混合物置於馬弗爐中，在750°C下培燒0.5h;(3)將焙 燒產物與質量分數5%的HCl在反應釜中進行酸浸反應，浸出時間為4h ； (4)將酸浸產物經 過濾器進行固液分離，將分離後的沉澱物與NaOH按質量比1 0.8混勻，在87°C下加熱攪 拌lh，然後進行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3為原料，向其中滴 加鹼浸液Na2SiO3,調節溶液的酸鹼度，使溶液的pH為4. 0，從而製備出含矽鐵聚合十三鋁產 品，其中Al13佔總鋁的比率為91. 6%，鹼化度為82%，將鹼溶後的沉澱物烘乾、稱重計算得 到剩餘殘渣率為8.7%。實例3一種利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法。其製備步驟為(1)將Na2CO3與 鋁灰按質量比1 1.8混勻；(2)將混合物置於馬弗爐中，在850°C下培燒1.5h;(3)將焙 燒產物與質量分數8%的HCl在反應釜中進行酸浸反應，浸出時間為7h ； (4)將酸浸產物經過濾器進行固液分離，將分離後的沉澱物與NaOH按質量比1 1.0混勻，在85°C下加熱攪拌0.5h，然後進行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3為原料，向其中 滴加鹼浸液Na2SiO3,調節溶液的酸鹼度，使溶液的pH為5. 0，從而製備出含矽鐵聚合十三鋁 產品，其中Al13佔總鋁的比率為92. 5%，鹼化度為85%，將鹼溶後的沉澱物烘乾、稱重計算 得到剩餘殘渣率為5.8%。實例 4一種利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法。其製備步驟為(1)將Na2CO3與 鋁灰按質量比1 2.0混勻；(2)將混合物置於馬弗爐中，在950°C下培燒1.0h;(3)將焙燒 產物與質量分數12%的HCl在反應釜中進行酸浸反應，浸出時間為5h ； (4)將酸浸產物經 過濾器進行固液分離，將分離後的沉澱物與NaOH按質量比1 1.2混勻，在80°C下加熱攪 拌1.5h，然後進行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3為原料，向其中 滴加鹼浸液Na2SiO3,調節溶液的酸鹼度，使溶液的pH為5. 5，從而製備出含矽鐵聚合十三鋁 產品，其中Al13佔總鋁的比率為92. 6%，鹼化度為83%，將鹼溶後的沉澱物烘乾、稱重計算 得到剩餘殘渣率為5.0%。實例5一種利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法。其製備步驟為(1)將Na2CO3與 鋁灰按質量比1 1.7混勻；(2)將混合物置於馬弗爐中，在730°C下培燒1.5h;(3)將焙燒 產物與質量分數10%的HCl在反應釜中進行酸浸反應，浸出時間為6h ； (4)將酸浸產物經 過濾器進行固液分離，將分離後的沉澱物與NaOH按質量比1 0.9混勻，在90°C下加熱攪 拌l.Oh，然後進行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3S原料，向其中 滴加鹼浸液Na2SiO3,調節溶液的酸鹼度，使溶液的pH為5. 2，從而製備出含矽鐵聚合十三鋁 產品，其中Al13佔總鋁的比率為92. 8%，鹼化度為85. 2%，將鹼溶後的沉澱物烘乾、稱重計 算得到剩餘殘渣率為4.8%。
權利要求
一種利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法，其特徵在於利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法包括以下步驟(1)將鋁灰與Na2CO3混勻後放入爐中煅燒得到灰白色粉末；(2)將上述灰白色粉末放入容器中後，加入鹽酸進行酸浸反應；(3)將上述酸浸產物進行固液分離，得到沉澱物和含Fe3+的AlCl3溶液；(4)在上述得到的沉澱物中加鹼溶液進行反應，經固液分離得到沉澱物和Na2SiO3溶液；(5)在AlCl3溶液中加入Na2SiO3溶液，經混合均勻並調節溶液的酸鹼度後即得到含矽鐵聚合十三鋁。
2.根據權利要求1所述的利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法，其特徵在於鋁灰 與Na2C03的質量配比為鋁灰10份、Na2C035 8份。
3.根據權利要求1所述的利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法，其特徵在於煅燒 鋁灰與Na2C03混合物的溫度是650°C 950°C，煅燒時間是0. 5 1. 5h。
4.根據權利要求1所述的利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法，其特徵在於鋁灰 與妝20)3經煅燒得到的灰白色粉末放入容器中後所加入的鹽酸為質量分數3% 12%的鹽 酸，所進行的酸浸反應時間是2 7h。
5.根據權利要求1所述的利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法，其特徵在於 在權利要求1的步驟(4)中所加的鹼溶液是NaOH溶液，沉澱物與NaOH溶液的質量比為 1 0. 4 1.2，反應溫度為80°C 90°C，反應時間為0. 5 1.5h。
6.根據權利要求1所述的利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法，其特徵在於在權 利要求1的步驟(5)中向A1C13溶液中加入Na2Si03溶液的方式為滴加，所調節溶液的酸鹼 度為pH值3.0 5. 5。
全文摘要
本發明一種利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法，屬於廢物無害化和資源化的技術領域。本發明是通過如下方式完成的利用鋁灰渣製備含矽鐵聚合十三鋁的方法包括以下步驟(1)將鋁灰與Na2CO3混勻後放入爐中煅燒得到灰白色粉末；(2)將上述灰白色粉末放入容器中後，加入鹽酸進行酸浸反應；(3)將上述酸浸產物進行固液分離，得到沉澱物和含Fe3+的AlCl3溶液；(4)在上述得到的沉澱物中加鹼溶液進行反應，經固液分離得到沉澱物和Na2SiO3溶液；(5)在AlCl3溶液中加入Na2SiO3溶液，經混合均勻並調節溶液的酸鹼度後即得到含矽鐵聚合十三鋁。本發明具有工藝簡單、殘渣量少、成本低、汙染少的優點。
文檔編號B01D21/01GK101817580SQ20101016127
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者劉興, 李小忠, 蘇曉梅 申請人:浙江師範大學