專利名稱：：利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及無機(jī)高分子絮凝劑
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法。
背景技術(shù)：
：近年來，我國經(jīng)濟(jì)社會迅速發(fā)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(jìn)行有效地凈化處理和回收利用，目前，普遍使用的無機(jī)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)對于處理生活污水、工業(yè)廢水來說，具有混凝性能好、絮體大、用量少、沉淀快、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；而對于處理具有較高的化學(xué)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(yīng)用受到一定限制；PAC的最大不足還在于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(dǎo)致老年癡呆癥，這就直接限制了PAC在凈化飲用水方面的應(yīng)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(yīng)用范圍受到限制。故傳統(tǒng)的絮凝劑都不能滿足現(xiàn)有的廢水處理工藝，因此趨于開發(fā)復(fù)合化、高效能、多功能、低毒無公害的綠色絮凝劑，其中聚硅酸鋁鐵就是新型復(fù)合無機(jī)高分子絮凝劑的一種，既克服了鋁鹽絮凝劑對PH敏感，殘余鋁量較大，又克服了鐵鹽絮凝劑出水有殘色的缺點(diǎn)，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(xié)同作用，具有更加優(yōu)越的穩(wěn)定性和凈水效果，可廣泛應(yīng)用于各類廢水處理中，同時，由于處理后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(tǒng)的生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法有兩類，一種是將聚合鋁、鐵引入聚硅酸中制備而得，另一種是將聚硅酸引入聚合鋁、鐵中制備而得，這些方法均采用現(xiàn)成的化工原料進(jìn)行生產(chǎn)，成本較高，同時由這些方法制備的聚硅酸鋁鐵絮凝劑的絮凝效果和穩(wěn)定性較差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，該方法采用煤矸石直接制備聚硅酸鋁鐵絮凝劑，成本低廉，且由該方法制備的聚硅酸鋁鐵絮凝劑的穩(wěn)定性和絮凝效果都較好。本發(fā)明的一種利用煤矸石生產(chǎn)聚硅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后在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(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后將所得的反應(yīng)液過濾，其中過濾所得的濾渣備用，過濾所得的濾液用堿調(diào)節(jié)PH值為3-3.5之間，即得聚合鋁鐵溶液；C、堿溶法制備硅酸鈉溶液將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質(zhì)量比為2:1-4:1混合進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后將所得的反應(yīng)液過濾，過濾所得的濾液即是硅酸鈉溶液；d、硅酸溶液的活化處理將上述制備的硅酸鈉溶液加酸調(diào)節(jié)pH值為4-4.5之間，不斷攪拌即得活化的硅酸溶液；e、聚硅酸鋁鐵溶液的制備將上述制備的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合進(jìn)行反應(yīng)，即得聚硅酸鋁鐵絮凝劑。煤矸石是煤炭開采、加工過程產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物，在煤礦工業(yè)固體廢棄物中所占數(shù)量最大，每年排放近IX108t，占煤炭年產(chǎn)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(yè)固體廢棄物，約占總量的35%，煤矸石的大量積存，對環(huán)境產(chǎn)生了不良的影響，除了占據(jù)空間、破壞景觀等物理污染外，更多的是經(jīng)轉(zhuǎn)化造成對空氣、水體、土壤的化學(xué)影響，最終作用到整個生態(tài)系統(tǒng)，危害人體健康。然而，由于煤矸石中含有大量的Si、Al和Fe，且這些元素是制造無機(jī)類絮凝劑的有效成分，本發(fā)明提供了一種利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，采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(jìn)行反應(yīng)制備聚合鋁鐵溶液和硅酸鈉溶液，再將聚合鋁鐵溶液和硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合，即得聚硅酸鋁鐵絮凝劑，故本發(fā)明的生產(chǎn)方法提供了一條以煤矸石為主要原料制備聚硅酸鋁鐵絮凝劑的新生產(chǎn)工藝，科學(xué)精簡了工藝流程，縮短了生產(chǎn)時間，解決了煤矸石大量堆存污染環(huán)境的問題，實(shí)現(xiàn)以廢治廢和資源的再利用，投資少，操作費(fèi)用低，同時該生產(chǎn)方法增加了聚硅酸鋁鐵絮凝劑的穩(wěn)定性，有效保證了聚硅酸鋁鐵絮凝劑的質(zhì)量。圖1是本發(fā)明生產(chǎn)方法流程圖。具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅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后在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(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后將所得的反應(yīng)液過濾，其中過濾所得的濾渣備用，過濾所得的濾液用堿調(diào)節(jié)PH值為3-3.5之間，即得聚合鋁鐵溶液；C、堿溶法制備硅酸鈉溶液將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質(zhì)量比為2:1-4:1混合進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后將所得的反應(yīng)液過濾，過濾所得的濾液即是硅酸鈉溶液；d、硅酸溶液的活化處理將上述制備的硅酸鈉溶液加入強(qiáng)酸調(diào)節(jié)pH值為4-4.5之間，不斷攪拌即得活化的硅酸溶液；e、聚硅酸鋁鐵溶液的制備將上述制備的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合進(jìn)行反應(yīng)，即得聚硅酸鋁鐵絮凝劑。采用上述技術(shù)方案，首先將煤矸石進(jìn)行粉碎和焙燒，有助于改善煤矸石的活性，增加無定型可溶性的氧化硅和氧化鋁的含量，從而也就增加了所制備的聚硅酸鋁鐵絮凝劑的吸附能力和絮凝效果；然后再加鹽酸與焙燒活化后的煤矸石進(jìn)行反應(yīng)，使得煤矸石中的氧化鋁和氧化鐵分別與鹽酸反應(yīng)，生成聚合鋁鐵溶液，其中反應(yīng)后的濾渣再與氫氧化鈉按照質(zhì)量比為21-41混合進(jìn)行反應(yīng)，以使得煤矸石中的二氧化硅與氫氧化鈉進(jìn)行反應(yīng)生成硅酸鈉溶液，繼續(xù)加入強(qiáng)酸并調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH值為4-4.5之間，即得到活化的硅酸溶液，為更好的進(jìn)行后續(xù)的聚合反應(yīng)，對活化硅酸不斷攪拌，防止生成的硅酸凝固；最后再將上述生成的聚合鋁鐵溶液與活化的硅酸溶液混合進(jìn)行反應(yīng)，即得聚硅酸鋁鐵溶液，由本發(fā)明的生產(chǎn)方法制備的聚硅酸鋁鐵絮凝劑，既克服了鋁鹽絮凝劑對PH敏感，殘余鋁量較大，又克服了鐵鹽絮凝劑出水有殘色的缺點(diǎn)，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(xié)同作用，具有更加優(yōu)越的穩(wěn)定性和凈水效果，可廣泛應(yīng)用于各類廢水處理中，由于處理后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(fā)明所用的原料煤矸石是我國主要的工業(yè)廢渣之一，不僅成本低廉，而且解決了煤矸石大量堆存污染環(huán)境的問題，實(shí)現(xiàn)以廢治廢和資源的再利用。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述的步驟a中是將煤矸石粉碎至80-120目后在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%，F(xiàn)e2O3含量為5-9%。采用這樣的技術(shù)方案，有助于焙燒時使煤矸石中的鋁和鐵的溶出率較高，提高反應(yīng)速率，本發(fā)明中優(yōu)選的是焙燒2小時，一般優(yōu)選采用煤矸石中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(chǎn)的聚硅酸鋁鐵絮凝劑具有較好的穩(wěn)定性和絮凝效果。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)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混合后在80-100°C的條件下進(jìn)行反應(yīng)。優(yōu)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混合后在80-100°C的條件下至少反應(yīng)2小時。其中所述的鹽酸的濃度為10%-20%之間。采用這樣的技術(shù)方案，可以提高煤矸石與鹽酸的反應(yīng)速度，保證反應(yīng)充分，一般本發(fā)明中優(yōu)選采用濃度為10-20%的鹽酸與煤矸石在80-100°C的恒溫水浴中進(jìn)行反應(yīng)，并在反應(yīng)的過程中不斷攪拌，最佳的是以100轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌2小時，當(dāng)然攪拌的速度并不受限制，主要的目的是加快本發(fā)明的反應(yīng)速度，使反應(yīng)充分完全。本發(fā)明的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅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(zhì)量比為21-41混合后，在壓力為0.13Mpa，溫度為110-120°C的條件下反應(yīng)4-6小時。采用這樣的技術(shù)方案，可以提高反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)時間，且所選的壓力和溫度都比較容易實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，所述的步驟d中采用硫酸或鹽酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH值為4-4.5之間。所述的步驟d中用硫酸或鹽酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH值時不斷攪拌30-60分鐘。采用這樣的技術(shù)方案，加入硫酸或鹽酸并不斷攪拌，得到活化的硅酸溶液，并且防止生成的硅酸凝固，為后續(xù)的聚合反應(yīng)創(chuàng)造條件。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方式，所述的步驟e中將上述制備的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合后，至少反應(yīng)2小時即得聚硅酸鋁鐵絮凝劑。所述的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合反應(yīng)后，再靜置至少24小時，即得聚硅酸鋁鐵絮凝劑。采用這樣的技術(shù)方案，可以確保聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液完全反應(yīng)為聚硅酸鋁鐵絮凝劑，靜置的效果是沉降完全，以獲得穩(wěn)定、絮凝效果好的聚硅酸鋁鐵絮凝劑。下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)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的恒溫水浴中以lOOi^mirT1的速度攪拌2h，待反應(yīng)完全后將反應(yīng)液過濾，保留濾液并加堿調(diào)節(jié)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(zhì)量比例為21混合后，在壓力為0.13MPa，溫度為120°C的條件下反應(yīng)5小時，反應(yīng)完全后將反應(yīng)液過濾，過濾所得的濾液即是硅酸鈉溶液；將上述制備的硅酸鈉溶液，在不斷攪拌的條件下慢慢滴加硫酸，調(diào)節(jié)溶液的PH值為4，并加速攪拌30min，即得活化的硅酸溶液；將上述制備的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合，在室溫條件下，以IOOr-min的速度攪拌，使之反應(yīng)2h，再靜置24h，即得到紅棕色的聚硅酸鋁鐵液體絮凝劑。實(shí)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的恒溫水浴中以lOOi^mirT1的速度攪拌2h，待反應(yīng)完全后將反應(yīng)液過濾，保留濾液并加堿調(diào)節(jié)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(zhì)量比例為31混合后，在壓力為0.13MPa，溫度為IlO0C的條件下反應(yīng)6小時，反應(yīng)完全后將反應(yīng)液過濾，過濾所得的濾液即是硅酸鈉溶液；將上述制備的硅酸鈉溶液，在不斷攪拌的條件下慢慢滴加硫酸，調(diào)節(jié)溶液的PH值為4.5，并加速攪拌35min，即得活化的硅酸溶液；將上述制備的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合，在室溫條件下，以IOOr-min的速度攪拌，使之反應(yīng)3h，再靜置30h，即得到紅棕色的聚硅酸鋁鐵液體絮凝劑。實(shí)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的恒溫水浴中以IOOr·HIirT1的速度攪拌2h，待反應(yīng)完全后將反應(yīng)液過濾，保留濾液并加堿調(diào)節(jié)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(zhì)量比例為41混合后，在壓力為0.13MPa，溫度為115°C的條件下反應(yīng)4小時，反應(yīng)完全后將反應(yīng)液過濾，過濾所得的濾液即是硅酸鈉溶液；將上述制備的硅酸鈉溶液，在不斷攪拌的條件下慢慢滴加硫酸，調(diào)節(jié)溶液的PH值為4.3，并加速攪拌60min，即得活化的硅酸溶液；將上述制備的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合，在室溫條件下，以IOOr-min的速度攪拌，使之反應(yīng)5h，再靜置26h，即得到紅棕色的聚硅酸鋁鐵液體絮凝劑。通過本發(fā)明的方法制備的聚硅酸鋁鐵絮凝劑，與傳統(tǒng)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(tuán)粗大、沉降速度快，綜合效果優(yōu)于傳統(tǒng)絮凝齊U，并對4種不同類型的常見城市污水處理試驗(yàn)結(jié)果顯示，通過本發(fā)明的生產(chǎn)方法制備的聚硅酸鋁鐵絮凝劑在處理城市污水中表現(xiàn)出良好的性能，詳見表1和表2所示。表1本發(fā)明方法生產(chǎn)的聚硅酸鋁鐵絮凝劑對城市污水濁度的去除效果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2本發(fā)明方法生產(chǎn)的聚硅酸鋁鐵絮凝劑對城市污水CODcr的去除效果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種利用煤矸石生產(chǎn)聚硅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后在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(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后將所得的反應(yīng)液過濾，其中過濾所得的濾渣備用，過濾所得的濾液用堿調(diào)節(jié)pH值為3-3.5之間，即得聚合鋁鐵溶液；c、堿溶法制備硅酸鈉溶液將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質(zhì)量比為2∶1-4∶1混合進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后將所得的反應(yīng)液過濾，過濾所得的濾液即是硅酸鈉溶液；d、硅酸溶液的活化處理將上述制備的硅酸鈉溶液加入強(qiáng)酸調(diào)節(jié)pH值為4-4.5之間，不斷攪拌即得活化的硅酸溶液；e、聚硅酸鋁鐵溶液的制備將上述制備的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為1∶1混合進(jìn)行反應(yīng)，即得聚硅酸鋁鐵絮凝劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于所述的步驟a中是將煤矸石粉碎至80-120目后在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%，F(xiàn)e203含量為5-9%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于所述的步驟b中將焙燒過的煤矸石與鹽酸按照固液的體積比為14-16混合后在80-100°C的條件下進(jìn)行反應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于所述的步驟c中將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質(zhì)量比為21-41混合后，在壓力為0.13Mpa，溫度為110-120°C的條件下反應(yīng)4-6小時。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于所述的步驟d中采用硫酸或鹽酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的pH值為4-4.5之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于所述的步驟e中將上述制備的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合后，至少反應(yīng)2小時即得聚硅酸鋁鐵絮凝劑。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于將焙燒過的煤矸石與鹽酸按照固液的體積比為14-16混合后在80-100°C的條件下至少反應(yīng)2小時。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于所述的步驟d中用硫酸或鹽酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的pH值時不斷攪拌30-60分鐘。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于所述的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按照質(zhì)量比為11混合后反應(yīng)2小時，再靜置24小時，即得聚硅酸鋁鐵絮凝劑。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，其特征在于所述的鹽酸的濃度為10%-20%之間。全文摘要本發(fā)明涉及無機(jī)高分子絮凝劑
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種利用煤矸石生產(chǎn)聚硅酸鋁鐵絮凝劑的方法，包括以下步驟先將煤矸石進(jìn)行粉碎焙燒后與鹽酸按照固液體積比為1∶4-1∶6混合進(jìn)行反應(yīng)，再將所得的反應(yīng)液過濾，所得的濾渣備用，所得的濾液用堿調(diào)節(jié)pH值為3-3.5之間，即得聚合鋁鐵溶液；然后將上述所得濾渣與氫氧化鈉按照質(zhì)量比為2∶1-4∶1混合進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)液過濾所得的濾液即是硅酸鈉溶液；將上述制備的硅酸鈉溶液加酸進(jìn)行活化處理；再將上述制備的聚合鋁鐵溶液和活化的硅酸溶液按質(zhì)量比為1∶1混合進(jìn)行反應(yīng)即可得聚硅酸鋁鐵絮凝劑，本發(fā)明采用煤矸石為原料，成本低廉，同時由該方法制備的聚硅酸鋁鐵絮凝劑的穩(wěn)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(yōu)先權(quán)日2010年3月19日發(fā)明者吳海根,岳梅,徐為民,李涵申請人:合肥學(xué)院