一種含鈦無機絮凝劑的制取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中無機絮凝劑的制取方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，水污染以及水資源短缺問題越來越成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。 國家對水污染的防治工作也高度重視，國務(wù)院于2015年4月16日印發(fā)了《水污染防治行動 計劃》，計劃中明確指出，到2020年，全國所有縣城和重點鎮(zhèn)具備污水收集處理能力，縣城、 城市污水處理率分別達(dá)到85%、95%左右。因此，為了減輕和消除污水對人類和環(huán)境造成的 危害，必須加強污水的凈化處理研究。一般來說，水處理方法分為生化法、電化學(xué)法、離子交 換法、吸附法、膜分離法和絮凝法等，其中，絮凝法是應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的處理方法之一。 近年來開發(fā)研制比傳統(tǒng)鋁、鐵鹽絮凝劑效果更好、穩(wěn)定性更強、成本更低的復(fù)合無機高分子 絮凝劑已成為水處理劑領(lǐng)域的熱門研究課題。
[0003] 目前，在水處理領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的混凝劑主要有傳統(tǒng)絮凝劑，無機高分子絮凝劑 和有機高分子絮凝劑三大類。無機高分子絮凝劑是在傳統(tǒng)鋁鹽、鐵鹽絮凝劑基礎(chǔ)上發(fā)展起 來的一類新型水處理藥劑，常是Al (III)，F(xiàn)e (III)，Si (IV)的羥基多核絡(luò)合物或者羥基聚合 物。無機高分子絮凝劑單元分子量不過數(shù)千，遠(yuǎn)不如有機高分子可達(dá)數(shù)千萬，不過它的結(jié)構(gòu) 比較容易排列成有規(guī)則微晶型，自組裝成為鏈狀和分支狀，也可以發(fā)揮比傳統(tǒng)絮凝劑更強 的絮凝架橋作用。因此，研制出一種高效、穩(wěn)定、廉價的無機高分子絮凝劑已成為水處理領(lǐng) 域的重要任務(wù)之一。
[0004] 無機高分子絮凝劑的制備方法主要有三種：①鋁鐵鹽混合液的硅酸鈉堿溶液中和 法，②聚硅酸的鋁、鐵鹽加入法，③無機礦物質(zhì)酸浸(堿浸)液中和法。而絮凝劑有效組分Al (III)、Fe (III)、Si (IV)主要從廢鋁灰、粉煤灰、煤矸石、鋁釩土等廢料經(jīng)酸解、堿熔制備而 得。任根寬等利用改性粉煤灰和鹽酸為主要原料，制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑（以粉煤灰制備 聚合氯化鋁鐵絮凝劑的研究，輕金屬，2012年第四期)。趙景濤等以膨潤土為原料制備了聚 硅酸硫酸鋁絮凝劑。李鋒鋒等以鍍鋅污泥和鐵尾礦制備絮凝劑聚硅酸鋁鐵，適于工業(yè)化生 產(chǎn)。（一種以鍍鋅污泥和鐵尾礦制備絮凝劑聚硅酸鋁鐵的方法，CN201310036342. 4)。
[0005] 釩鈦磁鐵礦是我國重要的多金屬礦產(chǎn)資源，在現(xiàn)行生產(chǎn)流程中，約占鈦資源量50% 的1102進(jìn)入磁選鐵精礦，最終流失于高爐渣而得不到利用，為此人們進(jìn)行了多種新工藝的 研究，其中非高爐煉鐵工藝最具發(fā)展?jié)摿ΓF精礦經(jīng)還原熔煉后即可獲得含Ti0250%土的鈦 渣，但該熔煉渣仍然沒有達(dá)到商品級酸溶性鈦渣TiO 2含量> 74%的要求，直接酸解制取鈦 白粉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差，目前對熔煉渣無論采用選礦物理除雜，還是濕法冶金除雜，富鈦除 雜效果均不理想。
[0006] 而現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有采用釩鈦磁鐵礦作為基礎(chǔ)原料，將磁選獲得的鐵精礦經(jīng)還 原熔煉獲得的熔煉渣作為無機絮凝劑的制備工藝出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，提供一種含鈦無機絮凝劑的 制取方法，本發(fā)明關(guān)鍵在于鐵精礦電爐熔煉時加入鈉鹽添加劑，使熔煉爐渣中硅、鋁在高溫 熔煉條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚暂^高的可溶性硅酸鹽和鋁酸鹽，大幅提高了熔煉爐渣中硅、鋁酸解 浸出率，既為無機絮凝劑的制取提供了原料，又解決了含鈦爐渣富鈦降雜的關(guān)鍵技術(shù)問題。
[0008] 本發(fā)明是通過采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種含鈦無機絮凝劑的制取方法，其特征在于：以銀鈦磁鐵礦作為基礎(chǔ)原料，將磁選獲 得的鐵精礦在電爐還原熔煉中加入鈉或鉀鹽添加劑，得到鐵水和含鈦爐渣，其中：釩、鐵經(jīng) 還原進(jìn)入鐵水，而在熔煉高溫條件下，硅、鋁雜質(zhì)與鈉或鉀鹽添加劑形成可溶于稀酸的鈉的 硅鋁酸鹽，并與鈦及鈣鎂雜質(zhì)留在含鈦爐渣中；然后，針對含鈦爐渣采用濕法冶金法提取含 鈦爐渣中的硅、鋁和鐵，作為制取無機高分子絮凝劑的原料。
[0009] 其具體步驟如下： a、 電爐還原熔煉：將鐵精礦配入還原劑煤和鈉或鉀鹽添加劑，在礦熱爐中（或其它直接 還原爐）進(jìn)行還原熔煉，釩、鐵還原進(jìn)入鐵水，鐵水采用轉(zhuǎn)爐氧化提釩分離鐵、釩，在熔煉高 溫條件下，難還原的硅、鋁雜質(zhì)與鈉或鉀鹽添加劑形成可溶于稀酸的硅鋁酸鹽與鈦及鈣鎂 雜質(zhì)留在含鈦爐渣中：
b、 含鈦爐渣酸浸：對含鈦爐渣在常壓下用H離子濃度2-3N的稀硫酸或稀鹽酸進(jìn)行濕法 冶金浸出，渣中可溶于稀酸的硅鋁酸鹽與酸反應(yīng)形成硅酸和鋁鹽進(jìn)入溶液，同時渣中部分 鐵和少量低價鈦也被酸解進(jìn)入浸出液中，浸出時通過調(diào)節(jié)浸出液固比控制浸出液SiO 2濃度 20-30g/l ：
c、 氧化聚合：以步驟b的浸出液為原料，加入NaClO3氧化劑l-10g/l，將溶液中Fe 2+ 氧化為Fe3+，同時，補加適量的Fe3+,調(diào)整SiO2/ (Al+Fe)的摩爾比1-3,用堿液調(diào)節(jié)溶液 pH3. 0 土，常溫攪拌2h，硅酸與AlCl3、FeCl3S Al 2(5043、？62(504)3發(fā)生聚合反應(yīng)，生成高分 子聚硅酸鋁鐵； d、 靜置陳化： 將步驟c制取的高分子聚硅酸鋁鐵產(chǎn)品靜置24h，即為含鈦無機高分子絮凝劑液態(tài)產(chǎn) 品，作為凈水劑用于處理工業(yè)廢水和生活污水。
[0010] 將步驟d獲得的含鈦無機高分子絮凝劑液態(tài)產(chǎn)品采用噴霧干燥法制取獲得固體 絮凝劑產(chǎn)品。
[0011] a步驟中，鐵精礦、還原劑煤、鈉或鉀鹽添加劑三者之間的重量配比為： 100:12-25:1-10。
[0012] a步驟中鐵精礦、還原劑煤、鈉或鉀鹽添加劑三者之間的重量配比為：100:14:2。
[0013] b步驟中，含鈦爐渣酸浸具體是指：將鈦渣碎磨至-100目占100%土的粒度，采用 稀鹽酸浸出鈦渣，其中：鹽酸濃度11%，浸出液固比4,常溫攪拌浸出lh，浸出結(jié)束后進(jìn)行固 液分離。
[0014] 所述固液分離的方式包括真空抽濾、板框壓濾或離心分離。
[0015] 將d步驟的含鈦無機高分子絮凝劑液態(tài)產(chǎn)品用于模擬高嶺土廢水處理，按每升廢 水加入2. 0 ml液體含鈦無機高分子絮凝劑產(chǎn)品。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果如下： 1、本發(fā)明中，采用釩鈦磁鐵礦作為基礎(chǔ)原料，將磁選獲得的鐵精礦經(jīng)還原熔煉獲得的 熔煉渣作為無機絮凝劑的制備原料，目前還沒有類似技術(shù)出現(xiàn)，本發(fā)明關(guān)鍵在于鐵精礦電 爐熔煉時加入鈉或鉀鹽添加劑，使熔煉爐渣中硅、鋁在高溫熔煉條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚暂^高的 可溶性硅酸鹽和鋁酸鹽，大幅提高了熔煉爐渣中硅、鋁酸解浸出率，既為無機絮凝劑的制取 提供了原料，又解決了含鈦爐渣富鈦降雜的關(guān)鍵技術(shù)問題。
[0017] 2、本發(fā)明中，電爐熔煉引入鈉鹽添加劑，不僅改變了熔煉爐渣中的硅鋁等雜質(zhì)物 化性質(zhì)，提高了硅、鋁雜質(zhì)的酸溶性，而且降低了熔煉爐渣粘度，利于渣鐵分離。
[0018] 3、熔煉爐渣采用簡單的稀酸浸出除雜，硅鋁雜質(zhì)浸出率高，既為制取無機絮凝劑 提供了適宜原料，同時也獲得了商品級的富鈦料產(chǎn)品(酸溶性鈦渣)。
[0019] 4、酸性除雜廢水可直接制取無機凈水劑，添加試劑少，省去了一般無機絮凝劑的 硅酸聚合工序，工藝簡單，操作方便，生產(chǎn)成本低，無"三廢"排放。
[0020] 5、絮凝劑制取原料為含鈦熔煉渣的酸解除雜廢水，解決了主工藝廢水的治理與應(yīng) 用問題，實現(xiàn)了廢水資源化利用。
[0021] 6、絮凝劑產(chǎn)品中含有少量TiO2，它的光催化反應(yīng)在有機污染物和無機污染物廢水 處理中具有良好作用，有助于提高產(chǎn)品對污水(廢水）的除濁、除色和除COD的能力。
[0022] 7、本發(fā)明制取的含鈦無機絮凝劑產(chǎn)品可用于生活污水及工業(yè)廢水處理，有較強的 除濁、除色和除COD的能力，具有絮體形成快、絮體大、沉降速度快的特點。
[0023] 8、本發(fā)明中，采用在鐵精礦電爐還原熔煉中加入鈉或鉀鹽添加劑，與公開號為CN 102382919A專利文獻(xiàn)為代表的現(xiàn)有技術(shù)相比，現(xiàn)有技術(shù)雖然提到可以采用鈉鹽與爐渣一起 焙燒，但其目的是使其中的釩、鈦轉(zhuǎn)化為釩酸鈉和鈦酸鈉，而發(fā)明中，是直接在還原熔煉時 先加入鈉或鉀鹽添加劑，而不是還原熔煉后與爐渣一起焙燒，本發(fā)明在電爐還原熔煉過程 中，硅、鋁雜質(zhì)與鈉或鉀鹽添加劑形成可溶于稀酸的鈉的硅鋁酸鹽，并與鈦及鈣鎂雜質(zhì)留在 含鈦爐渣中；然后，針對含鈦爐渣采用濕法冶金除雜方法進(jìn)行提純，獲得含Ti0 2> 75%、可 用于硫酸鈦白生產(chǎn)的酸溶性鈦渣產(chǎn)品，使鐵精礦中鈦得到了高效合理利用。同時，通過在還 原熔煉工序加入爐渣改性添加劑鈉鹽，不僅改善了爐渣流動性，而且對爐渣后期硅鋁雜質(zhì) 的去除創(chuàng)造了有利條件，較好地解決了鐵精礦中鈦的高效分離提取技術(shù)問題，大幅提高了 鐵、鈦、釩的資源利用率，特別是鈦的利用率較高爐流程提高了近3倍，詳細(xì)對比數(shù)據(jù)見實 施例。
[0024] 9、本發(fā)明中，a步驟中鐵精礦、還原劑煤、鈉或鉀鹽添加劑三者之間的重量配比為： 100:14:2,這樣特定的選擇比例，將鐵精礦配入14%的還原煤（固定C含量83%，灰分7. 3%)、 2%的純堿，采用礦熱爐進(jìn)行還原熔煉分別獲得鈦渣和生鐵，生鐵采用轉(zhuǎn)爐氧化提釩工藝進(jìn) 行釩鈦分離提取，鈦渣采用稀酸浸出除雜生產(chǎn)酸溶性鈦渣。鈦渣TiO