利用粉煤灰研制高效无机混凝剂聚硅酸铝_李晓湘

利用粉煤灰研制高效无机混凝剂聚硅酸铝＊李晓湘(湘潭工学院化工系,湘潭411201)摘要研究了以粉煤灰为原料制取高效无机混凝剂聚硅酸铝的工艺及生产条件。产品用于处理工业废水水样,并与传统混凝剂处理废水的效果进行了比较。结果表明,聚硅酸铝混凝剂用药量少,处理效果较好。关键词粉煤灰混凝剂聚硅酸铝废水处理＊原煤炭部科技发展项目(96-361)1前言高效无机混凝剂是目前水处理研究的热点。聚硅酸铝盐是一类新型无机高分子混凝剂,该类混凝剂是在活化硅酸(即聚硅酸)及铝盐混凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与铝盐的复合产物,具有电中和及吸附架桥作用。此类混凝剂混凝效果好,原料来源广,价格低廉,经该类混凝剂处理后的水中残留物少。粉煤灰来源十分丰富,我国电力以燃煤为主,粉煤灰是热电厂燃煤锅炉排放的废弃物,每年约有近亿吨粉煤灰排放,目前的利用率仅为40%左右,主要用于烧砖、筑路、水泥和混凝土的掺合料、选取漂珠、改良土壤等方面,其余大部分堆积废弃,这不仅占用了大量土地,而且严重污染了环境。如何将粉煤灰综合利用,是当今环境科学的重要研究课题。用粉煤灰为原料生产聚合氯化铝已有报道,但粉煤灰中的硅没有得到充分利用。笔者将粉煤灰经高温焙烧、酸浸、碱溶、聚合等工序制得了聚硅酸铝混凝剂,并将其用于工业废水的处理,为粉煤灰资源的深加工及工业废水的治理找到了一条新的途径。2实验部分2.1原料及化学组成粉煤灰取自湘潭电厂,其主要化学组成如附表。附表原料的化学组成%组成SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OTiO2C含量43.4529.7812.052.151.450.452.661.586.242.2实验设备FYX-1型高压反应釜2.3制备工艺用粉煤灰制备聚硅酸铝混凝剂的工艺流程见图1。硅酸钠加酸聚合聚硅酸混凝剂残渣过滤高压碱溶滤渣反应粉煤灰焙烧活化酸浸过滤铝盐溶液图1粉煤灰制备聚硅铝混凝剂工艺流程图3结果和讨论3.1焙烧温度对溶出率的影响将粉煤灰在500～800℃焙烧2h后,用酸浸取,计算Al2O3和SiO2的溶出率,考察焙烧温度对浸取率的影响。实验结果表明:当焙烧温度为700℃,焙烧时间为2h时,粉煤灰中的铝、硅有较高的浸取率。如果温度太低,粉煤灰分解不完全;温度过高,产生不易溶出的硅尖晶石等,使铝、硅难于溶出;在700℃时,粉煤灰中铝、硅转变为活性较大的无定型体或晶体,使得铝、硅溶出率增大。3.2酸浸反应条件对铝的浸出率的影响活化焙烧后的粉煤灰中铝以活性氧化铝形式存在,为了提高铝的浸出率,我们以盐酸为浸取液,控制酸浸温度在60～80℃,温度过高,盐酸具有强的挥发性,使操作难于进行,对环境产生严重污染。温度太低,则铝的溶出率较低。盐酸浓度、搅拌时间、固液比等对铝的浸出率也有明显的影响。实验结果表明:浸取液中盐酸浓度为20%～25%,搅拌速度为100rmin,浸取时间为2h,浸取温度为60～80℃,固液比为1∶5,铝的浸出率为90%。3.3碱溶反应条件对硅溶出率的影响粉煤灰酸浸2h后,将酸浸混合物进行固液分离,此时滤渣中主要含SiO2,活性较大,易与氢氧化钠作用生成硅酸钠。将滤渣与NaOH按一定比例送入51环境工程2002年2月第20卷第1期DOI:10.13205/j.hjgc.2002.01.017高压反应釜中反应。实验表明,当釜内压力为0.45MPa,温度为160℃左右,反应时间为2～3h时,硅溶出率为92%。3.4聚合反应条件对配制混凝剂的影响将上述反应产生的硅酸钠溶液稀释,然后用酸调pH值在3.5左右,使硅酸钠溶液的浓度控制在4%。将生成的硅酸溶液在室温下静置2～4h以进行聚合反应,反应完毕,调pH值等于2。实验结果表明:硅酸钠溶液的浓度及溶液的pH值对聚合反应有很大的影响,硅酸钠浓度过高,在酸化过程中易形成凝胶析出,对聚合不利;pH值过大,聚合温度过高,使反应速度过快,形成的聚硅酸分子量小,影响聚硅酸铝混凝剂的水处理效果。因此,适宜的工艺条件为:硅酸钠浓度为4%,pH值为3.5,聚合温度为室温,聚合时间2h左右。3.5产品性状将上述滤液加入到聚硅酸中,调节硅酸-铝摩尔比为1∶1～5∶1之间,充分搅拌,再静置陈化2h,即得到聚硅酸铝混凝剂。产品是一种淡黄色液体,有效浓度为6%左右,密度为1.1～1.2,pH值为2～3。4混凝剂净水絮凝性能测试4.1净化处理炼钢厂洗涤废水用配制的混凝剂处理炼钢厂洗涤废水水样(SS为2350mgL,水温34℃,pH值为6.9)搅拌5min,静置。并与投加FeSO4+PAM、AlCl3时的混凝效果相比较。试验结果如图2。图2不同混凝剂除SS效果比较图2表明,聚硅酸铝的混凝效果明显优于FeSO4+PAM、AlCl3。在去除相同量SS的情况下,聚硅酸铝用量少,处理成本较低。与FeSO4+PAM及AlCl3相比,聚硅酸铝絮体致