摘要: 利用粉煤灰和工業(yè)鹽酸為主要原料，添加適量鋁酸鈣粉，制備出絮凝劑聚合氯化鋁鐵。對影響聚合氯化鋁鐵制備的因素，如粉煤灰的預(yù)處理溫度、鹽酸濃度、鹽酸用量、反應(yīng)溫度和鋁酸鈣粉用量等進(jìn)行了研究，得到了制備聚合氯化鋁鐵的優(yōu)化條件，同時將該絮凝劑用于工業(yè)污水的處理。研究結(jié)果表明:制備的絮凝劑絮凝效果優(yōu)于一些傳統(tǒng)的絮凝劑;同時具有原料易得，制造成本低的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞: 粉煤灰;工業(yè)鹽酸;絮凝劑;聚合氯化鋁鐵;制備;污水處理

Abstract: A new type flocculant-polymeric aluminum ferric chloride was prepared. The main material was fly ash， and the other material was calcium aluminum. The effects of the optimum conditions were given in the experiment. The flocculating effect of the polymeric aluminum ferric chloride was researched in the treatment of practical industrial wastewater. Experimental results showed that the flocculating effect was superior to other traditional flocculants and has advantage of few dosage and quick sedimentation. It was a high effective flocculant.

Key words: red mud; industrial hydrochloric acid; flocculant; polymeric aluminum ferric chloride; preparation; wastewater treatment

粉煤灰是發(fā)電廠最大的污染物，隨著我國發(fā)電廠、城市供熱工程不斷增加，粉煤灰的產(chǎn)量也隨之增多。以2006年的火電發(fā)電量計(jì)算，當(dāng)年我國火電廠產(chǎn)生約2.4～2.9億t粉煤灰和0.2～0.3億t爐渣，居世界之首[1]。目前國內(nèi)粉煤灰利用率只有30%～40%左右[2]，發(fā)電廠大都將粉煤灰輸送堆場堆存。粉煤灰堆存不但要占用大量的土地，污染環(huán)境，還使粉煤灰中的許多可利用成分得不到合理利用，造成資源浪費(fèi)。因此對粉煤灰的綜合利用是解決粉煤灰污染，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的根本途徑。

工業(yè)鹽酸是硫基復(fù)合肥副產(chǎn)品，每生產(chǎn)1噸復(fù)合肥要副產(chǎn)0.3噸工業(yè)鹽酸，對鹽酸下游產(chǎn)品的開發(fā)也是解決工業(yè)鹽酸出路，提高復(fù)合肥廠效益的有效途徑。

聚合氯化鋁鐵是一種新型高效鋁鐵復(fù)合絮凝劑，該絮凝劑既有聚合鋁鹽基度高、對原水適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，又有聚合鐵密度大、絮體沉降快的優(yōu)點(diǎn)[3]。它可克服鋁鹽處理后水樣殘余鋁濃度高、沉降速度慢的不足，因此應(yīng)用前景廣闊。

本文利用粉煤灰中的殘余的鋁、鐵制備一定鋁鐵比例的聚合氯化鋁鐵，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。將經(jīng)過處理的粉煤灰與一定濃度的工業(yè)鹽酸在一定的條件下反應(yīng)制備鋁鐵的堿式鹽，然后加入鋁酸鈣粉調(diào)節(jié)產(chǎn)品的鹽基度和鋁鐵含量，得到一定堿化度和鋁鐵比的聚合氯化鋁鐵。

1 試驗(yàn)原料與方法

1.1 主要原料

基本原料:以山東某發(fā)電廠粉煤灰為基本原料，經(jīng)分析其化學(xué)組成如下:Al2O3 23.76%，F(xiàn)eT9.52%，SiO2 58.06%，CaO 3.16%，其他5.50%。

其他原料:工業(yè)鹽酸(公司副產(chǎn)品，濃度31%);鋁酸鈣粉(市售，Al2O3 含量53%)

1.2 主要儀器

722型分光光度計(jì);JJ-4型電動攪拌機(jī)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 聚合氯化鋁鐵的制備

將粉煤灰焙燒后研磨過120目篩。常壓下，按一定配比將粉煤灰和一定濃度的工業(yè)鹽酸加入帶有回流冷凝管的四口燒瓶中，在一定溫度下反應(yīng)一定時間后，再加入適量鋁酸鈣粉，在一定溫度下繼續(xù)反應(yīng)一定時間后，停止加熱，陳化后得到深紅棕色液體。

1.3.2 試驗(yàn)污水水質(zhì)

污水取自某造紙廠污水，其具體水質(zhì)指標(biāo)見表1。

1.3.3 絮凝試驗(yàn)

取500mL污水于燒杯中，用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)水樣的pH值，加入一定量的絮凝劑，以350r/min快速攪拌2min，然后以80r/min慢速攪拌8 min，停止攪拌，靜止沉降15min，在液面下2～3cm處取適量上清液，測定其COD值和濁度。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合氯化鋁鐵制備條件研究

2.1.1 鹽酸濃度對Al2O3和FeT溶出率的影響

在試驗(yàn)條件下，改變鹽酸的濃度，測定其對粉煤灰中Al2O3和FeT溶出率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1知，鹽酸濃度越高，Al2O3和FeT溶出率也越大，但增大的幅度卻逐漸減小。當(dāng)鹽酸濃度為22%時，Al2O3和FeT溶出率分別為82.8%和90.3%。當(dāng)鹽酸濃度大于22%時，Al2O3和FeT溶出率增加幅度卻逐漸減小。鹽酸濃度大，揮發(fā)損失較多，對操作和環(huán)境均有不利影響，且會提高生產(chǎn)成本。而鹽酸濃度太低，有反應(yīng)較慢，氧化鋁和全鐵溶出率低的缺點(diǎn)。綜合考慮，本試驗(yàn)選擇濃度為22%的工業(yè)鹽酸。

2.1.2 鹽酸用量對溶出率和鹽基度的影響

在試驗(yàn)條件下，改變鹽酸(濃度為22%)的用量，測其對粉煤灰中Al2O3和FeT溶出率及鹽基度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2和圖3。

由圖2和圖3知，Al2O3和FeT溶出率隨著酸加入量的增加而增大，而鹽基度卻隨著加酸量的增加而減小，所以必須加入適量的鹽酸才可以得到具有一定溶出率和鹽基度的溶出液。若鹽酸加入量過少，Al3+和Fe3+的水解反應(yīng)就進(jìn)行的比較徹底，最終產(chǎn)物的鹽基度會過大，導(dǎo)致生成沉淀而不穩(wěn)定;若加入鹽酸量過多，則最終產(chǎn)物的鹽基度過小，影響產(chǎn)品的絮凝效果。當(dāng)加酸量大于500mL時，溶出率的增加幅度變化不大，而鹽基度下降明顯，為了得到一定溶出率和鹽基度的溶出液，本試驗(yàn)選擇加酸量為500mL。

2.1.3 反應(yīng)溫度對溶出率的影響

在試驗(yàn)條件下，改變反應(yīng)溫度，測其對Al2O3和FeT溶出率和鹽基度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

酸溶出反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，而隨后的水解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因而反應(yīng)溫度是影響產(chǎn)物聚合氯化鋁鐵性能的一個重要指標(biāo)。由圖4可知，反應(yīng)溫度越高，Al2O3和FeT溶出率及產(chǎn)品的鹽基度也越高，并且大大縮短反應(yīng)時間。當(dāng)溫度超過95℃后，Al2O3和FeT溶出率增加幅度不大，而鹽酸蒸發(fā)損失嚴(yán)重，增加操作成本;而溫度太低，反應(yīng)進(jìn)行緩慢，綜合考慮，本試驗(yàn)選擇反應(yīng)溫度為95℃。

2.1.4 鋁酸鈣粉投加量的確定

在試驗(yàn)條件下，固定其他因素不變，改變鋁酸鈣粉投加量，研究其對溶液中的鋁含量和鹽基度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5和圖6。

粉煤灰中鋁含量太低，不能滿足溶出液中鋁含量的要求，必須投加鋁酸鈣粉來提高產(chǎn)品中的鋁含量，同時加入鋁酸鈣粉，還可以調(diào)節(jié)溶液的pH值，制得具有一定鹽基度的聚合氯化鋁鐵。由圖5和圖6可知，溶出液中的鋁含量和鹽基度均隨加入鋁酸鈣粉的增加而增大。鋁酸鈣粉投加量過低，則鋁含量和鹽基度都較低，達(dá)不到良好的絮凝效果;而投加量過高，則產(chǎn)品易產(chǎn)生糊狀沉淀而因此不穩(wěn)定，因此本試驗(yàn)選擇鋁酸鈣粉的投加量為50g.

絮凝劑絮凝性能的比較

在試驗(yàn)條件下，采用不同的絮凝劑處理某造紙污水，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，PAFC去除濁度和COD效果均比PAC絮凝劑要好，且PAFC具有生成絮體速度快，礬花大而密實(shí)，殘余色度小，沉降速度快等優(yōu)點(diǎn)。

3.結(jié)論

用粉煤灰與工業(yè)鹽酸反應(yīng)，浸出粉煤灰中的氧化鋁和全鐵，在加入鋁酸鈣粉調(diào)節(jié)pH值來合成聚合氯化鋁鐵絮凝劑，試驗(yàn)證明此工藝路線可行。粉煤灰制備聚合氯化鋁鐵的優(yōu)化工藝條件為:在100g粉煤灰(干基)中加入22%的工業(yè)鹽酸500mL和適量水，在95℃條件下反應(yīng)3h，再加入鋁酸鈣粉調(diào)節(jié)鹽基度和鋁鐵含量比，在95℃條件下繼續(xù)反應(yīng)4h，制備出聚合氯化鋁鐵。產(chǎn)物用于某造紙污水處理，其絮凝性能優(yōu)于PAC，是一種性能良好的高效絮凝劑。

參考文獻(xiàn):

[1]劉偉，工程質(zhì)量管理與系統(tǒng)控制，武漢，武漢大學(xué)出版社，2004

[2]顧慰慈，建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量監(jiān)控，北京，中國建材出版社，2003