陰艷華，蔡 瓊，郭 杰，李厚濤

(武漢科夢(mèng)環(huán)境工程有限公司，湖北 武漢 430074)

目前，多晶硅生產(chǎn)主要采用改良西門(mén)子法，每生產(chǎn)1 t多晶硅約產(chǎn)生14～15 t的副產(chǎn)物SiCl4及1 t左右的氯硅烷殘液[1]，殘液的處理主要是利用燒堿和石灰乳進(jìn)行中和、絮凝、沉淀、過(guò)濾等，不僅浪費(fèi)燒堿、石灰，而且會(huì)產(chǎn)生大量殘?jiān)?，造成新的固體廢物污染。

赤泥是制取氧化鋁時(shí)排放的堿性廢渣，含有大量的鋁、鐵等有效成分，一般每生產(chǎn)1 t氧化鋁約副產(chǎn)0.7～1.8 t赤泥[2]。中國(guó)是世界第4大氧化鋁生產(chǎn)國(guó)，每年排放的赤泥高達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸，大面積的堆積不僅污染環(huán)境，而且有效成分也沒(méi)有得到充分合理的利用。

無(wú)機(jī)高分子絮凝劑因無(wú)毒、高效、使用方便而在水處理中得到廣泛應(yīng)用。作者在此以多晶硅殘液與赤泥為主要原料，利用多晶硅殘液中的有效成分與水反應(yīng)，經(jīng)過(guò)富集得到較高濃度的鹽酸，溶解赤泥中的氧化鋁等物質(zhì)，通過(guò)進(jìn)一步處理得到新型無(wú)機(jī)高分子水處理劑——聚合氯化鋁，對(duì)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，并將其應(yīng)用于高嶺土模擬廢水的絮凝處理，以期為多晶硅殘液和赤泥的綜合利用提供新途徑。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

多晶硅殘液；赤泥，主要成分為Al2O325.89%、Fe2O37.28%、CaO 11.3%、SiO213.22%、其它42.31%。所用試劑均為分析純。

752N型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，PHB-1型筆式pH計(jì)。

1.2 方法

1.2.1 多晶硅殘液的處理

將多晶硅殘液通過(guò)洗滌塔進(jìn)行洗滌、分離，得到二氧化硅和鹽酸，鹽酸再經(jīng)過(guò)富集后得到15%～20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的鹽酸。

1.2.2 聚合氯化鋁的制備

將上述15%～20%的鹽酸加入到1000 mL三口燒瓶中，再加入一定量的赤泥，加熱回流一定時(shí)間后，倒出反應(yīng)液，離心過(guò)濾，將濾液在70～90 ℃加熱聚合，多余的鹽酸以氯化氫氣體揮發(fā)出來(lái)(冷凝回收后可重復(fù)利用)，液體部分經(jīng)干燥得到紅棕色的聚合氯化鋁。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鋁溶出率的影響

在反應(yīng)時(shí)間為60 min、反應(yīng)溫度為80 ℃的條件下，考察鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鋁溶出率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鋁溶出率的影響

由圖1可看出，隨著鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，赤泥中鋁的溶出率逐漸升高；當(dāng)鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)15%后，鋁溶出率趨于穩(wěn)定；繼續(xù)增大鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鋁溶出率升高不明顯。因此，從成本考慮，選擇鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鋁溶出率的影響

在鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%、反應(yīng)溫度為80 ℃的條件下，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)鋁溶出率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鋁溶出率的影響

由圖2可看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁溶出率逐漸升高；反應(yīng)60 min后，鋁溶出率趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)?，反?yīng)初期，鹽酸濃度較大，反應(yīng)較快；隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，鹽酸濃度降低，未溶出的鋁含量也降低，所以，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間對(duì)鋁溶出率影響不大。因此，選擇反應(yīng)時(shí)間為60 min。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)鋁溶出率的影響

在鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%、反應(yīng)時(shí)間為60 min的條件下，考察反應(yīng)溫度對(duì)鋁溶出率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)鋁溶出率的影響

由圖3可看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，鋁溶出率逐漸升高；反應(yīng)溫度超過(guò)80 ℃后，由于鹽酸容易揮發(fā)，參與反應(yīng)的鹽酸濃度降低，導(dǎo)致赤泥中鋁溶出率下降。因此，選擇反應(yīng)溫度為80 ℃。

2.4 聚合氯化鋁的性能

參照GB 15892-2009[3]，對(duì)在最佳實(shí)驗(yàn)條件下(鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%、反應(yīng)時(shí)間60 min、反應(yīng)溫度80 ℃)制備的聚合氯化鋁固體進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 聚合氯化鋁的性能指標(biāo)

2.5 對(duì)高嶺土模擬廢水的絮凝實(shí)驗(yàn)

將制備的聚合氯化鋁固體絮凝劑在常溫下用水溶解配制成3%的溶液，用于高嶺土模擬廢水的絮凝實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在pH值為6～9的范圍內(nèi)，模擬廢水的濁度去除率可達(dá)80%以上。

3 結(jié)論

以多晶硅殘液與赤泥為主要原料，制得水處理絮凝劑——聚合氯化鋁；在鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%、反應(yīng)時(shí)間為60 min、反應(yīng)溫度為80 ℃的條件下，制得的聚合氯化鋁各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高嶺土模擬廢水的濁度去除率達(dá)到80%以上。該方法實(shí)現(xiàn)了多晶硅殘液及赤泥的綜合利用，以廢治廢，同時(shí)生產(chǎn)出的聚合氯化鋁無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的應(yīng)用前景。

[1] 郭平.淺析多晶硅副產(chǎn)物的綜合利用與循環(huán)技術(shù)[J].有色金屬加工，2009，38(4):49-52.

[2] 朱軍,蘭建凱.赤泥的綜合回收與利用[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2008，(2)：52-54.

[3] GB 15892-2009，生活飲用水用聚氯化鋁[S].