一种硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，步骤如下：常温下，向硅粉水解法生产硅溶胶废水中加入浓度为3～7wt％聚合氯化铝溶液，搅拌混合均匀；于体系pH＝3.5～4.5时，加入浓度为0.05～0.2wt％阳离子聚丙烯酰胺溶液，搅拌混合均匀；静置沉降，固液分离，液相直接排放，固相后续利用。本发明硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法的成本低廉，仅仅使用聚合氯化铝溶液和阳离子聚丙烯酰胺溶液就能达到较好的处理效果。
【专利说明】一种硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业废水处理方法，具体涉及一种硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理 方法，属于环境保护领域。
【背景技术】
[0002] 硅溶胶是硅氧四面体的无定形聚合体在水中的稳定分散体系，又名硅酸溶胶，或 二氧化硅水溶胶。硅溶胶是一种重要的无机纳米材料，分子式可表示为mSi0 2 ? nH20，其胶 粒大小可以为5-100nm。由于硅溶胶中二氧化硅颗粒的特殊结构及其无毒无害的性质，现已 被广泛应用于纺织、涂料、造纸、橡胶、油漆、陶瓷、精密铸造和电子等行业中。
[0003] 国内现行的硅溶胶制备方法主要有离子交换法、硅化合物水解法、硅粉水解法等， 不同的方法各有优劣，但是相比较而言，用硅粉水解法制备硅溶胶，具有产品中杂质含量 少、胶粒粒形、粒径、黏度、pH值等物理指标比较容易控制、硅溶胶的稳定性较好、生产过程 对环境友好、价格相对比较便宜等优点，是近年来兴起的一种制备硅溶胶的新工艺。
[0004] 硅粉水解法生产硅溶胶的基本原理是，在碱性物质催化作用下单质硅与水发生化 学反应，在生成硅溶胶的同时还产生氢气，因此，生产过程对环境不产生有害影响。但是，在 实际生产中，由于对废渣的的清洗、器具的洗涤、超滤浓缩等操作，会产生一定量的废水。该 废水中主要含有未反应的硅粉、硅粉原料中的杂质和较小粒径的硅溶胶。废水呈稀薄胶体 状态、颜色一般为灰色，pH值为碱性，难以自然沉降，不能直接排放或回用。因此，该生产过 程的废水必须进行固液分离处理，才能回用或排放。目前为止，硅粉水解法生产硅溶胶过程 中的废水处理问题尚未见文献报道。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的现状与不足，本发明提供一种硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理 方法。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，步骤如下：
[0008] 常温下，向硅粉水解法生产硅溶胶废水中加入浓度为3?7wt%聚合氯化铝溶液， 搅拌混合均勻；于体系pH = 3. 5?4. 5时，加入浓度为0. 05?0. 2wt%阳离子聚丙烯酰胺 溶液，搅拌混合均匀；静置沉降，固液分离，液相直接排放，固相后续利用；
[0009] 所述的阳离子聚丙烯酰胺溶液与废水的质量比为（15?25) :100。
[0010] 根据本发明，优选的，加入聚合氯化铝溶液后搅拌速率为50?lOOr/min，加入阳 离子聚丙烯酰胺溶液后搅拌速率为30?60r/min。
[0011] 根据本发明，优选的，所述的阳离子聚丙烯酰胺溶液为新配制的且存放时间<24h 的溶液。
[0012] 根据本发明，优选的，所述的固液分离的方式为用孔径20 的滤膜进行减压过 滤。
[0013]根据本发明，优选的，所述的聚合氯化铝溶液的浓度为4?7wt%，所述的阳离子 聚丙烯酰胺溶液的浓度为〇. 1?〇. 15wt%。
[0014]根据本发明，优选的，加入聚合氯化铝溶液并搅拌至pH为4. 0-4. 5时再加入阳离 子聚丙烯酰胺溶液；所述的阳离子聚丙烯酰胺溶液与废水的质量比为（16?20) :100。
[0015]根据本发明，优选的，所述的阳离子聚丙烯酰胺的分子量为400?1200万，CP = 40。
[0016]根据本发明，所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水主要含有未反应的硅粉、原料 硅粉中的杂质和较小粒径的硅溶胶，废水呈胶体状态、颜色呈现黑、灰色，pH值为碱性，难 以自然沉降。优选的，对于如下指标的废水处理效果更佳：pH(25°C) :8-11，悬浮物SS: 8000-12000mg/l，固含量：1. 5-3. 5wt%。
[0017]根据本发明，所述的阳离子聚丙烯酰胺溶液的配制过程可以为：在反应釜中先加 入自来水，开启搅拌，按照上述浓度将所需量阳离子聚丙烯酰胺缓慢加入至反应釜中，继续 搅拌40?90min，直至阳离子聚丙烯酰胺完全溶解。配制过程中应当注意：1、为了加快溶 解，可用温水，但50°C以上会使聚合物加快降解，影响使用效果；2、溶解过程中搅拌速度不 能过快，强烈的搅拌速率会使聚丙烯酰胺降解，性能变差；3、阳离子聚丙烯酰胺加入时应尽 量缓慢，不能一次性加入；4、溶解过程避免与铁接触，铁离子会降解聚丙烯酰胺的分子链； 5、配成的溶液不要用离心泵转移，以免高速旋转的叶片造成聚合物的剪切降解；6、阳离子 聚丙烯酰胺溶液不能长时间存放，配制好的阳离子聚丙烯酰胺溶液存放时间不得超过24h。 [0018]根据本发明，所述的聚合氯化铝溶液的配制过程可以为：按上述浓度取聚合氯化 铝，在搅拌状态下加入到所需量的自来水中，搅拌均匀，即得。
[0019]根据本发明，处理后的废水呈无色透明，pH = 6?9,符合环保标准，直接排放即 可。处理后得到的固体晾干后经后续处理可以作为路基等应用。
[0020] 根据本发明，加入聚合氯化铝溶液后搅拌均匀，于体系pH = 3. 5?4. 5时再加入 阳离子聚丙烯酰胺溶液，若体系中pH偏大或偏小，则体系中的固形物无法絮聚成大的絮聚 团，只能絮聚后零散的分散于体系中。
[0021] 本发明的原理：
[0022] 阳离子聚丙烯酰胺具有较高的分子量及不同的离子度，它的结构中具有多种活泼 的极性基团，可以与污水中不稳定的悬浮颗粒，如未反应的硅粉、原料硅粉中的杂质和小粒 径的硅溶胶等亲和、吸附形成氢键，并使离子间架桥而形成絮凝，而在絮凝的过程中，水相 中的颗粒逐渐增大，形成大的絮团，絮团的形成将导致泥水分离。
[0023] 本发明的有益效果如下：
[0024] 1、本发明硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法的成本低廉，仅仅使用聚合氯化 铝溶液和阳离子聚丙烯酰胺溶液就能达到较好的处理效果。
[0025] 2、本发明方法操作简单，将聚合氯化铝溶液和阳离子聚丙烯酰胺溶液直接加入到 待处理的废水中即可，无需其他繁琐的操作。
[0026] 3、本发明方法处理废水的效果显著，经过处理，废水呈无色透明状，pH= 6?9，符 合环保标准，可直接排放，固体可经晾晒、煅烧等处理后作为路基等使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明实施例1硅粉水解法生产硅溶胶废水处理前的状态图。
[0028] 图2为本发明实施例1硅粉水解法生产硅溶胶废水处理后的状态图。
[0029] 图3为本发明实施例1硅粉水解法生产硅溶胶废水经处理得到的固相煅烧后的状 态图。
【具体实施方式】
[0030] 下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0031] 实施例中所用原料均为常规原料，市购产品。其中，阳离子聚丙烯酰胺，济南海博 精细化工有限公司有售，CP = 40 ;聚合氯化铝，固体，工业级，济南海博精细化工有限公司 有售。
[0032] 实施例中所用阳离子聚丙烯酰胺溶液按如下方法配制：
[0033] 在反应釜中先加入20?30°C的自来水，开启搅拌，按照所需的浓度，将所需量阳 离子聚丙烯酰胺缓慢加入到反应釜中，继续搅拌40?90min，直至阳离子聚丙烯酰胺完全 溶解，搅拌速率为30?50r/min。配制完成后在24小时内使用。
[0034] 实施例中所用聚合氯化铝溶液按如下方法配制：
[0035] 按照所需的浓度，将聚合氯化铝在搅拌状态下加入到所需量20?30°C的自来水 中，搅拌均匀，即得。
[0036] 实施例中所用的过滤方式为用孔径20 y m的滤膜进行减压过滤。
[0037] 实施例中所得固相检测方法为：固相晾干后置于马弗炉内在400°C下煅烧40min， 取出冷却，准确称取1. 〇〇〇〇g固体样品于钼金坩埚中，加入10mL HF和2mL HC104，小火加热 8h，加热冒烟直至溶液近干，冷却后加入5mL HC1，溶解后定容至100mL，超声分散约90min 后用ICP (电感耦合等离子原子发射光谱仪）检测。
[0038] 实施例中所述的加入聚合氯化铝溶液后搅拌速率为50?100r/min，加入阳离子 聚丙烯酰胺溶液后搅拌速率为30?50r/min。
[0039] 实施例1
[0040] 取硅粉水解法生产硅溶胶废水100g(pH = 9. 87)(废水的指标如表1所示），常 温下加入聚合氯化铝溶液（5wt % ) 10g，搅拌均匀，充分混合，体系中pH = 4. 3,再向其中 加入阳离子聚丙烯酰胺（〇. lwt% )16g，搅拌均匀，充分混合后自然沉降；过滤后清液pH = 7. 41，并进行成分分析，结果见表3 ;固相为硅、铁、铝和钙的氧化物，均属常见无害物质，检 测结果如表2所示；水相符合国家二级排放标准。
[0041] 废水外观如图1所示，处理后如图2所示。由图1、2可知，经过本发明方法处理后 的废水呈物色透明状态。
[0042] 表1废水原样检测结果
[0043]
【权利要求】
1. 一种硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，步骤如下： 常温下，向硅粉水解法生产硅溶胶废水中加入浓度为3?7wt%聚合氯化铝溶液，搅拌 混合均匀；于体系pH = 3. 5?4. 5时，加入浓度为0. 05?0. 2wt %阳离子聚丙烯酰胺溶液， 搅拌混合均匀；静置沉降，固液分离，液相直接排放，固相后续利用； 所述的阳离子聚丙烯酰胺溶液与废水的质量比为（15?25) :100。
2. 根据权利要求1所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，其特征在于，加入 聚合氯化铝溶液后搅拌速率为50?lOOr/min，加入阳离子聚丙烯酰胺溶液后搅拌速率为 30 ?60r/min。
3. 根据权利要求1所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，其特征在于，所述 的阳离子聚丙烯酰胺溶液为新配制的且存放时间< 24h的溶液。
4. 根据权利要求1所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，其特征在于，所述 的固液分离的方式为用孔径20 y m的滤膜进行减压过滤。
5. 根据权利要求1所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，其特征在于，所述 的聚合氯化铝溶液的浓度为4?7wt%。
6. 根据权利要求1所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，其特征在于，所述 的阳离子聚丙烯酰胺溶液的浓度为〇. 1?〇. 15wt%。
7. 根据权利要求1所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，其特征在于，加入 聚合氯化铝溶液并搅拌至体系pH为4. 0-4. 5时再加入阳离子聚丙烯酰胺溶液。
8. 根据权利要求1所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，其特征在于，所述 的阳离子聚丙烯酰胺溶液与废水的质量比为（16?20) :100。
9. 根据权利要求1所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，其特征在于，所述 的阳离子聚丙烯酰胺的分子量为400?1200万，CP = 40。
10. 根据权利要求1所述的硅粉水解法生产硅溶胶废水的处理方法，其特征在于，硅 粉水解法生产硅溶胶废水的指标如下：25°C，pH = 7-11，悬浮物8000-12000mg/l，固含量 1. 5-3. 5wt % 〇
【文档编号】C02F9/04GK104370391SQ201410669228
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】谢可彬, 曲玲玲, 郭端文, 陈少华, 郑聪 申请人:济南银丰硅制品有限责任公司