本发明涉及化工领域，具体而言，涉及一种活化水玻璃的方法一种活性水玻璃及其应用。
背景技术：
：水玻璃是硅酸钠的俗称，其用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。在经济发达国家，以硅酸钠为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已应用于高、精、尖科技领域；在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗涤剂中不可缺少的原料，也是水质软化剂、助沉剂；在纺织工业中用于助染、漂白和浆纱；在机械行业中广泛用于铸造、砂轮制造和金属防腐剂等；在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等；在农业方面可制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的硅铝催化剂、肥皂的填料、瓦楞纸的胶粘剂、实验室坩埚等耐高温材料、金属防腐剂、水软化剂、洗涤剂助剂、耐火材料和陶瓷原料、纺织品的漂、染和浆料、矿山选矿、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制胶粘剂等。水玻璃在化工领域的一个重要应用方面是制备聚硅酸铝铁。聚合硅酸铝铁是一种絮凝剂，常用来进行工业污水的净化，其具有离子度高、易溶于水(在整个PH值范围内完全溶于水，且不受低水温的影响)、不成凝胶、水解稳定性好等特点。现有技术制备聚硅酸铝铁的过程中，常使用水玻璃作为硅源，然而如何合理地活化水玻璃，从而使得制备出的聚硅酸铝铁具有更好的絮凝效果，有待于进一步研究。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种活化水玻璃的方法，所述方法通过将水玻璃稀释后加入盐酸，并调整反应体系的pH值，将水玻璃活化。本发明的第二目的在于提供使用所述方法制备的活性水玻璃的应用，所述活性水玻璃特别适合用于制备聚合硅酸铝铁。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：本发明的一个方面涉及一种活化水玻璃的方法，所述方法包括，将水玻璃稀释后与盐酸混合反应，调整反应体系pH至pH＝3-3.5，反应1.5-2.5h后得到活性水玻璃。优选地，将水玻璃稀释至浓度为1-3.5％，优选地，将水玻璃稀释至浓度为1.5-2.5％，更优选地，将水玻璃稀释至浓度1.6-1.9％。优选地，所述盐酸的浓度为15-25％，优选地，所述盐酸的浓度为17-21％。本发明的另一方面涉及使用所述方法得到的活性水玻璃在制备聚硅酸铝铁反应中的应用。优选地，所述制备聚硅酸铝铁的反应包括以下步骤，将铝源和酸性铁源混合并加热至加热至45-55℃，搅拌，同时向反应体系注入碱液至体系pH＝3-3.5时停止，后加入所述活性水玻璃，加毕进行陈化。优选地，所述碱液是5-15％的NaOH和/或KOH的水溶液，优选地，所述碱液是5-15％的NaOH水溶液。优选地，所述铝源是预处理后的铝灰，所述预处理包括依次进行的排氨工序、浆化工序和酸浸工序。优选地，所述排氨工序包括，向铝灰喷淋NaOH和/或KOH至不再产生气体；优选地，所述浆化工序包括，向经排氨工序处理后的铝灰加入所述铝灰重量1.5-2.5倍量的水并搅拌均匀。优选地，所述酸浸工序包括，向经过排氨工序和浆化工序处理后的铝灰缓慢滴加盐酸，优选地，所述滴加过程中反应温度不超过60℃，更优选地，滴加完成后的反应体系pH≤0.5。优选地，所述酸性铁源是预处理后的含铁废酸，优选地，所述预处理方法包括，向寒铁废酸内加入盐酸，搅拌并混匀后滴加氯酸钠溶液，其中，所加入盐酸的重量与废酸总重量的比为1：(5-9)，所述氯酸钠的浓度为40-60％；更优选地，滴加氯酸钠的速率为0.6-1.0m3/h。本发明的另一个方面涉及使用所述方法制备的聚硅酸铝铁。与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明中活化水玻璃的方法可以有效地制备得到活性水玻璃；(2)使用本发明方法得到的活化水玻璃在进行制备聚合硅酸铝铁的反应中，凝胶化发生时间长，即制得的聚合硅酸铝铁具有更长的保质期。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1按照以下步骤制备活性水玻璃1、反应机理：Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3↓+2NaCl2、操作方法：水玻璃稀释至2％，水玻璃泵入水玻璃配置搅拌桶后，加水搅拌，最后取样交化验室检测SiO2浓度。合格后泵至硅酸制备搅拌桶，一次性加入15％的盐酸，检测pH为3-3.5，若不在范围内，则进行调整。生成硅酸后放置活化至少2小时，备用。实施例2按照以下步骤制备活性水玻璃1、反应机理：Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3↓+2NaCl2、操作方法：水玻璃稀释至2.5％，水玻璃泵入水玻璃配置搅拌桶后，加水搅拌，最后取样交化验室检测SiO2浓度。合格后泵至硅酸制备搅拌桶，一次性加入17％盐酸(盐酸浓度为：20，(1+1))，检测pH为3-3.5，若不在范围内，则进行调整。生成硅酸后放置活化至少2小时，备用。实施例3按照以下步骤制备活性水玻璃1、反应机理：Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3↓+2NaCl2、操作方法：水玻璃稀释至1.5％，水玻璃泵入水玻璃配置搅拌桶后，加水搅拌，最后取样交化验室检测SiO2浓度。合格后泵至硅酸制备搅拌桶，一次性加入21％的盐酸，检测pH为3-3.5，若不在范围内，则进行调整。生成硅酸后放置活化至少2小时，备用。实施例4按照以下步骤制备活性水玻璃1、反应机理：Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3↓+2NaCl2、操作方法：水玻璃稀释至2.5％，水玻璃泵入水玻璃配置搅拌桶后，加水搅拌，最后取样交化验室检测SiO2浓度。合格后泵至硅酸制备搅拌桶，一次性加入25％的盐酸，检测pH为3-3.5，若不在范围内，则进行调整。生成硅酸后放置活化至少2小时，备用。实施例5按照以下步骤制备活性水玻璃1、反应机理：Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3↓+2NaCl2、操作方法：水玻璃稀释至1.8％，水玻璃泵入水玻璃配置搅拌桶后，加水搅拌，最后取样交化验室检测SiO2浓度。合格后泵至硅酸制备搅拌桶，一次性加入18％的盐酸，检测pH为3-3.5，若不在范围内，则进行调整。生成硅酸后放置活化至少2小时，备用。实验例1水玻璃稀释浓度的选择实验方法：称取水玻璃10g*9份，分为第1-9组，依次加水稀释至浓度为10％、5％、3％、2％、1.8％、1.5％、1.2％、1％、0.5％(以SiO2含量计)，常温下搅拌并滴加浓度为20％的盐酸，调节pH至3.5，记录从滴加起到发生凝胶化的时间，结果如下表所示浓度10％5％3％2％1.8％1.5％1.2％1％0.5％时间立即立即0.5h48h96h100h104h106h106h凝胶化时间小于2h时制备出的产物不具备实际应用价值，因此选出凝胶化时间大于2h的水玻璃，进行聚硅酸铝铁的合成反应，反应方法采用现有技术的常规方法。测定成品中有效成分的浓度(以Al2O3计)，结果如下表所示：浓度2％1.8％1.5％1.2％1％0.5％Al2O3％4.214.134.013.823.713.15可见，水玻璃稀释的程度越高，即水玻璃浓度越低时，凝胶化所需时间越长，即制得的产物保质期越久，然而，当浓度降低至1.5-1.8％以后，发生凝胶化的时间改变不再明显。并且当水玻璃浓度过低时，用于后续生产聚硅酸铝铁时，成品聚硅酸铝铁中的有效成分浓度降低。实验例2反应pH的选择实验方法：称取水玻璃10g*5份，加水稀释至浓度为2％，常温搅拌下滴入20％的盐酸，调节pH至pH＝5、4、3、2、1，记录pH调节完成到发生凝胶化的时间，如下表所示：pH54321时间立即10min4h10h24h如上表所示，可见pH值越低时，发生凝胶化的时间越长，然而，本发明制备的水玻璃的一大用途在于合成聚硅酸铝铁，当水玻璃的pH值过低时，容易导致产物聚硅酸铝铁的pH值也偏低从而使其不符合使用要求。因此选定pH值3-3.5。实验例3聚硅酸铝铁的制备及性能评价试验按照以下步骤制备聚硅酸铝铁一、原辅料进厂检验：(责任部门：技术质量部)1.铝灰：检验Al(铝)、Al2O3(三氧化二铝)、AlN(氮化铝)含量，检测F、Ba、As、Hg、Pb、Cr、Cd、Cu、Ni、V含量，并备案。2.含铁废酸：检验游离酸含量、总铁含量，检验F、Ba、As、Hg、Pb、Cr、Cd、Cu、Ni、V含量，并备案。3.盐酸：检验HCl含量，检验Fe、SO4-、As含量。4.水玻璃：检验水分，NaO、SiO2含量。5.氯酸钠：检验有效Cl含量。6.片碱或液碱：检验NaOH、Na2CO3含量。根据测得的各组分含量计算后续工序中所需添加的各试剂的量。二、排氨工序：1.反应机理：AlN+NaOH+H2O＝NaAlO2+NH3(气体)↑2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+H2(气体)↑2.操作方法：用混砂机碾压，先喷淋NaOH(氢氧化钠)溶液，溶液含量为25％)、喷淋次数为3次，每次3分钟，喷淋间隔12分钟。后喷淋水，每次3分钟，喷淋间隔12分钟。直到没有气体出来为止。进入下一工序质量要求：AlN(氮化铝)反应完全，NH3-N含量≤2.5g/L。三、浆化工序：1.反应机理：2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+H2(气体)↑2.操作方法：加水搅拌打浆，加水固液比为1：1.5(质量比)，搅拌均匀。气体散尽后泵至酸浸槽。四、酸浸工序：1.反应机理：2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2(气体)↑Al2O3+6HCl＝2AlCl3+3H2ONaAlO2+HCl+H2O＝Al(OH)3↓+NaClAl(OH)3+3HCl＝AlCl3+3H2O2.操作方法：根据第一步中计算得出的盐酸使用量，将盐酸采用高位槽缓慢滴加(滴加速度为：3m3/h)，在反应过程中控制反应温度不超过60℃。超过60℃暂停加酸，待反温度下降后继续加酸。酸加完后，要求PH≤0.5。3.将反应好的物料泵至隔膜压滤机压滤。五、除氟除钡工序：1.反应机理：Ca2++2F-＝CaF2↓，Ba2++SO42-＝BaSO4↓.2.操作方法：根据第一步中计算得出的氯化钙.硫酸钠的使用量，一次性从反应釜人口加料，一次性添加，搅拌30分钟。取样交化验室检测F+、Ba2+浓度，合格后泵至搅拌桶。六、废酸预处理：1.反应机理：6FeCl2+NaClO3+6HCl＝6FeCl3+NaCl+3H2O；NaClO3+6FeCl2+3H2O＝NaCl+2Fe(OH)3+4FeCl3.2.操作方法：含铁废酸泵入搅拌桶后，按7：1的比例加入盐酸搅拌均匀后，采用高位槽缓慢滴加方式加氯酸钠溶液(氯酸钠溶液浓度为：50％，滴加速度为0.8m3/h)。七、合成工序1.操作方法：将压滤工序的滤液泵入合成釜中，将已经预处理的废酸泵入合成釜中，搅拌，加热至40℃并保温，开始缓慢加入碱液NaOH(浓度10％)，碱液用量按照技术质量部给定数量。加碱时间控制在2小时，加碱结束后要求体系pH值在3-3.5。合格后，缓慢加入预处理好的水玻璃，时间控制在2小时，水玻璃加入结束后，要求体系pH值在3-3.5。其中，第1-5组的合成工序分别使用按实施例1-5中方案制备的水玻璃进行反应；对照组1的合成工序使用未经预处理的水玻璃进行反应；对照组2的合成工序使用稀释浓度为3％后预处理的水玻璃进行反应；对照组3的合成工序使用预处理反应中将pH调为2的水玻璃进行反应。使用第1-5组及对照组1-3中制备的聚合硅酸铝铁处理同一批废水，加入量为300mg/L，试验废水总量为1L。加入聚硅酸铝铁后，搅拌均匀并静置30min，取上清液进行测定，结果如下表所示：组别\项目CODcr去除率％SS去除率％色度去除率％第1组818285第2组808583第3组908993第4组828388第5组949296对照组1556159对照组2697175对照组3616563由此可见，使用本发明的方法对水玻璃进行活化后，可以顺利地用于制备聚硅酸铝铁工艺中，并且使用活化后的水玻璃制备得到的聚硅酸铝铁，其对于污水的处理效果具有明显的提高。尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。当前第1页1 2 3