专利名称：利用粉煤灰生产无机铝铁高聚合混凝剂的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产净水剂的方法；具体地说，涉及一种利用粉煤灰生产高效净水剂的方法。
混凝絮凝沉淀理化净水法，是给排水处理工程中最基本、最重要的一种工艺。它能去除水中悬浮物SS，降低CODcr、BOD5，脱色，除臭等。同样的工程设施，同样的原水，随着净水剂使用的不同，其效果也各异。因此，净水剂的选用是提高处理效果的关键，净水剂在一定程度上已成为各国水处理技术的水平的标志。
净水剂历史悠久，但高分子净水剂是近几十年才发展起来的，有机高分子、无机高分子、菌类生物高分子等名目繁多，品种复杂，在净水过程中的竭尽络合、电中和，网捕等功能，使处理出水的水质明显提高，在各种水处理工程实践中发挥了重要作用。但由于其制造生产过程中工艺复杂，原材料要求高，生产成本高，而品质又难稳定，如聚铝类的“跑矶”“二次污染”，聚铁类的“残色”，生物制剂类的“高价”等，从而形成了实际推广上的障碍。总之，净水法是给水处理和废水处理中一个最重要的处理方法，净水过程的关键是净水剂，因此研制和生产一种高效、价廉、无毒等优质净水剂一直是国内外科学工作者的研究方向之一，我国铝矿资源贫乏，工业发展迅速，给水处理和污水处理任务大，对净水剂的需求量很大。
经专利文献检索(关键词混凝)41篇，尚未发现利用粉煤灰生产高效净水剂的方法。
本发明的目的就在于克服现有净水剂生产所存在的问题，而提出一种利用粉煤灰生产无机铝铁高聚合混凝剂(简称PAF)的方法。
本发明的目的是这样实现的PAF的生产步骤主要有粉碎，碱化熟化，二酸反应，过滤和调整碱化度。关于设备投资，约5-7万元，其中球磨机一台，反应锅(0.5-0.6M3)二台，混合配位槽一只，监测分析用的仪器另置，生产过程中原料易得，设备要求不高，工艺简单，能耗低，故实际每吨(液体γ48)成本在30-35元之内，并可利用废酸、废碱。
本发明具有以下优点和积极效果①用于自来水，使用PAF能较大幅度提高絮凝效果，具有优良的澄清效率，澄清水蚀度可达1.5°，超过城市一般自来水澄清标准。
②用于污水处理，在废水处理中，PAF以其絮凝剂、助凝剂和沉降中心具全的特点，更能显示出巨大的优越性，不仅用量少，一般为150-220mg/L；其沉降速度快，平均沉降可达2.8-3.7mm/s，比通常絮凝剂沉淀速度快3-7倍。实践运转试验中，PAF不仅比聚合氯合铝(PAC)用量少，效果好，污泥易于脱水，而且适应原水PH值变化范围宽。
下面结合附图和实施例详细说明
图1为本发明生产步骤图；图2为本发明实施例工艺流程图。
其中1-粉碎，2-碱化熟化，3-二酸反应，4-过滤，5-调整碱化，6-配料，7-预干成型，8-烧结，9-反应，10-生化，11-调制，12-成品，13-炉渣回用，14-菌圃培养，15-固体物回流。
由图1可知，本发明的生产步骤是粉碎1→碱化熟化2→二酸反应3→过滤4→调整碱化5。
由图2可知，本发明实施例的工艺流程是配料6→预干成型7→烧结8→反应9→生化10→调制11→成品12；其中还有反应9→炉渣回用13→配料6；成品12→固体物回流15→生化10。
一、粉煤灰的化学成分粉煤灰主要成份分为Fe2O3，Al2O3和SiO2；其成份比为23∶29∶48，完全符合铝铁盐聚剂的生产原料要求。由于高效能燃煤锅炉燃烧中心温度较高，在此条件下所产生的粉煤灰中所含Al2O3会以富铝红柱石[3Al2O3·SiO2]形态存在，而且各种颗粒物表面均附有玻璃膜体，故通常情况下不易为酸、碱所溶出，因此长期以来未获有效利用。我国是一个以煤为主要能源的大国，粉煤灰数量大，质量好，除少部分用于水泥生产外，多数作为固体废弃物填埋。
二、生产要点经过多种高低温和酸碱配方研究，我们终于掌握了“碱化-熟化-二酸浸出”循环处理方法。在常温条件下可使Al3+的溶出率达99％以上，粉煤灰中所含Fe2O3在聚化反应中形成聚铝铁混剂，而大量的SiO2和玻璃体被筛除以后，部分被生产过程中的碱化形成硅酸钠类Na2O·nSiO2·xH2O，作为助凝剂和微颗粒沉降中心。其中二酸反应是调整和控制投入量使Al3+∶SO42-∶Cl-＝2∶6∶11；使三种离子浓度之比始终维持这一关系。最后所制得的PAF是一种黄灰色的粘稠浊液，PH4-4.5，比重1.18-1.21，碱化度γ＝OH-/Al3+为45-55；重金属铅Pb含量＜6ppm，化学稳定性在120天以上，利用AINMR谱分析，初步确定其分子式为[Fe2Al2(OH)nCl10-nSO4]m。
二、机理浅析和初步结论大量实验和生产使用证明，PAF是一种适应性广的高效净水剂，它是一种由SO42-改性的高碱化度聚氯化铝和聚氯化铁的络合体，这种多样羟基多核阳离子型电解质，分子量超过了13000，比一般无机混凝剂的分子量大很多，经AINMR研究和磁共振测定，证实PAF即[Fe2Al2(OH)nCl10-nSO4]m，在水解过程中形成的双核高价离子[SO4Al12(OH)24(H2O)12·SO4Fe2(OH)24(H2O)12]20+约占2/3，其他多核低电荷混杂离子约占1/3，二者这样的比值，对于促进各种胶粒脱稳和液膜薄化，加速凝聚具有独特而微妙的作用。它比一般优质混凝剂聚合氯化铝PAC即[Al2(OH)nCl6-n]m水解后形成的[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+价位高得很多，而价电位的高低正是电凝聚的功能的标志，实际应用中PAF的混凝功能远高于其他混凝剂的主要原因可能亦在于此，在利用粉煤灰生产PAF的过程中，SiO2自然地形成了相应的水玻璃助凝剂，各种颗粒所形成的除沉降中心，这样PAF在净水过程中发挥了三重作用，高价双核铬离子进入粘胶粒的吸附层，有效地压缩比电层，降低电位，使胶粒“脱稳”，使本来相斥的胶体颗粒变成可以相互吸引的颗粒。同时，多核氏电核离子具有较强的吸架桥和捕罗作用，网各种细小颗粒。以上二种絮粒在沉降中心颗粒的诱导下会迅速沉降从而完成净水过程的固液分离。试验中证实，PAF外配位氯离子较少，这样在混凝时降低水中PH值较少，碱度变化小，比其他混凝剂用量少，矾花形成快而大。
总之，PAF是一种高效净水剂，其生产成本仅相当于一般聚铝PAC的五分之一，原料易得，成本低廉，对于我国迅速发展的工业现况来说，在给水，节水，水处理等方面，无疑是一种突破。一量形成规模生产，推广使用，必将会给社会带来巨大的社会效益和经济效益。
权利要求
1.一种利用粉煤灰生产无机铝铁高聚合混凝剂的方法，其特征在于生产步骤为粉碎(1)→碱化熟化(2)→二酸反应(3)→过滤(4)→调整碱化(5)。
2.按权利要求1所述的一种利用粉煤灰生产无机铝铁高聚合混凝剂的方法，其特征在于工艺流程是配料(6)→预干成型(7)→烧结(8)→反应(9)→生化(10)→调制(11)→成品(12)；其中还有反应(9)→炉渣回用(13)→配料(6)；成品(12)→固体物回流(15)→生化(10)。
3.按权利要求1所述的一种利用粉煤灰生产无机铝铁高聚合混凝剂的方法，其特征在于二酸反应(3)是调整和控制投入量使Al3+∶SO42-∶Cl-＝2∶6∶11；并使三种离子浓度之比始终维持这一关系。
全文摘要
本发明涉及一种生产净水剂的方法；具体地说，涉及一种利用粉煤灰生产高效净水剂的方法。其生产步骤为粉碎→碱化熟化→二酸反应→过滤→调整碱化。其工艺流程为配料→预干成型→烧结→反应→生化→调制→成品；其中还有反应→炉渣回用→配料；成品→固体物回流→生化。由于本发明原料易得，成本低廉，净水效果好，因此有着广阔的应用前景。
文档编号C02F1/52GK1403388SQ01128398
公开日2003年3月19日 申请日期2001年8月31日 优先权日2001年8月31日
发明者姚钢, 周淑芳 申请人:姚钢