磷矿石‑赤泥‑菊粉复合絮凝剂的制备方法和处理污水的方法与流程

本发明涉及絮凝剂制备技术领域，具体涉及一种磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂、其制备方法和利用该絮凝剂进行污水处理的方法。

背景技术：

随着现代工业的发展，衍生出了一系列环境问题。其中水污染已引起全球的重视，治理水污染刻不容缓。絮凝工艺在解决水污染的应用最为普遍，其中絮凝剂的性能起着关键作用。研制一种高效、实用、便宜、无毒的絮凝剂是必然的趋势。无机-天然有机复合絮凝剂因具有高效絮凝性能成为目前水处理领域的研究热点。无机絮凝剂主要通过铝铁镁硅系等无机物质制备，而这些原料可以从矿物中获得。磷矿石中含有钙、镁、铝、铁、硅等多种元素可作为絮凝剂原料。我国磷矿石总量丰富，但80％以上的磷矿石属于中低品位磷矿，不能直接应用于工业生产。制铝是百色地区的支柱产业，在获得丰厚的收入的同时产生大量的赤泥废渣。这些废渣带来严重的污染问题。据此，我们设想将中低品位的磷矿石和赤泥作为原料，市售的菊粉来合成复合絮凝剂，不仅实现废弃资源的再利用，还能为水处理技术的发展提供一种新的选择。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂及其制备方法，该絮凝剂的制备方法简单，所得絮凝剂具有较好的絮凝效果，COD的去除率达到95.0％，浊度的去除率达到96.1％，色度的去除率可达到88.3％；且所用原料磷矿石、赤泥均为废弃物，能实现资源的更大利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)磷矿石的高温活化：将磷矿石粉碎成过100-150目筛的细粉；取过筛后的磷矿石细粉于坩埚中，在600-800℃的温度下保温4-6h，对其进行高温活化；

(2)赤泥的处理：用干燥箱将赤泥烘干至含水率小于5％，然后将其粉碎、研磨成过100-150目筛的赤泥细粉；取赤泥细粉和H⁺浓度为6-10mol/L的酸溶液按照固液比为5-7：1在容器中混匀，然后一起置于温度为80-90℃的恒温水浴锅中加热反应，待反应2-3h后取出并趁热过滤，所得滤液为铝铁浸取液；

(3)复合絮凝剂的制备：将铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉按照重量比为7-11：7-11：3-5混合进行反应即得所述磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂。

较优地，由于磷矿石粉中含有五氧化二磷、二氧化硅、氧化钙、氧化镁等多种物质，各自的特点不同，故所述步骤(1)中对磷矿石粉进行高温活化时，采用程序控温的方式升温至600-800℃，且升温速率为8-10℃/min，使得各组分都能得到较好地得到活化处理。

较优地，所述步骤(1)中所用的磷矿石为五氧化二磷含量为不大于25％的低品位磷矿，利用低品位的磷矿，不会与工业生产资源，且能使资源被充分利用。

较优地，所述步骤(2)中用干燥箱将赤泥烘干时，设置干燥箱的温度为75-85℃。温度过高会对赤泥的组分产生影响，温度过低影响生产的效率。

本发明研究中，经过试验验证，在制备絮凝剂时，随着铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉反应时间的变化，对絮凝剂的污水处理效果有较大影响，当铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉混合反应的时间为80-210min，絮凝剂的絮凝效果相对较好；更优选的时间为120min。

较优地，所述步骤(3)中铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉混合反应时，先向反应容器烧杯中加入铝铁浸取液，然后在搅拌的同时加入高温活化的磷矿石，混匀后，再加入菊粉进行反应。

在复合絮凝剂的制备过程中，铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉的用量比是絮凝剂效果的关键因素之一，优选地，所述步骤(3)中混合反应时，铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉的重量比为9：9：4。

本发明还提供利用该磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂处理污水的方法，具体为：先将污水的pH值调至9-10，然后按照体积比为废水：复合絮凝剂为100:2-3的比例向废水中加入复合絮凝剂进行处理。

较优地，污水处理时，还需调节污水的温度为20-30℃。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的制备方法简单易行，可以规模化生产。

2、本发明的方法以低品位磷矿粉、赤泥和菊粉为原料，实现了废弃资源的充分利用，且磷矿粉经高温活化处理、赤泥经浸提后与菊粉反应，能够起到协同作用，所制得的絮凝剂用于污水的处理，絮凝效果好。

3、由于复合絮凝剂的絮凝机理非常复杂，本发明还优化了利用该磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂处理污水的方法，通过确定废水的pH值，废水的温度、絮凝剂的投入量等影响因子的数值，获得更优的污水处理效果，使COD、浊度和色度的去除率分别达到了95.0％、96.1％和88.3％

【附图说明】

图1为铝铁浸取液的用量变化时所得絮凝剂的水处理效果；

图2为高温活化的磷矿石用量变化时所得絮凝剂的水处理效果；

图3为菊粉的用量变化时所得絮凝剂的水处理效果；

图4为铝铁浸取液、高温活化的磷矿石、菊粉的反应时间变化时所得絮凝剂的水处理效果。

【具体实施方式】

为了更清楚地表达本发明，以下通过具体实施例对本发明作进一步说明，为了验证本发明的效果，将所得复合絮凝剂用于处理百色市大华化工厂的工业废水，检测废水的COD、浊度、色度和pH。处理时按照体积比为废水：复合絮凝剂为100:3的比例向废水中加入复合絮凝剂处理十分钟，然后测定处理后废水的COD、浊度、色度。所取废水的COD、浊度、色度的测试结果如表1所示。

表1工业废水水质情况

实施例1

一种磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)磷矿石的高温活化：将磷矿石粉碎成过100目筛的细粉；取过筛后的磷矿石细粉于坩埚中，在600℃的温度下保温6h，对其进行高温活化；

(2)赤泥的处理：用干燥箱将赤泥烘干至含水率小于5％，然后将其粉碎、研磨成过100目筛的赤泥细粉；取赤泥细粉和浓度为6mol/L的盐酸按照固液比为5：1在容器中混匀，然后一起置于温度为85℃的恒温水浴锅中加热反应，待反应2h后取出并趁热过滤，所得滤液为铝铁浸取液；

(3)复合絮凝剂的制备：将铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉按照重量比为9：9：4混合进行反应即得所述磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂。

用所得絮凝剂处理上述污水，COD、浊度和色度的去除率各自达到了88.1％、90.2％和85.6％。

实施例2

一种磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)磷矿石的高温活化：将五氧化二磷含量不大于25％的低品位磷矿石粉碎成过150目筛的细粉；取过筛后的磷矿石细粉于坩埚中，然后使用马弗炉对其进行高温活化，采用程序控温的方式进行升温，且升温速率为8℃/min，然后在800℃的温度下保温4h；

(2)赤泥的处理：用温度设为75℃干燥箱将赤泥烘干至含水率小于5％，然后将其粉碎、研磨成过100目筛的赤泥细粉；取赤泥细粉和浓度为10mol/L的盐酸按照固液比为7：1在容器中混匀，然后一起置于温度为90℃的恒温水浴锅中加热反应，待反应2h后取出并趁热过滤，所得滤液为铝铁浸取液；

(3)复合絮凝剂的制备：按铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉的重量比为11：7：5称取原料，先向烧杯中加入铝铁浸取液，然后在搅拌的同时加入高温活化的磷矿石，混匀后，再加入菊粉进行反应，混合反应100min，即得所述磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂。

用所得絮凝剂处理上述污水，COD、浊度和色度的去除率各自达到了89.1％、90.9％和86.1％。

实施例3

一种磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)磷矿石的高温活化：将五氧化二磷含量为20％的低品位磷矿石粉碎成过120目筛的细粉；取过筛后的磷矿石细粉于坩埚中，然后使用马弗炉对其进行高温活化，采用程序控温的方式进行升温，且升温速率为10℃/min，然后在700℃的温度下保温5h；

(2)赤泥的处理：用温度设为80℃干燥箱将赤泥烘干至含水率小于5％，然后将其粉碎、研磨成过120目筛的赤泥细粉；取赤泥细粉和浓度为8mol/L的盐酸按照固液比为6：1在容器中混匀，然后一起置于温度为85℃的恒温水浴锅中加热反应，待反应2h后取出并趁热过滤，所得滤液为铝铁浸取液；

(3)复合絮凝剂的制备：按铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉的重量比为9：9：4称取原料，先向烧杯中加入铝铁浸取液，然后在搅拌的同时加入高温活化的磷矿石，混匀后，再加入菊粉进行反应，混合反应100min，即得所述磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂。

用所得絮凝剂处理上述污水，COD、浊度和色度的去除率各自达到了90.1％、91.2％和83.6％。

实施例4-10

实施例4-10的制备方法与实施例3的不同之处在于铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉的重量比不同，分别为5-17:9:4，取整数比，制取得到复合絮凝剂后，分别按照前述的方法处理前述的工业废水，测定处理后废水的COD、浊度、色度，并计算COD、浊度和色度的去除率，将结果绘制成曲线图，如图1所示。从图1可以看出，随着铝铁浸取液的用量增加，污水的处理效果先逐步增加，后又降低，在三者的比例为9：9：4，絮凝剂絮凝的效果最好，COD、浊度和色度的去除率各自达到了90.1％、92.2％和84.6％。

实施例11-14

实施例11-14的制备方法与实施例3的不同之处在于铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉的重量比不同，分别为15:5-11:2，取整数比，制取得到复合絮凝剂后，分别按照前述的方法处理前述的工业废水，测定处理后废水的COD、浊度、色度，并计算COD、浊度和色度的去除率，将结果绘制成曲线图，如图2所示。从图2可以看出，随着铝铁浸取液的用量增加，污水的处理效果先逐步增加，后又降低，在三者的比例为15：9：2，絮凝剂絮凝的效果最好，COD、浊度和色度的去除率各自达到了82.9％、83.5％和70.5％。

实施例15-21

实施例15-21的制备方法与实施例3的不同之处在于铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉的重量比不同，分别为15:9:2-8，取整数比，制取得到复合絮凝剂后，分别按照前述的方法处理前述的工业废水，测定处理后废水的COD、浊度、色度，并计算COD、浊度和色度的去除率，将结果绘制成曲线图，如图3所示。从图3可以看出，随着铝铁浸取液的用量增加，污水的处理效果先逐步增加，后又降低，在三者的比例为15：9：2，絮凝剂絮凝的效果最好，COD、浊度和色度的去除率各自达到了85.2％、87.5％和80.8％。

实施例22-28

实施例22-28的制备方法与实施例3的不同之处在于铝铁浸取液、高温活化的磷矿石和菊粉混合反应的时间不同，由30min逐渐增加到210min，制取得到复合絮凝剂后，分别按照前述的方法处理前述的工业废水，测定处理后废水的COD、浊度、色度，并计算COD、浊度和色度的去除率，将结果绘制成曲线图，如图4所示。从图4可以看出，随着反应时间的增加，所得絮凝剂的污水处理效果先逐步增加，后又降低，当反应时间为120min时，絮凝剂絮凝的效果最好，COD、浊度和色度的去除率各自达到了90.4％、92.8％和89.5％。

实施例29

本发明对所得的磷矿石-赤泥-菊粉复合絮凝剂处理污水的方法进行优化，具体为：先将污水的pH值调至9-10，并调节污水的温度为20-30℃，然后按照体积比为废水：复合絮凝剂为100:2-3的比例向废水中加入复合絮凝剂进行处理。

实验发现，当工业废水的pH为10，温度为25℃左右，废水：复合絮凝剂的体积比为100:3时，COD、浊度和色度的去除率分别达到了95.0％、96.1％和88.3％。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。