聚合氯化铝铁净水剂的制备方法与流程

1.本公开属于水处理剂技术领域，具体涉及一种聚合氯化铝铁净水剂的制备方法。


背景技术：

2.聚合氯化铝铁(pafc)是一种新型无机复合型高分子絮凝剂，兼具聚合氯化铝(pac)和聚合氯化铁(pfc)的优点，可克服铝盐絮体生成慢、絮体轻、沉降慢、处理后水中残留铝超标和铁盐稳定性差、出水色度大的不足，形成的絮体大、沉降速度快、ph适用范围广、价格低廉，具有良好的絮凝和除磷能力，近些年来受到了水处理界的广泛关注。
3.赤泥是铝厂利用铝土矿生产氧化铝过程中产生的工业废渣，每生产1t氧化铝就需排出1～2t赤泥，排放量巨大。由于赤泥具有强碱性，属于有害废渣，但目前对于赤泥尚无有效的处理方式，多为堆存处置，占用了大量的土地资源，堆场的建设和维护费用高，同时赤泥的强碱性和高渗透性使其对大气环境、地表水和地下水环境造成污染和破坏。但是，赤泥中含有多种有价金属，可作为二次资源进行利用。以赤泥为原料制备pafc，可有效利用赤泥中含量最多的两种金属——铝和铁，降低赤泥的处理成本和对环境的污染，实现废物的资源化利用，达到以废治废的目的。目前以赤泥为原料制备pafc的技术通常采用赤泥酸浸与加碱调节ph聚合的方法，制备方法较为繁琐，聚合反应阶段加入的反应物原料较多，一方面需要额外加入碱液、氧化剂等调节溶液ph和金属形态，物料成本相对较高，另一方面往往需要额外补充含铝原料以保证pafc产品中氧化铝含量达标，增加pafc制备成本。


技术实现要素：

4.本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本公开实施例提供的一种工艺简单、成本低廉且实现赤泥的有效处置和资源化利用的聚合氯化铝铁净水剂的制备方法，包括：
6.将赤泥和盐酸溶液混合进行酸浸反应，得到赤泥酸浸液，将所述赤泥酸浸液进行离心过滤，得到赤泥酸浸液上清液；
7.向所述赤泥酸浸液上清液中加入铝酸钙进行一次聚合反应，得到一次聚合液，将所述一次聚合液进行离心过滤，得到一次聚合液上清液；
8.向所述一次聚合液上清液中加入铝酸钙进行二次聚合反应，得到二次聚合液，将二次聚合液进行离心过滤，得到二次聚合液上清液，静置陈化后即为聚合氯化铝铁净水剂。
9.本公开实施例提供的聚合氯化铝铁净水剂的制备方法，具有以下特点及有益效果：
10.1、本公开实施例以铝厂产生的工业废渣——赤泥为原材料制备聚合氯化铝铁净水剂，不仅可有效减少赤泥的处理处置费用，避免赤泥堆放对环境造成的污染，又可实现赤泥的资源化利用，降低净水剂的生产成本。
11.2、采用铝酸钙两次聚合方法，可在补充溶液中铝元素的同时直接调节盐基度而无需额外加碱，实现物料的充分利用，同时可避免一次投加铝酸钙粉的量过大导致反应器中
发生板结现象，将铝酸钙作为聚合反应阶段的碱化剂可有效简化pafc的制备工艺，降低pafc的生产成本。
12.3、本公开实施例制得的聚合氯化铝铁净水剂符合《水处理剂聚氯化铝铁》(hg/t5359-2018)标准，具有絮体生成和沉降速度快的优点，去浊除磷性能优良。
13.4、本公开实施例提供的的制备方法在常压下进行，反应温度不高，工艺简便、可行，成本低廉，易于推广，具有显著的经济效益和社会效益。
14.在一些实施例中，将所述赤泥破碎研磨后过筛，选取200目以下的赤泥颗粒。
15.在一些实施例中，所述盐酸溶液的摩尔浓度为6mol/l～10mol/l。
16.在一些实施例中，所述盐酸溶液与所述赤泥按照固液比0.125g/ml～0.2g/ml进行混合。
17.在一些实施例中，所述酸浸反应的温度控制在60℃～80℃，所述酸浸反应的时间控制在0.5小时～2小时。
18.在一些实施例中，一次聚合反应中，所述铝酸钙与所述赤泥酸浸液上清液的固液比为0.1g/ml～0.15g/ml。
19.在一些实施例中，所述一次聚合反应的温度控制在20℃～80℃，所述一次聚合反应的时间控制在1小时～3小时。
20.在一些实施例中，二次聚合反应中，所述铝酸钙与所述酸浸液上清液的固液比为0.1g/ml～0.15g/ml。
21.在一些实施例中，所述二次聚合反应的温度控制在20℃～80℃，所述二次聚合反应的时间控制在1小时～3小时。
22.在一些实施例中，所述制备方法还包括：对所述二次聚合液上清液进行干燥，得到固体聚合氯化铝铁剂。
附图说明
23.图1为本公开实施例提供的聚合氯化铝铁净水剂的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
24.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，并不用于限定本技术。
25.相反，本技术涵盖任何由权利要求定义的在本技术精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本技术有更好的了解，在下文对本技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本技术。
26.参见图1，本公开实施例提供的聚合氯化铝铁净水剂的制备方法，包括：
27.将赤泥和盐酸溶液混合进行酸浸反应，得到赤泥酸浸液，将该赤泥酸浸液进行离心过滤处理，得到赤泥酸浸液上清液；
28.向赤泥酸浸液上清液中加入铝酸钙进行一次聚合反应，得到一次聚合液，将一次聚合液进行离心过滤处理，得到一次聚合液上清液；
29.向一次聚合液上清液中加入铝酸钙进行二次聚合反应，得到二次聚合液，将二次聚合液进行离心过滤处理，得到二次聚合液上清液，静置陈化后即为聚合氯化铝铁净水剂。
30.在一些实施例中，进行酸浸反应前，将赤泥破碎研磨后过筛，选取200目以下的赤泥颗粒。
31.在一些实施例中，选用的盐酸溶液的摩尔浓度为6mol/l～10mol/l。
32.在一些实施例中，盐酸溶液与赤泥按照固液比0.125g/ml～0.2g/ml进行混合。
33.在一些实施例中，酸浸反应的温度控制在60℃～80℃，酸浸反应的时间控制在0.5小时～2小时。
34.在一些实施例中，一次聚合反应中，铝酸钙与赤泥酸浸液上清液的固液比为0.1g/ml～0.15g/ml。
35.在一些实施例中，一次聚合反应的温度控制在20℃～80℃，一次聚合反应的时间控制在1小时～3小时。
36.在一些实施例中，二次聚合反应中，铝酸钙与酸浸液上清液的固液比为0.1g/ml～0.15g/ml。
37.在一些实施例中，二次聚合反应的温度控制在20℃～80℃，二次聚合反应的时间控制在1小时～3小时。
38.在一些实施例中，本公开提供的利用赤泥制备聚合氯化铝铁净水剂的方法，还包括：
39.对得到的二次聚合液上清液进行干燥，得到固体聚合氯化铝铁剂。
40.在一些实施例中，干燥温度控制在60℃～180℃。
41.以下描述本公开提供的利用赤泥制备聚合氯化铝铁净水剂的方法的具体实施例：
42.实施例1：聚合氯化铝铁净水剂(记为pafc
①
)的制备
43.第一步，赤泥酸浸液的制备：将赤泥破碎研磨过200目筛后放入三口烧瓶中，将8mol/l的盐酸溶液以0.125g/ml的固液比缓慢加入到烧瓶中，于80℃的水浴锅中搅拌酸溶，同时加冷凝回流装置，反应0.5h后离心取上清液，得到赤泥酸浸液上清液(记为a1)。
44.第二步，一次水解聚合：取100ml赤泥酸浸液上清液置于三口烧瓶中，在搅拌状态下向其中缓慢加入10g铝酸钙粉来补充溶液中的铝含量并调节溶液的碱化度，在60℃的水浴条件下搅拌2h进行一次水解聚合反应，然后离心取上清液，得到一次聚合液上清液。
45.第三步，二次水解聚合：取一次聚合液上清液置于三口烧瓶中，在搅拌状态下向其中缓慢加入10g铝酸钙粉，在60℃的水浴条件下搅拌2h进行二次水解聚合反应，然后离心取上清液，得到二次聚合液上清液。静置陈化18～24h后，得到液体pafc。180℃下喷雾干燥即得固体。
46.实施例2：聚合氯化铝铁净水剂(记为pafc
②
)的制备
47.本实施例与实施例1的不同之处在于：第二步中向赤泥酸浸液中加入15g铝酸钙粉。其余操作均与实施例1相同，此处不再赘述。
48.实施例3：聚合氯化铝铁净水剂(记为pafc
③
)的制备
49.本实施例与实施例2的不同之处在于：第三步中向一次聚合液上清液中加入15g铝酸钙粉。其余操作均与实施例2相同，此处不再赘述。
50.实施例4：聚合氯化铝铁净水剂(记为pafc
④
)的制备
51.本实施例与实施例3的不同之处在于：第二步一次水解聚合反应与第三步二次水解聚合反应的反应温度均为20℃。其余操作均与实施例3相同，此处不再赘述。
52.实施例5：聚合氯化铝铁净水剂(记为pafc
⑤
)的制备
53.本实施例与实施例2的不同之处在于：第三步中喷雾干燥温度为140℃。其余操作均与实施例2相同，此处不再赘述。
54.实施例6：聚合氯化铝铁净水剂(记为pafc
⑥
)的制备
55.本实施例与实施例2的不同之处在于：第三步中喷雾干燥温度为80℃。其余操作均与实施例2相同，此处不再赘述。
56.实施例7：赤泥酸浸液(记为a2)的制备
57.本实施例与实施例1第一步的不同之处在于：所述盐酸溶液的浓度为7mol/l，酸浸时间为1.5h，其余均与实施例1第一步相同，此处不再赘述。
58.实施例8：赤泥酸浸液(记为a3)的制备
59.本实施例与实施例1第一步的不同之处在于：赤泥与盐酸溶液的固液比为0.2g/ml，其余均与实施例1第一步相同，此处不再赘述。
60.实施例9：赤泥酸浸液(记为a4)的制备
61.本实施例与实施例5的不同之处在于：酸浸反应时间为2h，其余均与实施例5相同，此处不再赘述。
62.实施例10：赤泥酸浸液(记为a5)的制备：
63.本实施例与实施例6的不同之处在于：加入的盐酸溶液的浓度为6mol/l，其余均与实施例6相同，此处不再赘述。
64.实施例11：赤泥酸浸液(记为a6)的制备：
65.本实施例与实施例6的不同之处在于：加入的盐酸溶液的浓度为10mol/l，其余均与实施例6相同，此处不再赘述。
66.实施例12：赤泥酸浸液(记为a7)的制备：
67.本实施例与实施例8的不同之处在于：酸浸温度为60℃，其余均与实施例8相同，此处不再赘述。
68.本公开实施例提供的利用赤泥制备聚合氯化铝铁净水剂的方法的反应机理为：
69.在加热和搅拌的条件下，赤泥中的al2o3和fe2o3会与盐酸溶液反应而浸出，酸浸后铝、铁均以化合物离子alcl3、fecl3和化合物水合离子[al(h2o)6]cl3、[fe(h2o)6]cl3的形式存在于溶液中。向酸浸液中加入铝酸钙粉后，一方面，铝酸钙粉中的al2o3会与酸浸液反应而浸出，继续生成铝离子和铝水合离子，另一方面，由于铝酸钙粉的碱性和酸浸液中酸性成分的消耗，体系中ph升高，铝、铁水合离子[al(h2o)6]
3+
、[fe(h2o)6]
3+
中的配位水离子会发生水解，生成一系列配位离子[al(oh)(h2o)5]
2+
、[al(oh)2(h2o)4]
+
、[al(oh)3(h2o)3]、[fe(oh)(h2o)5]
2+
、[fe(oh)2(h2o)4]
+
、[fe(oh)3(h2o)3]。随着体系中ph不断上升，溶液中oh-浓度不断升高，体系中发生配位水水解和水解产物的缩聚反应，oh-与铝、铁之间发生架桥聚合反应，生成多核羟基铝铁共聚物——聚合氯化铝铁[al2(oh)ncl
6-n
]m·
[fe2(oh)ncl
6-n
]m(1≤n≤5，m≤10)。
[0070]
本公开实施例中制得的赤泥酸浸液a铝、铁浸出效果验证：
[0071]
分别测定上述实施例1第一步及实施例7～12分别制得的赤泥酸浸液a1、a2、a3、
a4、a5、a6和a7中铝、铁含量，以筛选出适宜的赤泥酸浸条件用于聚合氯化铝铁净水剂的制备。各赤泥酸浸液中铝、铁浸出率如表1所示。
[0072]
由表1可知，赤泥酸浸液a的铝、铁浸出效果在不同工艺条件下的变化趋势相同，铝、铁浸出率最高的为a1，其铝浸出率为86.99％，铁浸出率可达59.04％，因此优选赤泥酸浸液a1用于聚合氯化铝铁净水剂的制备。
[0073]
表1实施例制得的赤泥酸浸液的铝、铁浸出效果
[0074][0075]
本公开实施例制得的聚合氯化铝铁净水剂的去浊、除磷效果验证：
[0076]
经检测，上述实施例1、2、3、4分别制得的液体pafc
①
、pafc
②
、pafc
③
和pafc
④
中关键技术指标如表2所示，其氧化铝含量大于10％，全铁含量在1.5％以上，盐基度达50％以上，各项指标均符合《水处理剂聚氯化铝铁》(hg/t 5359-2018)标准。
[0077]
表2实施例制得的pafc的关键性质指标
[0078][0079]
利用上述实施例2制得的pafc
②
对模拟废水进行处理，以探明本公开实施例制得的聚合氯化铝铁净水剂的去浊、除磷效果。模拟废水采用自来水、高岭土和磷酸二氢钾(kh2po4)配制，tp(以p计)约为1.0mg/l，浊度约为40ntu。
[0080]
取一只烧杯，在烧杯中加入500ml模拟废水，然后向其中加入15mg/l的pafc
②
。接着使用搅拌器快速搅拌(300rpm)1min，再慢速搅拌(70rpm)15min，然后静置沉淀30min，于液面下2～3cm处取上清液测定浊度和总磷(tp)。由实验结果可知，pafc
②
对模拟废水可实现88％的去浊率和54％的除磷率，出水tp降至0.5mg/l以下，可实现一级a达标排放，具有良好的絮凝除磷效果。
[0081]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0082]
尽管已经示出和描述了本公开的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本公开的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由权利要求及其等同物限定。