一種以粉煤灰為原料研制固態(tài)聚合氯化鋁絮凝劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及粉煤灰綜合利用和固態(tài)高純聚合氯化侶制備方法，特別指一種W粉煤 灰為原料研制固態(tài)聚合氯化侶絮凝劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 粉煤灰是煤炭在燃燒鍋爐中燃燒后殘留下來的復(fù)雜多相固體廢物。每燃燒一噸 煤，就會(huì)產(chǎn)生250-300kg粉煤灰。大量粉煤灰如果得不到有效、合理的利用，就會(huì)浪費(fèi)大量 的人力、物力、財(cái)力對(duì)其進(jìn)行堆放和處理。粉煤灰的主要化學(xué)組成是Al2〇3、Si〇2,因此，如果 能將其中的Al2〇3加W利用，不僅能變廢為寶，同時(shí)還能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益W 及社會(huì)效益。
[0003] 目前，粉煤灰主要應(yīng)用于：建筑材料、農(nóng)業(yè)（種植）養(yǎng)殖、混凝±施工、化學(xué)化工和 近些年發(fā)展起來的水處理等領(lǐng)域。
[0004] 水處理過程中用量最大的產(chǎn)品是聚合氯化侶（PAC)。PAC是AlCls經(jīng)水解-聚合 形成的、由聚合度不同的各種水解產(chǎn)物組成的混合物。一般分為Ala、A化、Ale=種聚合形 態(tài)。其中中等聚合度的Alb被認(rèn)為是絮凝劑中最佳的絮凝成分，A1b與A1 13有著很大的相關(guān) 性，因此，追求絮凝劑中A1i3含量最大化，成為國(guó)內(nèi)外研究者的共同目標(biāo)。
[0005] 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)PAC的方法有很多種，歸結(jié)起來，其原理是相同的；都是W創(chuàng)造條件， 使侶鹽不斷水解-聚合為出發(fā)點(diǎn)，但因制備過程中影響因素眾多，制得的產(chǎn)品WA1i3為主其 它形態(tài)為輔的混合物，普遍達(dá)不到Alb含量最大化的預(yù)期效果，且產(chǎn)品水溶性較差，需預(yù)溶 解。
[0006] 而利用粉煤灰制備被認(rèn)為聚合侶中最有效絮凝形態(tài)，具有優(yōu)越的凈水性能的A1i3 卻未見報(bào)道。A1i3因其納米分子尺寸和高電荷，被認(rèn)為是聚合氯化侶溶液中最小且最穩(wěn)定 的納米物種。然而，至今國(guó)內(nèi)外各技術(shù)領(lǐng)域嘗試各種合成制備方法，都無法得到具有工業(yè)應(yīng) 用價(jià)值的高濃度，高A1i3含量的聚合侶溶液W及高純侶十S固體產(chǎn)物。
[0007] 2006年孫忠在ChineseJ.struct.Chem. 25(10) ;1217-1227報(bào)道了與Keggin-Ali3 有著相同聚合度，組成結(jié)構(gòu)不同的A1。伽)24化0) 24化5 ? 13&〇 (P-A1。)，其聚陽離子帶有 15個(gè)正電荷，專利申請(qǐng)?zhí)枺?00510064782. 6公開了在200°C高壓蓋條件下，W氨氧化侶、結(jié) 晶氯化侶、水為原料制備得到了高純的P-A1i3,且已證明P-A1i3在不同的抑值下均表現(xiàn)比 Keggin-Al13更好的去濁能力、更寬的有效絮凝投加范圍和適應(yīng)的水體抑值。由此表明， P-A1i3是一種性能優(yōu)越，有發(fā)展前途的高效絮凝劑。對(duì)開發(fā)利用黃河水、處理各種廢水，節(jié) 約地下水資源具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種W粉煤灰為原料研制固態(tài)聚合氯化侶 絮凝劑的方法，該種方法W廢棄物粉煤灰為初始原料，制備無定形氨氧化侶，再在常 壓、較低溫度的溫和條件下，研制高純度、形態(tài)單一、絮凝性能優(yōu)越的固態(tài)高效絮凝劑 A1i3(0H)24(H20)24C1u? 13&0。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明由如下方案來實(shí)現(xiàn)：一種w粉煤灰為原料研制固態(tài) 聚合氯化侶絮凝劑的方法，其特征在于；W粉煤灰為原料，通過中間產(chǎn)物無定形氨氧化侶研 制A1i3(〇H)24化〇)24化5 ? 13&〇(簡(jiǎn)計(jì)為P-A1。)，包括W下五個(gè)步驟：
[0010] ①高溫固相反應(yīng)；將粉煤灰與碳酸鋼按0. 8~2. 0 : 1的質(zhì)量比研細(xì)混勻，在馬弗 爐中750~950°C下賠燒反應(yīng)30~150min，熟料冷卻至室溫后充分研磨備用；
[OCm] ②酸浸反應(yīng)；在上述熟料中，加入3~12mol/L的鹽酸，每克熟料對(duì)應(yīng)加4~20血 體積的鹽酸，經(jīng)充分?jǐn)埌韬?，室溫靜置5~30min后過濾得到酸浸液；
[0012] ⑨無定形氨氧化侶的制備反應(yīng)：在室溫至70°C條件下，滴加濃度大于4mol/L的氨 氧化鋼溶液至酸浸液中，調(diào)至pH= 5~6. 5,得到沉淀即為無定形氨氧化侶，產(chǎn)物經(jīng)過濾洗 漆烘干后研細(xì)備用；
[0013] ④P-A1i3的制備反應(yīng)；將無定形氨氧化侶在回流條件下與8~12mol/L鹽酸反應(yīng)， 反應(yīng)溫度在70~120°C，常壓條件下發(fā)生水解-聚合反應(yīng)2~3小時(shí)，得到儲(chǔ)備液，使其堿 化度（哲侶比）為0. 4~1. 5,趁熱過濾后濾液移入結(jié)晶設(shè)備，于室溫~50°C下蒸發(fā)結(jié)晶， 待析出A1i3(〇H)24化〇)24化5 ?13&〇晶體或粉末后分離，固體產(chǎn)物經(jīng)洗漆，室溫~50°C下烘 干產(chǎn)物，制得固態(tài)高效絮凝劑A1i3(〇H)24化0)24化5 ?13&〇,濾液可循環(huán)利用；
[0014] ⑥母液循環(huán)；將P-A1i3的制備反應(yīng)所得的母液全部并入酸浸反應(yīng)所得的酸浸液中 循環(huán)利用，可實(shí)現(xiàn)侶離子轉(zhuǎn)化率最大化、零排放的目的。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)原理：
[0015] 粉煤灰的主要晶相物質(zhì)是莫來石，非晶相物質(zhì)是侶娃酸鹽玻璃體。它們?cè)诔叵?難溶于酸和堿。但在受熱條件下，可與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。如在高溫條件下，粉煤灰與碳酸 鋼可發(fā)生反應(yīng)生成霞石。霞石是酸溶性物質(zhì)，可W被酸分解生成硅膠和Al3+，實(shí)現(xiàn)娃侶的有 效分離，得到含侶溶液。
[0016] 在確定溫度下，用氨氧化鋼溶液調(diào)節(jié)侶溶液的抑值在合適的范圍，可得無定形氨 氧化侶，該氨氧化侶可實(shí)現(xiàn)在常壓、較低溫度下與鹽酸發(fā)生水解-聚合反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一 定堿化度后即可得到含P-A1i3的溶液。達(dá)到飽和度后，A1 13(〇巧24化2〇)2典115 ? 13&0自然析 出結(jié)晶，過濾得到產(chǎn)物，而母液可循環(huán)再利用。
[0017] 本方法中所述的高溫固相反應(yīng)是指；將粉煤灰與碳酸鋼混合經(jīng)高溫反應(yīng)，將粉煤 灰中的物相轉(zhuǎn)化為易溶于酸的霞石相；酸浸反應(yīng)是指：將上述熟料用鹽酸浸潰，使娃和侶 有效分離，得到W鐵離子為主要雜質(zhì)離子的氯化侶溶液；無定形氨氧化侶的制備反應(yīng)是指： 將酸浸液用氨氧化鋼調(diào)節(jié)抑制得；P-A1i3的制備反應(yīng)是指；W無定形氨氧化侶為原料在常 壓條件下與鹽酸發(fā)生水解-聚合反應(yīng)得到儲(chǔ)備液，室溫下靜置，達(dá)到飽和度后P-A1i3鹽酸鹽 將自然析出結(jié)晶，過濾后得到產(chǎn)物；母液循環(huán)是指：將P-A1i3的制備反應(yīng)所得的母液全部并 入酸浸反應(yīng)所得的酸浸液中循環(huán)利用，可實(shí)現(xiàn)侶離子轉(zhuǎn)化率最大化、零排放的目的。