一種聚合氯化鋁鐵的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚合氯化鋁鐵的制備方法。本發(fā)明的聚合氯化鋁鐵的制備方法，以煤矸石和硫鐵礦燒渣的混合物為原料，先用強酸溶液浸漬以反應(yīng)得到含有鐵鋁氯化物溶液，再發(fā)生聚合反應(yīng)，由此制得聚合氯化鋁鐵具有較好的絮凝效果。此外，以來源較為廣泛的工業(yè)廢棄物粉煤矸石和硫鐵礦燒渣為原料，可以變廢為寶，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】
一種聚合氯化鋁鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及絮凝劑的技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種聚合氯化鋁鐵的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 絮凝劑主要是帶有正（負）電性的基團和水中帶有負（正）電性的難于分離的一些 粒子或者顆粒相互靠近，降低其電勢，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并利用其聚合性質(zhì)使得這些顆 粒集中，并通過物理或者化學方法分離出來。絮凝劑按照其化學成分總體可分為無機絮凝 劑和有機絮凝劑兩類。其中無機絮凝劑又包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑;有機絮凝 劑又包括合成有機高分子絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。近年來，為適應(yīng) 不同水質(zhì)深度處理技術(shù)的需要，無機高分子絮凝劑的已成為熱點研究技術(shù)，此類絮凝劑分 子量大，可取代部分有機合成高分子絮凝劑以避免毒性問題。聚合氯化鋁鐵兼具有鋁鹽和 鐵鹽的優(yōu)點，除濁效果和沉降效果好，優(yōu)于一般的PAC、PFS，對于廢水的C0D和色度都有較高 的去除率，且具有使用范圍廣等特點。故而，聚合氯化鋁鐵無機高分子絮凝劑具有十分巨大 的潛在應(yīng)用前景。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，聚合氯化鋁鐵的絮凝效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明在于提供一種聚合氯化鋁鐵的制備方法，由該制備方法制得的 聚合氯化鋁鐵效果較好。
[0005] -種聚合氯化鋁鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0006] (1)將煤矸石和硫鐵礦燒渣的混合物同鹽酸溶液反應(yīng)，得到鐵鋁氯化物溶液；
[0007] (2)將所述鐵鋁氯化物溶液發(fā)生聚合反應(yīng)，得到聚合氯化鋁鐵。
[0008] 進一步地，所述鹽酸溶液的用量為0.5~0.7，以所述混合物的質(zhì)量為1計。
[0009] 進一步地，所述煤矸石和硫鐵礦燒渣的質(zhì)量比為1:4~5。
[0010] 進一步地，步驟(1)所述反應(yīng)的溫度為85~95°C，所述反應(yīng)的時間為1~3h。
[0011] 進一步地，所述鹽酸溶液的質(zhì)量分數(shù)為10~30%。
[0012] 進一步地，步驟(1)所述反應(yīng)在攪拌下進行，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為50~300rpm。
[0013] 進一步地，步驟⑵所述聚合反應(yīng)的pH為3~4。
[0014] 進一步地，步驟(2)所述聚合反應(yīng)的溫度為溫度為60~70°C，所述反應(yīng)的時間為2 ~4h〇
[0015] 進一步地，所述聚合反應(yīng)之后還包括其聚合反應(yīng)產(chǎn)物進行20~28h的靜置。
[0016]進一步地，在步驟（1)之前還包括焙燒的步驟，所述焙燒的溫度700~800°C，所述 焙燒的時間為3~5h。
[0017]本發(fā)明的聚合氯化鋁鐵的制備方法，以煤矸石和硫鐵礦燒渣的混合物為原料，先 用強酸溶液浸漬以反應(yīng)得到含有鐵鋁氯化物溶液，再發(fā)生聚合反應(yīng)，由此制得聚合氯化鋁 鐵具有較好的絮凝效果。此外，以來源較為廣泛的工業(yè)廢棄物粉煤矸石和硫鐵礦燒渣為原 料，可以變廢為寶，降低了生產(chǎn)成本。
【具體實施方式】
[0018] 為了便于理解本發(fā)明，下面合實施例來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0019] 如本文所用，術(shù)語：
[0020] "一個"、"一種"和"所述"可交換使用并指一個或多個。
[0021] "和/或"用于表示所說明的情況的一者或兩者均可能發(fā)生，例如，A和/或B包括(A 和B)和(A或B);
[0022] 另外，本文中由端點表述的范圍包括該范圍內(nèi)所包含的所有數(shù)值(例如，1至10包 括1.4、1.9、2.33、5.75、9.98等）。
[0023] 另外，本文中"至少一個"的表述包括一個及以上的所有數(shù)目（例如，至少2個、至少 4個、至少6個、至少8個、至少10個、至少25個、至少50個、至少100個等）。
[0024] 本發(fā)明的聚合氯化鋁鐵的制備方法，包括以下步驟：
[0025] (1)將煤矸石和硫鐵礦燒渣的混合物同鹽酸溶液反應(yīng)，得到鐵鋁氯化物溶液；
[0026] (2)將所述鐵鋁氯化物溶液發(fā)生聚合反應(yīng)，得到聚合氯化鋁鐵。
[0027] 上述煤矸石是指是在掘進、開采和洗煤過程中排出的固體廢物，包括洗煤廠的洗 矸、煤炭生產(chǎn)中的手選矸、半煤巷和巖巷掘進中排出的煤和巖石以及和煤矸石一起堆放的 煤系之外的白矸等的混合物。煤矸石主要氧化物成分為Si0 2、Al2〇3、Fe2〇3等。硫鐵礦燒渣是 采用硫鐵礦或含硫尾砂做原料生產(chǎn)硫酸過程中所排出的一種廢渣，其主要成分為Si0 2、 Al203、Fe203等。本發(fā)明以工業(yè)廢氣物煤矸石和硫鐵礦燒渣為原料，避免了現(xiàn)有技術(shù)中大量 使用鐵鹽、鋁鹽，減低了生產(chǎn)成本成本；由于煤矸石和硫鐵礦燒渣來源較為廣泛，其拓展了 聚合氯化鋁鐵的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。
[0028]上述步驟（1)中，鐵鋁氯化物溶液是指主要含有三氯化鋁和三氯化鐵的溶液，當然 其里面還可以含有未反應(yīng)的鹽酸以及少量其不足以損害本發(fā)明效果的其它雜質(zhì)。煤矸石和 硫鐵礦燒渣的混合物同鹽酸的反應(yīng)是，混合物的活性成分Al2〇3、Fe 2〇3同鹽酸產(chǎn)生水溶性的 三價鐵和三價鋁的過程。容易理解的是，因混合物中存在不能為鹽酸所能溶解的雜質(zhì)成分， 在反應(yīng)完成后，可形成固相和液相。固相為未反應(yīng)掉的殘渣。從反應(yīng)體系中得到鐵鋁氯化物 溶液的方法可采用過濾，例如抽濾等。
[0029] 上述步驟（1)中，混合物中不對煤矸石和硫鐵礦燒渣的具體配比作特別特殊的限 定，但二者的配比較好地為 1:4~5,例如1:4、1:4.1、1:4.2、1:4.5、1 :4.6、1:4.7、1:4.8、1: 4.9或1:5.0等，優(yōu)選為1:4.5。
[0030] 上述步驟（1)中，鹽酸溶液的的用量以0.5~0.7為宜，例如0·5、0·52、0·55、0·60、 0.65、0.68、0.69或0.70等，優(yōu)選為0.6，以混合物的質(zhì)量為1計。至于鹽酸溶液的濃度，不作 特別嚴苛的限定，但較好地為其質(zhì)量分數(shù)為1 〇~30 %，例如其質(zhì)量分數(shù)為10 %、11 %、12 %、 15%、20%、25%、26%、28%、29% 或 30% 等，優(yōu)選為 20%。
[0031 ] 上述步驟（1)中，反應(yīng)的溫度以85~95 °C為佳，例如85 °C、86 °C、88 °C、90 °C、91°C、 92°C、93°C、94°C或95°C等，優(yōu)選為90°C。于此反應(yīng)溫度下，反應(yīng)的時間可以為1~3h，例如 lh、1.2h、1.5h、2h、2.5h或3h，優(yōu)選為2h。可以理解的是，為了維持恒溫穩(wěn)定溫度的條件，反 應(yīng)可在水浴的條件下實施。此處，還可在反應(yīng)中配設(shè)攪拌裝置，例如機械攪拌機，攪拌的轉(zhuǎn) 速可設(shè)定在50~300印111，例如50印111、55印111、60印111、80印111、100印111、150印111、180印111、200印111、 250rpm 或 300rpm 等，優(yōu)選為 lOOrpm。
[0032]上述步驟(2)中，聚合反應(yīng)的過程為，三價鐵離子和三價鋁離子先水解產(chǎn)生少量氫 氧化鐵和氫氧化鋁，氫氧化鐵和氫氧化鋁與三氯化鐵和三氯化鋁聚合。在聚合反應(yīng)中，pH對 反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生直接的影響。較好地，所述聚合反應(yīng)的pH為3~4,例如pH為3、3.2、3.5、3.8、 3.9或4等，進一步優(yōu)選為3~3.5。
[0033]調(diào)節(jié)聚合反應(yīng)的pH可采用本領(lǐng)域公知的堿，既可以為強堿和弱堿。強堿可以為堿 金屬氫氧化物，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰等；弱堿可為碳酸鹽，例如碳酸鉀、碳酸 氫鈉、碳酸鈉等，優(yōu)選為碳酸鈉。至于碳酸鈉的添加形式，可以采用固體，也可以采用碳酸鈉 溶液。至于碳酸鈉溶液的濃度不作任何限定，可參考性地為其質(zhì)量分數(shù)可以為20~40%，例 如 20%、21%、22%、25%、30%、35%、36%、38%、39% 或 40% 等，優(yōu)選為 30%。
[0034] 上述步驟(2)中，聚合反應(yīng)的溫度例如 60°C、62°C、65°C、67°C、68°C、69°CS70°C， 優(yōu)選為65°C。于此反應(yīng)溫度下，反應(yīng)的時間可以為2~4h，例如2h、2.2h、2.5h、3h、3.5hS4h， 優(yōu)選為3h。
[0035] 可以理解的是，在聚合反應(yīng)過程中，為了維持恒溫穩(wěn)定溫度的條件，反應(yīng)可在水浴 的條件下實施。此處，還可在反應(yīng)中配設(shè)攪拌裝置，例如機械攪拌機，攪拌的轉(zhuǎn)速可設(shè)定在 50~300rpmd^|^n50rpm、55rpm、60rpm、80rpm、100rpm、150rpm、180rpm、200rpm、250rpmS 300rpm 等，優(yōu)選為 1 OOrpm。
[0036] 上述步驟(2)中，聚合反應(yīng)結(jié)束后還可以包括將其聚合反應(yīng)產(chǎn)物進行20~28h的靜 置，例如20h、22h、23h、24h、25h、26h、27h或28h等，優(yōu)選為24h。此處，靜置的目的是熟化。
[0037] 為了提高粉煤灰和強酸溶液反應(yīng)的反應(yīng)活性，在步驟(1)之前可采用活化。活化可 以采用焙燒的方式，當然還可采用其它的公知的方式。焙燒的溫度可以為700~800°C，例如 700°C、702°C、705°C、710°C、720°C、740°C、750°C、760°C、770°C、790°C、795°C、796°C、798 °C、799 °C或800 °C，優(yōu)選為750 °C ;于此焙燒的溫度下，焙燒的時間為3~5h，例如3h、3.2h、 處、4.511或511，優(yōu)選為411。
[0038] 上述焙燒之前，還可包括粉碎的步驟。粉碎是為了使得粒度更細，以增大反應(yīng)與鹽 酸的接觸面積，以提高反應(yīng)的速率。粉碎的大小可以為粉碎至120目
[0039] 實施例1
[0040] (1 )、將煤矸石和硫鐵礦燒渣粉碎至可通過120目篩網(wǎng)，以備用。
[0041 ] (2)、將粉煤灰和硫鐵礦燒渣放入焙燒爐內(nèi)進行焙燒，控制焙燒溫度在700°C，焙燒 5h〇
[0042] (3)、將質(zhì)量分數(shù)為10%的鹽酸加入粉煤灰和硫鐵礦燒渣的混合物(二者的質(zhì)量比 1:4)中，鹽酸的用量為0.7，以混合物的質(zhì)量為1計。在85 °C的恒溫水浴中以50pm的速度攪拌 3h。利用過濾器將反應(yīng)液進行過濾，保留濾液，該濾液為鐵鋁氯化物溶液。
[0043] (4)、向濾液中加入質(zhì)量分數(shù)為20%的碳酸鈉調(diào)節(jié)pH為3,在60°C下恒溫水浴中以 300pm的速度攪拌4h。待聚合反應(yīng)結(jié)束后，再靜置20h熟化，得到紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮 凝劑。
[0044] 實施例2
[0045] (1 )、將煤矸石和硫鐵礦燒渣粉碎至可通過120目篩網(wǎng)，以備用。
[0046] (2)、將粉煤灰和硫鐵礦燒渣放入焙燒爐內(nèi)進行焙燒，控制焙燒溫度在700°C，焙燒 5h〇
[0047] (3)、將質(zhì)量分數(shù)為30%的鹽酸加入粉煤灰和硫鐵礦燒渣的混合物(二者的質(zhì)量比 1:5)中，鹽酸的用量為0.5，以混合物的質(zhì)量為1計。在85~95 °C的恒溫水浴中以300pm的速 度攪拌lh。利用過濾器將反應(yīng)液進行過濾，保留濾液，該濾液為鐵鋁氯化物溶液。
[0048] (4)、向濾液中加入質(zhì)量分數(shù)為20%的碳酸鈉調(diào)節(jié)pH為3,在60°C下恒溫水浴中以 300pm的速度攪拌4h。待聚合反應(yīng)結(jié)束后，再靜置28h熟化，得到紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮 凝劑。
[0049] 實施例3
[0050] (1 )、將煤矸石和硫鐵礦燒渣粉碎至可通過120目篩網(wǎng)，以備用。
[00511 (2)、將粉煤灰和硫鐵礦燒渣放入焙燒爐內(nèi)進行焙燒，控制焙燒溫度在800°C，焙燒 3h0
[0052] (3)、將質(zhì)量分數(shù)為20%的鹽酸加入粉煤灰和硫鐵礦燒渣的混合物(二者的質(zhì)量比 1:5)中，鹽酸的用量為0.5，以混合物的質(zhì)量為1計。在85 °C的恒溫水浴中以100pm的速度攪 拌3h。利用過濾器將反應(yīng)液進行過濾，保留濾液，該濾液為鐵鋁氯化物溶液。
[0053] (4)、向濾液中加入質(zhì)量分數(shù)為20%的碳酸鈉調(diào)節(jié)pH為4,在70°C下恒溫水浴中以 l〇〇pm的速度攪拌2h。待聚合反應(yīng)結(jié)束后，再靜置28h熟化，得到紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮 凝劑。
[0054] 實施例4
[0055] (1 )、將煤矸石和硫鐵礦燒渣粉碎至可通過120目篩網(wǎng)，以備用。
[0056] (2)、將粉煤灰和硫鐵礦燒渣放入焙燒爐內(nèi)進行焙燒，控制焙燒溫度在750°C，焙燒 4h〇
[0057] (3)、將質(zhì)量分數(shù)為20%的鹽酸加入粉煤灰和硫鐵礦燒渣的混合物(二者的質(zhì)量比 1:4)中，鹽酸的用量為0.5，以混合物的質(zhì)量為1計。在95 °C的恒溫水浴中以100pm的速度攪 拌3h。利用過濾器將反應(yīng)液進行過濾，保留濾液，該濾液為鐵鋁氯化物溶液。
[0058] (4)、向濾液中加入質(zhì)量分數(shù)為20%的碳酸鈉調(diào)節(jié)pH為3,在70°C下恒溫水浴中以 l〇〇pm的速度攪拌4h。待聚合反應(yīng)結(jié)束后，再靜置24h熟化，得到紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮 凝劑。
[0059] 實施例5
[0060] (1 )、將煤矸石和硫鐵礦燒渣粉碎至可通過120目篩網(wǎng)，以備用。
[0061 ] (2)、將粉煤灰和硫鐵礦燒渣放入焙燒爐內(nèi)進行焙燒，控制焙燒溫度在750°C，焙燒 4h〇
[0062] (3)、將質(zhì)量分數(shù)為20%的鹽酸加入粉煤灰和硫鐵礦燒渣的混合物(二者的質(zhì)量比 1:4.5)中，鹽酸的用量為0.7，以混合物的質(zhì)量為1計。在85 °C的恒溫水浴中以50pm的速度攪 拌4h。利用過濾器將反應(yīng)液進行過濾，保留濾液，該濾液為鐵鋁氯化物溶液。
[0063] (4)、向濾液中加入質(zhì)量分數(shù)為20 %的碳酸鈉調(diào)節(jié)pH為3.5，在60°C下恒溫水浴中 以50pm的速度攪拌4h。待聚合反應(yīng)結(jié)束后，再靜置20~28h熟化，得到紅棕色聚合氯化鋁鐵 液體絮凝劑。
[0064] 實施例6
[0065] (1)、將煤矸石和硫鐵礦燒渣粉碎至可通過120目篩網(wǎng)，以備用。
[0066] (2)、將粉煤灰和硫鐵礦燒渣放入焙燒爐內(nèi)進行焙燒，控制焙燒溫度在750°C，焙燒 4h〇
[0067] (3)、將質(zhì)量分數(shù)為20%的鹽酸加入粉煤灰和硫鐵礦燒渣的混合物(二者的質(zhì)量比 1:4.5)中，鹽酸的用量為0.6,以混合物的質(zhì)量為1計。在85~95 °C的恒溫水浴中以100pm的 速度攪拌2h。利用過濾器將反應(yīng)液進行過濾，保留濾液，該濾液為鐵鋁氯化物溶液。
[0068] (4)、向濾液中加入質(zhì)量分數(shù)為20%的碳酸鈉調(diào)節(jié)pH為3,在65°C下恒溫水浴中以 l〇〇pm的速度攪拌3h。待聚合反應(yīng)結(jié)束后，再靜置24h熟化，得到紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮 凝劑。
[0069]將實施例1~6所制備的聚合氯化鋁鐵對漿紙廠生化出水作按照公知的測試方式 對C0D、濁度和色度實驗，各絮凝劑以350mg/L的加藥量進行實驗，實驗結(jié)果如下表1所示：. [0070]表1測試結(jié)果
[0072] 本發(fā)明制備方法制備的絮凝劑，其C0D去除效率最高可為78.8%，色度去除效率最 高可為94.6%，濁度去除效率最高可為75%，漿紙廠生化出水經(jīng)其絮凝處理后可達到 GB3544-2008制漿造紙工業(yè)水污染物排放標準的要求。
[0073] 由于本發(fā)明中所涉及的各工藝參數(shù)的數(shù)值范圍在上述實施例中不可能全部體現(xiàn)， 但本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全可以想象到只要落入上述該數(shù)值范圍內(nèi)的任何數(shù)值均可實施本 發(fā)明，當然也包括若干項數(shù)值范圍內(nèi)具體值的任意組合。此處，出于篇幅的考慮，省略了給 出某一項或多項數(shù)值范圍內(nèi)具體值的實施例，此不應(yīng)當視為本發(fā)明的技術(shù)方案的公開不充 分。
[0074]
【申請人】聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細工藝設(shè)備和工藝流程， 但本發(fā)明并不局限于上述詳細工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細 工藝設(shè)備和工藝流程才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進， 對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式選擇等，落在本發(fā)明的保護 范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種聚合氯化鋁鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將煤矸石和硫鐵礦燒渣的混合物同鹽酸溶液反應(yīng)，得到鐵鋁氯化物溶液； (2) 將所述鐵鋁氯化物溶液發(fā)生聚合反應(yīng)，得到聚合氯化鋁鐵。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鹽酸溶液的用量為0.5~0.7,以 所述混合物的質(zhì)量為1計。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述煤矸石和硫鐵礦燒渣的質(zhì)量比為 1:4 ~5〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1)所述反應(yīng)的溫度為85~95°C， 所述反應(yīng)的時間為1~3h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鹽酸溶液的質(zhì)量分數(shù)為10~ 30% 〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述反應(yīng)在攪拌下進行，所述 攪拌的轉(zhuǎn)速為50~300rpm。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述聚合反應(yīng)的pH為3~4。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述聚合反應(yīng)的溫度為溫度 為60~70°C，所述反應(yīng)的時間為2~4h。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚合反應(yīng)之后還包括其聚合反應(yīng) 產(chǎn)物進行20~28h的靜置。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項所述的制備方法，其特征在于，在步驟（1)之前還包括 焙燒的步驟，所述焙燒的溫度700~800°C，所述焙燒的時間為3~5h。
【文檔編號】C02F1/52GK106044985SQ201610635577
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月4日 公開號201610635577.9, CN 106044985 A, CN 106044985A, CN 201610635577, CN-A-106044985, CN106044985 A, CN106044985A, CN201610635577, CN201610635577.9
【發(fā)明人】詹廣峰, 龔敏, 周鈺祥
【申請人】廣東紫方環(huán)保技術(shù)有限公司