粉煤灰制备聚氯化铝（PAC）的研究

摘要

聚氯化铝(PAC)作为一种无机高分子混凝剂已广泛应用于水质净化和污水处理。我国粉煤灰资源非常丰富，但利用率低。由于粉煤灰中含有一定比例的Al元素，因此是制备聚氯化铝的廉价原料。 对兰州第二热电厂粉煤灰试样的矿物组成分析，该粉煤灰中出现了石英、莫来石、赤铁矿的特征峰，反映出该粉煤灰中Al2O3、SiO2、Fe2O3的含量较高。而多元素化学分析测定出该粉煤灰中含有58.64％的SiO2、21.32％的Al2O3和7.20％的Fe2O3，矿物组成分析与多元素化学分析结果相吻合。 在焙烧温度800℃和焙烧时间90min条件下，SEM图片分析可知：未经活化的粉煤灰颗粒表面光滑，结构致密；直接焙烧活化后，粉煤灰玻璃体表面变得相对粗糙，表面为絮状，但是粉煤灰的颗粒结构还是保持很完整；分别加入活化剂HCl和NaCl焙烧活化后，粉煤灰玻璃体表面变得粗糙松散，并且都出现许多的蜂窝状粒子。 XRD分析结果显示：粉煤灰中存在的主要峰是石英和莫来石的特征峰；直接焙烧活化和加入NaCl活化剂焙烧活化后，粉煤灰中莫来石的特征峰有所增强，但是莫来石的特征峰变化幅度不大。HCl活化剂活化焙烧粉煤灰后莫来石的特征峰改变很大，而且还出现许多新的莫来石特征峰。 本文以粉煤灰为原料，进行了制备聚氯化铝的工艺研究；对传统的制备工艺进行了改进，增加了预处理活化步骤。通过正交试验来研究预处理比例、焙烧温度、酸溶时间、酸溶比例和酸溶温度这五个主要工艺参数对PAC产品性能的影响；通过氧化铝浸出率进行比较，进而确定最佳工艺参数，所得到的结论如下：用粉煤灰制备聚氯化铝的工艺流程为：预处理-焙烧活化-酸溶-过滤-浓缩-干燥。增加的预处理环节，显著提高了Al2O3的浸出率。根据实验的结果，得到了用粉煤灰制备。PAC的最佳工艺参数为：酸溶温度为90℃；焙烧温度为800℃；预处理比例为0.20ml/g(体积/质量)；酸溶比例为4.5ml/g(体积/质量)；酸溶时间为3.0h。根据正交试验分析，在用粉煤灰制备PAC的工艺条件中，影响因子对于产品质量的影响程度由大到小依次为：酸溶温度>焙烧温度>预处理比例>酸溶比例>酸溶时间。 通过粉煤灰制备的PAC与市售PAC对污水处理效果的对比实验，结果表明：利用粉煤灰制备的PAC在处理的水样的pH值、浊度去除和CODCr去除方面效果略优于市售PAC，具有广泛的应用前景。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1絮凝剂的研究和发展趋势

1.1.1无机絮凝剂

1.1.2有机絮凝剂

1.1.3微生物絮凝剂

1.1.4复合型絮凝剂

1.2国内外粉煤灰综合利用及研究现状

1.2.1粉煤灰絮凝剂

1.2.2粉煤灰吸附助凝剂

1.2.3粉煤灰在污水处理中的应用

1.2.4粉煤灰在建材制品方面应用

1.2.5粉煤灰在农业方面应用

1.2.6从粉煤灰中提取金属及化合物

1.2.7粉煤灰在环保与化工方面应用

1.3粉煤灰的危害

1.4研究背景

1.5课题的研究内容

第2章粉煤灰活化实验

2.1粉煤灰的形成

2.2粉煤灰的分类

2.2.1按粉煤灰收集、排放方式分类

2.2.2按粉煤灰的化学成分不同分类

2.2.3根据粉煤灰中三种颗粒的组成和比例分类

2.3粉煤灰的理化特性

2.3.1粉煤灰的矿物组成

2.3.2粉煤灰的化学性质

2.3.3粉煤灰的物理性质

2.4粉煤灰的活化实验

2.4.1活化的相关概念

2.4.2粉煤灰活性低的原因

2.4.3粉煤灰的活化方法

2.4.4粉煤灰活化实验

2.4.5不同活化剂活化效果分析

2.5本章小结

第3章粉煤灰制备聚氯化铝的实验研究

3.1制备聚氯化铝的原料及设备

3.1.1聚氯化铝制备所用原料

3.1.2聚氯化铝制备所用设备及装置

3.2制备聚氯化铝的实验方案

3.2.1制备聚氯化铝的工艺流程

3.2.2制备聚氯化铝的主要工艺参数

3.3正交实验设计

3.4测试指标及实验结果

3.4.1氧化铝(Al2O3)含量的测定

3.4.2盐基度的测定

3.4.3氧化铝浸出率的计算

3.4.4正交实验结果的数据处理

3.5本章小结

第4章聚氯化铝的性能指标和水处理效果实验

4.1聚氯化铝标准名称

4.2聚氯化铝示性式

4.3聚氯化铝的特点

4.4聚氯化铝形态分析

4.4.1 27Al-NMR法分析铝的形态分布

4.4.2 Al-Ferron比色法分析铝的水解聚合形态

4.4.3 Al13生成前驱物(Al(OH)4-)

4.5聚氯化铝的凝聚絮凝行为

4.6铝盐类凝聚絮凝作用机理

4.7影响聚氯化铝混凝性能的因数

4.7.1氧化铝(Al2O3)含量

4.7.2盐基度

4.7.3 pH值

4.7.4水力条件

4.7.5密度

4.8实验所制备的PAC性能和水处理效果实验

4.8.1制备的PAC外观和质量指标

4.8.2制备的PAC的水处理效果实验

结论

参考文献

致谢

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