利用晋城煤矸石制备聚合氯化铝铁及其性能评价

摘要

聚合氯化铝铁(PAFC)作为一种无机高分子絮凝剂已广泛应用于水质净化和污水处理。我国煤矸石资源非常丰富,煤矸石中含有一定量的Al、Fe元素,可以作为制备聚合氯化铝铁的廉价原料。
　　本文以煤矸石和硫酸废渣为原料,采用两步法制备聚合氯化铝铁。通过正交实验及单因素实验研究了焙烧温度、焙烧时间、酸浸温度、酸浸时间和液固比等因素对煤矸石中氧化铝溶出率的影响;研究了聚合反应中铝酸钙粉加入量、反应温度、反应时间等对聚合氯化铝铁盐基度的影响;对产品的理化性能进行了分析与测试,并对产品进行了净化生活废水和印染废水的实验研究,得到如下结论:
　　用煤矸石和硫酸废渣制备聚合氯化铝铁的工艺流程为:首先将一定粒度的煤矸石焙烧,焙烧后加入一定量的硫酸废渣(调节Fe含量),然后与适量的盐酸混合进行酸浸反应。将酸浸液过滤,滤液加热搅拌进行聚合反应,并加入适量的铝酸钙粉增加产品的氧化铝含量,同时调节产品盐基度。反应一定时间后,冷却熟化即为液体聚合氯化铝铁,继续蒸发干燥可得固体聚合氯化铝铁。
　　正交实验及单因素实验优化的煤矸石焙烧最佳工艺参数为:焙烧温度800℃、焙烧时间2.5h;优化的酸浸反应最佳工艺参数为:酸浸温度105℃、酸浸时间3.5h、液固比为3.0mL/g。对氧化铝浸出率的影响程度由大到小依次为:焙烧温度>酸浸温度>酸浸时间>液固比>焙烧时间。在最优条件下煤矸石中氧化铝的溶出率为79.5％。优化的聚合反应最佳工艺参数为:加入铝酸钙粉的百分比为25％(以10g煤矸石为基准)、反应温度98℃、反应时间4h。制得固体产品中Al2O3含量28.47％,铁含量2.51％,盐基度80.16％。
　　通过红外光谱分析表明,PAFC当中既有以羟基架桥联结的铝聚合物,又有以羟基架桥联结的铁聚合物,与文献报道的PAC结构稍有不同;由PAFC的凝胶色谱可知,采用两步法制备聚合氯化铝铁,合理的控制条件,可以获得分子量较大,聚合度较高的产品;通过热重分析可知,产品失重主要在40～150℃和150～600℃两个阶段,在600℃之后样品的质量基本不再变化。
　　将产品用于生活废水处理,当水样的pH在7.0～9.0时,浊度、COD、色度去除率可分别达到83.4％、79.8％、86％;用于印染废水处理,其絮凝沉降速度快,形成的矾花大而密实,产品的加入量为300mg/L时,印染废水的色度、浊度、COD的去除率分别可以达到83.3％、80.6％、81.7％,去除效果均优于市售产品。

目录

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英文摘要

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2无机高分子絮凝剂的简介

1.3 PAFC絮凝机理

1.4 PAFC的制备及技术现状

1.5 聚合氯化铝铁在水处理领域的应用概况

1.6 煤矸石

1.7 硫酸废渣

1.8 本文研究的目的及意义

2 聚合氯化铝铁的制备

2.1 实验部分

2.2 制备聚合氯化铝铁（PAFC）的工艺流程

2.3 分析与检测

2.4 原料分析

2.5 煤矸石中氧化铝溶出单因素实验

2.6 正交实验因素及水平的选取

2.7 聚合氯化铝铁的制备

2.8本章小结

3 产品性能评价

3.1 实验水质

3.2仪器及试剂

3.3 试验方法

3.4 检测方法

3.5 产品与市售产品絮凝效果比较

3.6本章小结

4 结 论

参考文献

致谢

附录

硕士研究生期间发表的论文