利用工业废渣一步合成无机高分子絮凝剂——聚合硫酸铝铁

摘要

本发明涉及采用一步合成法，利用工业废渣作主剂，粉煤灰为助剂合成高分子絮凝剂——聚合硫酸铝铁。合成的产品是复合型铁铝聚合物，兼有铝盐类和铁盐类絮凝剂的特性，具有优良的净水性能和广泛的应用范围，并有利环境。

说明书

技术领域

本发明涉及无机高分子絮凝剂的生产工艺，具体涉及一种利用工业废渣作主剂、粉煤灰为助剂合成无机高分子絮凝剂聚合硫酸铝铁的生产工艺。属于国际专利分类CO1F7/76“硫酸盐复盐“领域。

背景技术

铝、铁高分子无机聚合物净水剂是从七十年代到九十年代研究和发展起来的新型化学工业，其作为净水剂，为改善人们的生活质量及治理环境起到了很大的作用。目前，硫酸生产厂的工业废渣随意排放，造成环境污染，急需治理。经检索，中国专利CN1219507公开了一种“聚合硫酸铁固体净水剂一步法生产工艺，其生产工艺流程、操作条件不易控制掌握，不能达到聚合效果，也不具备工业化的生产条件。

另外，中国科技成果库的《聚合硫酸铝铁凝剂》所研制的聚合硫酸铝铁絮凝剂与该项目的研究相同，但采用的原料不同，该文献采用的是高岭土而不是工业废渣。

发明内容

本发明的目的，是提供一种具有工艺创新，产品有优良的净水性能和广泛应用范围，有利于环境保护的利用工业废渣一步合成无机高分子絮凝剂聚合硫酸铝铁的工艺。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

以含有一定量的铁盐和铝盐物料的工业废渣作主剂，粉煤灰为助剂，采用一步合成法合成无机高分子絮凝剂—聚合硫酸铝铁(PAFS)，具体如下。

用硫酸或1∶1的硫酸、盐酸混合酸，50℃～100℃搅拌下浸泡原料一昼夜，抽滤后清液作为添加助剂。

聚合反应过程中，缓慢填加增聚剂，以增加产物的盐基度。

选用工业废渣为原料，主要包括：钢厂废渣、铝厂废渣、电厂静电除尘器粉煤灰、硫酸厂废渣等以及含有一定量的铁盐和铝盐物料。

助剂的添加：合成中添加粉煤灰，既提供聚合物所需的铝离子，又增加溶液的悬浮性，使产物易于分离。

催化氧化剂的选用：聚铁絮凝剂中亚铁含量高会影响水处理时COD的去除，选用矿山的废弃物低品位含锰矿石，含大量MnO₂，在酸性条件下具有良好的催化性能。

具体合成工艺步骤为：

1、选料：

将工业废渣：炼钢废渣、铝厂废渣、电厂静电除尘器粉煤灰、高岭土进行原料筛选。在使用炼钢废渣时，其粒度为300目；在使用铝厂废渣时，其粒度为200目；在使用电厂静电除尘器粉煤灰时，其粒度为300目；在使用高岭土时，其粒度为200目。

2、预反应：

将物料(炼钢废渣、铝厂废渣、电厂静电除尘器粉煤灰、高岭土)之一100g置于三口瓶中，加水100g，边搅拌边缓慢加入65mL的浓H₂SO₄，升温到60℃～80℃，预反应15～25小时，使物料中的铁最大限度地溶于液相中。

3、聚合反应：

升温至90℃～120℃，聚合反应2～6小时，取少量反应物测铁和亚铁含量，视亚铁离子多少决定加催化氧化剂及加入量。并缓慢添加增聚剂，以增加产物的盐基度。

3、再反应：

降温至85℃～110℃，加入计量的添加助剂，反应10～15小时。

4、保持反应：

降温至65℃～85℃，保持1～3小时。静置过夜，产物分液体和固体渣两层，上层即为产品-红褐色的PAFS溶液。OH/Fe+AL摩尔比超过1.5的产品放置数小时变成黄绿色溶胶。

合成过程中，用硫酸或1∶1的硫酸、盐酸混合酸，50℃～100℃搅拌下浸泡原料一昼夜，抽滤后作为添加助剂。

产品特点：

产品外观为红褐色液体或溶胶(OH/Fe+AL摩尔比超过1.5的产品放置数小时变成黄绿色溶胶)，密度1.3～1.4g/mL，PH值2～3，盐基度大于15％，Fe³⁺含量大于160g/L，Fe²⁺含量小于1g/L。

工业废渣——钢厂、铝厂废渣是我们的首选，成本比市场同类产品降低近一半，有一定的创造性。合成中添加粉煤灰，既提供聚合物所需的铝离子，又增加溶液的悬浮性，使产物易于分离，是它的新颖性。合成过程中不需加压、加氧，操作简单，又是本合成法的优越性。合成的产品是复合型铁铝聚合物，兼有铝盐类和铁盐类絮凝剂的特性，具有优良的净水性能和广泛的应用范围，并有利环境。

附图说明

图1为本发明的合成工艺流程图。

图中：①预反应  ②聚合反应  ③再反应  ④保持反应

具体实施方式：

如图1所示，采用一步合成法，利用不同工业废渣(物料一、物料二、物料三)作主剂，控制SO₄^2-/Fe(摩尔比)1.3～1.6，制得不同盐基度的聚合硫酸铝铁。过程中加入计量的粉煤灰为助剂，一方面用作不溶性悬浮剂，使聚合物稳定，易于分离；另一方面提供聚合物所需的铝离子，得到产品。

1、原料：

物料一：炼钢废渣，红褐色粉末，粒度300目；

物料二：铝厂废渣，灰黑色粉末，高岭土，土红色，粒度200目；

物料三：电厂静电除尘器粉煤灰，黑色，粒度300目；

工业用硫酸。

2、合成：

将物料一100g置于三口瓶中，加水100g，边搅拌边缓慢加入65mL的浓H₂SO₄，升温到60℃～80℃，预反应15～25小时，使物料中的铁最大限度地溶于液相中。升温至90℃～120℃，聚合反应2～6小时，取少量反应物测铁和亚铁含量，视亚铁离子多少决定加催化氧化剂及加入量。并缓慢添加增聚剂，以增加产物的盐基度。降温至85℃～110℃，加入计量的添加助剂，反应10～15小时。降温至65℃～85℃，保持1～3小时。静置过夜，产物分液体和固体渣两层，上层即为产品--红褐色的PAFS溶液。

物料二用同样方法合成，可得黄褐色液体产品。

物料三用同样方法合成，可得深红褐色液体产品。(OH)/Fe+AL摩尔比超过1.5的产品放置数小时变成黄绿色溶胶。