一种利用铝箔酸、铁酸制备聚合硅酸氯化铝铁的方法

摘要

本发明涉及一种利用铝箔酸、铁酸制备聚合硅酸氯化铝铁的方法，该方法利用铝箔酸、钢铁酸洗液以及铝渣等工业废弃物为主要原料与五水硅酸钠共聚制备聚合硅酸氯化铝铁的方法，属于电子铝箔行业铝箔酸以及铝渣资源循环利用技术领域；本发明的目的是提供一种利用铝箔酸等废弃物制备絮凝性能高、稳定性的聚硅酸氯化铝铁的方法；本发明采用铁酸氧化、硅酸活化、碱化、聚合等工艺，最终制得聚合硅酸氯化铝铁；采用该方法所制备的混凝剂可广泛用于印染废水、生活污水、工业废水等的处理，具有很强的除COD、脱色、除浊能力，且形成矾花大而密实、矾花沉降时间短。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种制备聚合硅酸氯化铝铁的方法，特别涉及一种利用铝箔酸、铁酸制备聚合硅酸氯化铝铁的方法，属于电子铝箔行业铝箔酸以及铝渣资源循环利用领域，具体涉及一种利用电子铝箔腐蚀后产生的铝箔酸（AlCl₃含量在7-15%，HCl含量2.0-4.0%）、钢铁铁酸洗液(Fe含量为5-10%，H₂SO₄含量3-5%)、水玻璃以及铝渣生产污水处理用高效絮凝剂聚硅酸氯化铝铁的方法。

背景技术

    聚硅酸氯化铝铁是在聚硅酸及铝盐、铁盐絮凝剂基础上发展起来的一种复合型无机高分子絮凝剂。带负电的聚硅酸具有较高的相对分子质量，对水体中的胶体颗粒具有很强的吸附能力；而聚合铝铁盐在水中可以水解形成系列带正电的荷的水解羟基离子，具有较强的电中和能力。将二者复合成一种产品，使其成为同时具有电中和作用及吸附架桥能力的无机高分子混凝剂。由于具有混凝效果好，处理低温、低浊水有特效，价格便宜，在水中的残留金属离子低等特点，引起水处理界的极大关注。

铝箔酸洗废液主要指电子铝箔厂腐蚀工艺产生的含铝酸性废水。一家大型电子铝箔厂日产这种废液1000吨以上，全国现有该类型企业数十家。目前，对这种废酸的处理是用碱中和后排放掉，这样不仅要消耗大量的碱，而且会产生大量的氢氧化铝固体残渣，带来新的环境问题。

钢铁酸洗废液是典型的金属酸洗废液，均含大量的酸性物质和亚铁离子，若直接排放将对受纳水体和土壤环境造成严重污染。现有的处理方法是采用常压蒸馏——冷凝法来回收盐酸，但这种方法残留HCl太高，生产中对温度要求较高，能耗大，设备腐蚀严重，并对环境的污染比较严重。

电子铝箔厂腐蚀工艺产生的含铝酸性废水，在排放到污水管网之前，需要经过污水处理。该处理工艺中一个重要环节就是对这些酸性废水进行酸碱中和处理，随着废水的pH值的提高，废水中的铝盐发生水解形成氢氧化铝沉淀，在后续的渣水分离设备中被截留下来，经晾干后成为固体氢氧化铝物质（俗称铝渣）。这种无定形的氢氧化铝固体具有较高的活性，能在较温和的条件下被酸所溶解。

对于本发明的利用铝箔酸、钢铁酸洗液以及铝渣为原料制备具有良好储存稳定性以及絮凝性能的聚硅酸氯化铝铁高分子絮凝剂，目前尚未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用铝箔酸、铁酸制备聚合硅酸氯化铝铁的方法，是利用电子铝箔腐蚀后产生的铝箔酸（AlCl₃含量在7-15%，HCl含量2.0-4.0%）、钢铁铁酸洗液(Fe含量为5-10%，H₂SO₄含量3-5%)、水玻璃以及铝渣生产污水处理用高效絮凝剂聚硅酸氯化铝铁的方法。本发明是为了利用工业生产废弃物、推广绿色生产工艺，提供一种对污水的浊度、色度去除率高的、储存稳定性好的PASFC的制备方法及其应用与污水处理的方法。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：   

  一种制备聚合硅酸氯化铝铁的方法，包括如下步骤：（1）将100份钢铁酸洗液与200份的铝箔酸混合后，然后与1.5-3份氧化剂氯酸钠反应0.5-2小时，控制反应温度50-80℃，；（2）继续添加800-1300份的铝箔酸，控制混合溶液温度为40-60℃，按照0.05-0.2的Si/(Al+Fe)比例滴加五水偏硅酸钠溶液100-300份，反应1-4小时；（3）然后添加65-120份的Al(OH)₃铝渣使混合溶液碱化聚合、陈化，控制pH值在2.0-3.5之间，反应1-3小时，最终制得无机高分子絮凝剂聚合硅酸氯化铝铁产品。

一种采用上述方法制备的聚合硅酸氯化铝铁溶液，它是一种聚合硅酸氯化铝铁无机高分子共聚物溶液。其应用方法为：

用蒸馏水稀释：将聚硅酸氯化铝铁溶液稀释至浓度为30-50%，用盐酸将废水的pH调节到7.0-8.0，然后分别按照聚合硅酸氯化铝铁絮凝剂：污水的体积比为0.5-5：1000的比例在搅拌下缓慢加入废水中，搅拌2-5分钟，所述污水为印染、生活或工业污水。

本发明利用钢铁酸性液中的主要成分FeSO₄以及H₂SO₄、铝箔酸的主要成分AlCl₃以及HCl、铝渣的主要成分Al(OH)₃等工业废弃物为原料，辅助五水偏硅酸钠，通过氧化使Fe²⁺离子转化为Fe³⁺离子、酸溶、聚合等工艺，在较为温和的反应条件下利用铝渣中活性氢氧化铝成分调节混合溶液的pH值以及盐基度，形成稳定的共聚物聚硅酸氯化铝铁无机高分子。本发明的关键是充分利用工业废弃物原料、以铝渣作为耗酸原料，促进铝、硅、铁形成稳定的共聚物，产品的聚合控制操作性强、稳定性好、便于工业化生产。不仅解决这些废弃物的排放问题，而且能够为企业带来可观的经济效益，产品又能回用与污水处理工艺，促进企业的绿色生产与发展循环经济。

    本发明的有益效果是：采用该方法制备的聚合硅酸氯化铝铁可广泛用于印染废水、生活污水、工业废水等的处理，具有很强的除COD、脱色、除浊能力，且形成矾花大而密实、矾花沉降时间短。

具体实施方式

实施例1

一种利用铝箔酸、铁酸制备聚合硅酸氯化铝铁的方法，包括如下步骤：

（1）将100份钢铁酸洗液与200份的铝箔酸混合后，与1.5份氧化剂氯酸钠反应，控制温度50℃，反应时间0.5小时；

（2）继续添加800份的铝箔酸，控制混合溶液温度为40℃，按照0.05的Si/(Al+Fe)比例滴加五水偏硅酸钠溶液100份，反应1小时；

（3）然后添加70份的Al(OH)₃铝渣使混合溶液碱化聚合、陈化，控制pH值在2.0，反应1小时，最终制得无机高分子絮凝剂聚合硅酸氯化铝铁溶液。

实施例2

一种利用铝箔酸、铁酸制备聚合硅酸氯化铝铁的方法，包括如下步骤：

（1）将100份钢铁酸洗液与200份的铝箔酸混合后，与2.0份氧化剂氯酸钠反应，控制温度60℃，反应时间1小时；

（2）继续添加1000份的铝箔酸，控制混合溶液温度为50℃，按照0.1的Si/(Al+Fe)比例滴加五水偏硅酸钠溶液200份，反应2小时；

（3）然后添加86份的Al(OH)₃铝渣使混合溶液碱化聚合、陈化，控制pH值在2.5，反应2小时，最终制得无机高分子絮凝剂聚合硅酸氯化铝铁溶液。

实施例3

一种利用铝箔酸、铁酸制备聚合硅酸氯化铝铁的方法，包括如下步骤：

（1）将100份钢铁酸洗液与200份的铝箔酸混合后，与3份氧化剂氯酸钠反应，控制温度80℃，反应时间2小时；

（2）继续添加1300份的铝箔酸，控制混合溶液温度为60℃，按照0.2的Si/(Al+Fe)比例滴加五水偏硅酸钠溶液300份，反应4小时；

（3）然后添加112份的Al(OH)₃铝渣使混合溶液碱化聚合、陈化，控制pH值在3.5，反应3小时，最终制得无机高分子絮凝剂聚合硅酸氯化铝铁溶液。

实施例4

一种聚合硅酸氯化铝铁产品的的制备方法具体实施实例：

（1）氧化

以肇庆碧江环保科技有限公司的钢铁酸洗液、肇庆华锋电子铝箔股份有限公司的铝箔酸以及市售工业级NaClO₃为原料，其中钢铁酸洗液（铁酸）主要成分：FeSO₄，23.5%；H₂SO₄，6.5%；其余为水；铝箔酸主要化学成分：AlCl₃，10.2%；HCl，3.6%；其余为水；氯酸钠为工业级，NaClO3%≥98%。

将20-40g铁酸与40-80g铝箔酸混合后，升温到70℃后加入0.62-1.28g氯酸钠，保温并搅拌1-2小时，将Fe²⁺全部转化为Fe³⁺；

（2）硅酸活化

向步骤（1）制得的含Fe³⁺铝箔酸中加入160-320g铝箔酸，控制温度为40-60℃并搅拌，将12-25g Na₂SiO₃·5H₂O配成溶液，缓慢添加到混合溶液中，保温并搅拌1-3h，得到铝-铁-硅低聚复合溶液。

（3）碱化、聚合，生产聚合硅酸氯化铝铁

将步骤（2）制得的低聚物溶液升温到80℃，维持搅拌并缓慢加入14.5-30g 铝渣（Al(OH)₃%≥82%），搅拌反应、共聚1-3h，得到共聚高分子絮凝剂聚合硅酸氯化铝铁。

将本发明制得的聚硅酸氯化铝铁絮凝剂用于印染废水，并与聚合氯化铝(PAC)以及聚合氯化铝铁(PAFC)的处理效果进行对比，所用印染废水取自广东省肇庆某染整厂，污水水质如下：

pHCOD_Cr/(mg/L)色度/度浊度/NTU9.2355.6101835.2

取一定量的聚合硅酸氯化铝铁溶液、聚合氯化铝与聚合氯化铝铁固体产品，用蒸馏水稀释将据硅酸氯化铝铁溶液稀释至浓度的30-50%，并将固体的聚合氯化铝与聚合氯化铝铁稀释到相同浓度，用盐酸将废水的pH调节到7.0-8.0，然后分别按照絮凝剂：印染废水的体积比为1000：0.5-5的比例在搅拌下缓慢加入废水中，搅拌2-5分钟后静止一定时间后，取上层清液分析水质，结果如下：

絮凝剂COD_Cr去除率/%色度去除率/%浊度去除率/%矾花沉降时间/minPASFC81.590.397.64-8PAFC72.372.985.57-12PAC68.665.674.912-18

与PAC、PAFC相比，PASFC中由于复合了聚硅酸、聚铝以及聚铁几种絮凝剂的吸附能力、电中和能力等性能，生成的聚体更大的水解络合产物，因

此投加到水中后可同时发挥电中和作用和强烈的吸附架桥作用，从而表现出更好的除浊、脱色以及降COD效能.