CN101074128A - 一种聚合氯化铁铝复合混凝剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无机高分子混凝剂的制备方法，尤其是利用盐酸酸洗废液和铝酸钙粉制备聚合氯化铁铝复合混凝剂的制备方法，属化学化工技术领域。本发明的特点在于：根据盐酸酸洗废液游离酸含量及含铁量，控制其中的Fe2+浓度为75～90g/L，以它为铁源；又采用铝酸钙粉为铝源，其中的Al2O3含量为47～56％；按铝酸钙粉和盐酸酸洗废液的质量比为0.05～0.10的比例将两者原料放入于反应器中，在50～80℃温度下搅拌反应1～3小时；在反应过程中加入少量氯酸盐类氧化剂和磷酸盐稳定剂；加热搅拌反应，反应结束，冷却至室温，即得液体聚合氯化铁铝复合混凝剂。该产品主要用于生活污水和工业废水的净化处理。本发明工艺简单，并为盐酸酸洗废液的综合利用开阔途径。

Description

一种聚合氯化铁铝复合混凝剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种无机高分子混凝剂的制备方法，尤其是利用盐酸酸洗废液和铝酸钙粉制备聚合氯化铁铝复合混凝剂的制备方法，属化学化工技术领域。
背景技术
为改善钢材表面结构或对表面进行加工处理，常利用强酸的腐蚀作用对钢材表面进行清洗，以去除钢材表面的锈蚀物，而当清洗进行到一定程度时，洗液中酸浓度降低，酸洗速率减慢，必须更换新酸以维持合适的酸洗速度，残液外排即形成含有高浓度金属离子及残酸的酸洗废液。酸洗废液中一般含有0.05～5g/L的H+和60～250g/L的Fe2+，我国每年酸洗废液排放量近百万立方米。由于酸洗废液会对环境造成严重污染，目前已被列为危险废物进行管理。由于传统的处理方法会产生大量泥渣且浪费资源，近年来对钢铁酸洗废水的处理和综合利用上得到了一定的重视和研究，其中一个主要方面就是利用其作为生产无机混凝剂的原料，如制备聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁等。
铁铝复合混凝剂是七十年代研究和发展起来的一种新型无机高分子混凝剂，它具有铝盐的优良混凝性能和铁盐的沉降速度快、吸附性能强等优点，并克服了铁盐的出水不清、色度高和铝盐的矾花生成慢、矾花轻等缺点。
利用酸洗废液(硫酸酸洗废液或盐酸酸洗废液)制备聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁混凝剂已有许多专利和文献，如中国专利申请号为200510101065.6、02115953.X、CN99102960.7、93118752.4、88105465.8的专利文献。但这些专利和文献报道的产品要么是以铁盐为单一组分的聚铁混凝剂，要么是以铝盐为主的铝铁复合混凝剂。以铁盐为主的聚合氯化铁铝复合混凝剂还未见报道。且以酸洗废液和铝酸钙粉为原料制备复合混凝剂聚合氯化铁铝复合混凝剂也未见报道。
利用酸洗废液和铝酸钙粉为原料制备复合混凝剂聚合氯化铁铝，既可以发挥铁、铝混凝剂的长处，又能克服自各的缺点。既为酸洗废液的综合利用提供一种可行途径，又能为混凝剂生产提供原料廉价的生产工艺，达到以废治废的目的，具有很好的经济效益、社会效益和环境效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用盐酸酸洗废液和铝酸钙粉为主要原料来制备聚合氯化铁铝复合混凝剂的方法。
本发明一种聚合氯化铁铝复合混凝剂的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.原料的准备：采用盐酸酸洗废液和铝酸钙粉为主要原料；盐酸酸洗液中的Fe2+浓度为75～90g/L；铝酸钙粉中的Al2O3含量为47～56％；
b.取一定量的盐酸酸洗废液放置于反应器中，在50～80℃温度和搅拌条件下分批加入氯酸盐类氧化剂，使二价铁离子全部氧化为三价铁离子；
c.然后按铝酸钙粉和盐酸酸洗废液的质量比为0.05～0.10的比例加入铝酸钙粉，在50～80℃温度下搅拌反应1～3小时，使物料中的铝最大限度地溶于液相中并与铁离子进行复合聚合；
d.然后趁热过滤，得滤液，并按P/[Fe+Al]摩尔比＝0.05～0.15的比例在滤液中加入磷酸盐或磷酸二氢盐稳定剂，继续搅拌反应；反应结束，冷却至室温，即得液体聚合氯化铁铝复合混凝剂。
本发明中所述的盐酸酸洗废液中的Fe2+浓度最适宜为75～85g/L；所述的铝酸钙粉中的Al2O3含量最适宜为50～55％；所述的铝酸钙粉和盐酸酸洗废液的最适宜质量比为0.07～0.09；所述的搅拌反应其最适宜的反应温度为60～75℃；最适宜的反应时间为1.5～2.5小时。
本发明方法具有如下的优点和特点：
(1)本发明利用酸洗废液和铝酸钙粉为原料，可以大大降低聚合氯化铁铝的制造成本；由于该产品主要用于生活污水和工业废水的净化处理，因此也可以大大降低废水处理的成本；并有利于该新型混凝剂的推广应用。
(2)对酸洗废液进行综合利用，在降低无机高分子混凝剂生产成本的同时，又能提高其环境价值，达到以废治废目的，实现酸洗废液的资源化及综合利用。
(3)聚合铁铝混凝剂中亚铁含量会影响其水处理性能，采用氧化当量高的氯酸盐氧化剂，可以有效地把二价铁离子氧化为三价铁离子，使产品中Fe2+离子浓度低于0.1％。
(4)采用磷酸盐作为稳定剂，可克服聚合铁铝混凝剂不稳定的缺点，使产品具有良好的稳定性，不会产生沉淀。
(5)本发明方法工艺简单，操作容易方便，制得的聚合氯化铁铝混凝剂性能优良，质量稳定。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
取比重为1.157的盐酸酸洗废液347.1g(300mL)于反应釜中，常压下，在搅拌和一定温度(60～75℃)条件下定量分批加入7.7g氯酸钠氧化剂。然后加入20.0g铝酸钙粉，搅拌反应1.5～2.5小时。最后趁热过滤，在滤液中加入7.4g磷酸二氢钠稳定剂，搅拌溶解即得Fe2O3百分含量为9.30％，Al2O3百分含量为2.72％，盐基度为4.95％，Fe2+浓度低于0.1％的稳定性聚合氯化铁铝。
实施例2
称取比重为1.157的盐酸酸洗废液347.1g(300mL)于反应釜中，常压下，在搅拌和一定温度(60～75℃)条件下定量分批加入7.7g氯酸钠氧化剂。然后加入25.0g铝酸钙粉，搅拌反应1.5～2.5小时。最后趁热过滤，在滤液中加入23.4g磷酸钠稳定剂，搅拌溶解即得Fe2O3百分含量为7.78％，Al2O3百分含量为3.34％，盐基度为6.44％，Fe2+浓度低于0.1％的稳定性聚合氯化铁铝。
实施例3
取比重为1.229的盐酸酸洗废液368.7g(300mL)、工业盐酸74mL和15mL蒸馏水于反应釜中，常压下，在搅拌和一定温度(60～75℃)条件下定量分批加入8.3g氯酸钠氧化剂。然后加入32.4g铝酸钙粉，搅拌反应1.5～2.5小时。最后趁热过滤，在滤液中加入30.6g磷酸钠稳定剂，搅拌溶解即得Fe2O3百分含量为7.77％，Al2O3百分含量为3.15％，盐基度为6.17％，Fe2+浓度低于0.1％的稳定性聚合氯化铁铝。
实施例4
取比重为1.229的盐酸酸洗废液368.7g(300mL)，常压下，在搅拌和一定温度(60～75℃)条件下定量分批加入8.3g氯酸钠氧化剂。然后加入30.0g铝酸钙粉，搅拌反应1.5～2.5小时。最后趁热过滤，在滤液中加入5.9g磷酸钠稳定剂，搅拌溶解即得Fe2O3百分含量为5.86％，Al2O3百分含量为3.59％，盐基度为7.87％，Fe2+浓度低于0.1％的稳定性聚合氯化铁铝。
本发明实施例中所制得的聚合氯化铁铝(PFAC)与其他混凝剂对污水或废水中COD和浊度去除效果的对比见下表1和表2。
表1  聚合氯化铁铝(PFAC)与聚合硫酸铁(PFS)混凝剂对城市生活污水中COD和浊度去除效果的对比
  PFS   PFAC
  投药量(mg/L)   残余COD(mg/L)   余浊度(NTU)   投药量(mg/L)   残余COD(mg/L)   余浊度(NTU)
  0.5   98.2   9.4   0.5   77.8   3.22
  1.0   90.3   7.07   1.0   83.8   2.51
  2.0   83.8   6.78   2.0   61.9   1.37
  3.0   82.1   5.49   3.0   53.9   0.82
  4.0   79.7   5.02   4.0   76.6   2.2
注：原水浊度为45.5NTU，COD为184.6mg/L；PFS(Fe2O3＝15.1％，B＝15.8％)；PFAC(Fe2O3＝5.9％，Al2O3＝3.4％，B＝8.0％)；投药量以氧化物计。B为盐基度。
从表1所示结果可见，在相同最佳投加量条件下，聚合氯化铁铝(PFAC)混凝剂对生活污水中COD和浊度去除效果比聚合硫酸铁(PFS)要好，COD和浊度去除率分别可提高4～15％和6～13％。
表2  聚合氯化铁铝(PFAC)与聚合氯化铝(PAC)混凝剂对感光胶生产废水中COD和浊度去除效果的对比
  PAC   PFAC
  体积(mL/L)   残余COD(mg/L)   余浊度(NTU)   体积(mL/L)   残余COD(mg/L)   余浊度(NTU)
  0.1   374   44.7   0.1   362   44.1
  0.2   362   33.9   0.2   320   24.7
  0.3   358   35.8   0.3   316   15.1
  0.4   358   32.9   0.4   304   10.5
  0.5   342   20.5   0.5   288   9.6
  0.6   340   22.5   0.6   298   11.1
注：原水浊度为594NTU，COD为678.0mg/L；PAC(Al2O3＝10.9％，B＝71.8％)；PFAC(Fe2O3＝5.9％，Al2O3＝3.4％，B＝8.0％)。在混凝反应时均加入5ppm阳离子聚丙烯酰胺(PAM)助凝剂。B为盐基度。
从表2所示结果可见，虽然所投加的聚合氯化铁铝混凝剂浓度(9.3％，以Fe2O3+Al2O3计)低于聚合氯化铝混凝剂浓度(10.9％，以Al2O3计)，但其在相同体积投加量时，聚合氯化铁铝(PFAC)混凝剂对感光胶生产废水中COD和浊度去除效果比聚合氯化铝(PAC)要好，COD和浊度去除率分别可提高6％和3％左右。

Claims (2)

1.一种聚合氯化铁铝复合混凝剂的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
a.原料的准备：采用盐酸酸洗废液和铝酸钙粉为主要原料；盐酸酸洗废液中的Fe2+浓度为75～90g/L；铝酸钙粉中的Al2O3含量为47～56％；
b.取一定量的盐酸酸洗废液放置于反应器中，在50～80℃温度和搅拌条件下分批加入氯酸盐类氧化剂，使二价铁离子全部氧化为三价铁离子；
c.然后按铝酸钙粉和盐酸酸洗废液的质量比为0.05～0.10的比例加入铝酸钙粉，在50～80℃温度下搅拌反应1～3小时，使物料中的铝最大限度地溶于液相中并与铁离子进行复合聚合；
d.然后趁热过滤，得滤液，并按P/[Fe+Al]摩尔比＝0.05～0.15的比例在滤液中加入磷酸盐或磷酸二氢盐稳定剂，继续搅拌反应；反应结束，冷却至室温，即得液体聚合氯化铁铝复合混凝剂。
2.如权利要求1所述的一种聚合氯化铁铝复合混凝剂，其特征在于所述的盐酸酸洗废液中的Fe2+浓度最适宜为75～85g/L；所述的铝酸钙粉中的Al2O3含量最适宜为50～55％；所述的铝酸钙粉和盐酸酸洗废液的最适宜质量比为0.07～0.09；所述的搅拌反应其最适宜的反应温度为60～75℃；最适宜的反应时间为1.5～2.5小时。
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