CN107043118A - 一种利用聚合氯化铝生产废渣制备硫酸钙晶须的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用聚合氯化铝生产废渣制备硫酸钙晶须的方法,属于废弃物利用技术领域。本发明提供了一种以聚合氯化铝生产废渣作为原料,通过电泳处理,对其进行初步除杂分离,再利用微生物厌氧发酵,增加亚硫酸根含量,在高温高压下,以磷酸作为晶型调节剂,通过二氧化碳,获得碳酸钙晶体,通过烧结及低速分离去除杂质,将除杂后的沉淀物在高温下分解,随后使用盐酸溶解,获得游离的钙源,最后通过氧化剂氧化亚硫酸根及硫酸根与钙离子的结合,制得硫酸钙晶须。本发明制备的硫酸钙晶须的晶须呈有序性高,晶体完整,质量稳定,且制作成本低,充分利用了聚合氯化铝生产废渣,实现了废弃物的再次利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用聚合氯化铝生产废渣制备硫酸钙晶须的方法,属于废弃物利用技术领域。
背景技术
聚合氯化铝是水处理中的高效絮凝剂,具有吸附活性高、澄清泥沙时间短、适应pH值范围宽、不需要助凝剂和不受水温影响等特点,广泛应用于胶体、悬浮物、有机物、金属离子、磷酸盐、有毒金属、色度等的去除。国内外生产PAC的方法很多,我国生产聚合氯化铝的一种普遍方法,是用铝酸钙粉与酸液反应而制得,所用原料为铝酸钙粉和盐酸或三氯化铝溶液,每生产1 t质量分数为10%的液体聚合氯化铝就会产生约150 kg废渣。此类废渣呈黏稠状,具有弱酸性,如不处理会对环境产生极大危害。目前,国内外对聚合氯化铝生产废渣的主要处理方式是填埋和堆弃,不仅处理成本高,且污染环境,占用土地资源。
硫酸钙晶须,别名:石膏晶须,石膏纤维;成份分子式:CaSO4。硫酸钙晶须分为无水、半水、二水三种,其中无水硫酸钙晶须强度最高。二水硫酸钙晶须在超过110℃使用时起不到晶须的增强作用,工业应用前景小;无水及半水硫酸钙晶须则具有较高的强度和使用价值。
目前,硫酸钙晶须通常直接采用天然石膏为原料用水压热法和常压酸化法两种方法制备。虽然我国天然石膏储量丰富,可中国经济的快速发展使得对天然矿产资源的依赖性越来越强,从保持经济的长远发展来看,这种不可再生资源会越来越少甚至枯竭,而硫酸钙晶须及制品良好的市场应用前景又会加快天然石膏的消耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对目前聚合氯化铝生产废渣的处理方式为填埋和堆弃,不仅处理成本高,且污染环境,占用土地资源,同时目前硫酸钙晶须的制备以不可再生资源石膏作为原料,易导致资源枯竭的问题,本发明提供了一种以聚合氯化铝生产废渣作为原料,通过电泳处理,对其进行初步除杂分离,再利用微生物厌氧发酵,增加亚硫酸根含量,在高温高压下,以磷酸作为晶型调节剂,通过二氧化碳,获得碳酸钙晶体,通过烧结及低速分离去除杂质,将除杂后的沉淀物在高温下分解,随后使用盐酸溶解,获得游离的钙源,最后通过氧化剂氧化亚硫酸根及硫酸根与钙离子的结合,制得硫酸钙晶须。本发明制备的硫酸钙晶须的晶须呈有序性高,晶体完整,质量稳定,且制作成本低,充分利用了聚合氯化铝生产废渣,实现了废弃物的再次利用。
为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是:
(1)按质量比1:2,取聚合氯化铝生产废渣和质量分数为4%的葡萄糖溶液放入搅拌机中,以800r/min搅拌30~40min,将搅拌混合物放入电泳槽中进行电泳,设定电压为400~500V,电泳13~18h,收集电泳槽负极处的富集物,将富集物放入80℃干燥箱中干燥7~8h,收集干燥物A;
(2)按重量份数计,取60~65份水、30~35份上述干燥物A、28~32份葡萄糖、19~22份琼脂、12~14份硝酸钠、9~12份曲霉、6~9份氯化钾及3~5份磷酸氢二钾,放入发酵罐中,使用氮气将发酵罐中的空气排出,设定温度为35~40℃,以160r/min搅拌发酵2~4天;
(3)在上述搅拌发酵结束后,收集发酵罐中的发酵混合物放入反应釜中,向反应釜中加入发酵混合物质量2~4%的磷酸,使用混合气将反应釜中空气排出,并升压至1.0~1.2MPa,设定温度为60~65℃,以300r/min搅拌4~7h后,静置1~2h,随后自然冷却至室温,降压至标准大气压,出料收集出料物,对出料物进行过滤,收集滤渣;
(4)将上述滤渣放入烧结炉中,设定温度为400~500℃,烧结2~3h,收集烧结混合物,并与烧结混合物质量7~10%的水混合均匀,置于2~4℃下静置6~9h,将静置结束后的混合物与静置结束后的混合物质量2~3倍的水混合均匀放入离心机中,以1100r/min离心20~25min,收集沉淀物;
(5)将上述沉淀物放入煅烧炉中,设定温度为950~1050℃,煅烧2~3h,随炉冷却至室温,收集煅烧物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:3~1:5,将过筛颗粒与1.8mol/L盐酸放入容器中,并对容器进行加热,加热至50~55℃,保温70~75min后过滤,收集过滤液,将过滤液放入高压反应釜中,再向高压反应釜加入过滤液质量40~45%的硫酸钠及过滤液体积12%的1.3mol/L双氧水,设定温度为130~140℃,压力为1.2~1.4MPa,保温8~9h后出料,对出料物进行过滤,收集滤饼放入160℃干燥箱中干燥1~2h,收集干燥物,即可得硫酸钙晶须。
经检测本发明制备的硫酸钙晶须得:晶须直径为2~6μm,长度为70~200μm,硫酸钙晶须白度≥99.2%,硫酸钙晶须纯度≥98.5%,抗张强度为25~32GPa,莫氏硬度为3~4,熔点为1630~1690℃。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
(1)本发明制备的硫酸钙晶须的晶须呈有序性高,晶体完整,质量稳定,且制作成本低,充分利用了聚合氯化铝生产废渣,实现了废弃物的再次利用;
(2)本发明制备的硫酸钙晶须可用于造纸、涂料、橡胶、塑料等方面,制备过程对环境无污染。
具体实施方式
按质量比1:2,取聚合氯化铝生产废渣和质量分数为4%的葡萄糖溶液放入搅拌机中,以800r/min搅拌30~40min,将搅拌混合物放入电泳槽中进行电泳,设定电压为400~500V,电泳13~18h,收集电泳槽负极处的富集物,将富集物放入80℃干燥箱中干燥7~8h,收集干燥物A;按重量份数计,取60~65份水、30~35份上述干燥物A、28~32份葡萄糖、19~22份琼脂、12~14份硝酸钠、9~12份曲霉、6~9份氯化钾及3~5份磷酸氢二钾,放入发酵罐中,使用氮气将发酵罐中的空气排出,设定温度为35~40℃,以160r/min搅拌发酵2~4天;在上述搅拌发酵结束后,收集发酵罐中的发酵混合物放入反应釜中,向反应釜中加入发酵混合物质量2~4%的磷酸,使用混合气将反应釜中空气排出,并升压至1.0~1.2MPa,设定温度为60~65℃,以300r/min搅拌4~7h后,静置1~2h,随后自然冷却至室温,降压至标准大气压,出料收集出料物,对出料物进行过滤,收集滤渣;将上述滤渣放入烧结炉中,设定温度为400~500℃,烧结2~3h,收集烧结混合物,并与烧结混合物质量7~10%的水混合均匀,置于2~4℃下静置6~9h,将静置结束后的混合物与静置结束后的混合物质量2~3倍的水混合均匀放入离心机中,以1100r/min离心20~25min,收集沉淀物;将上述沉淀物放入煅烧炉中,设定温度为950~1050℃,煅烧2~3h,随炉冷却至室温,收集煅烧物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:3~1:5,将过筛颗粒与1.8mol/L盐酸放入容器中,并对容器进行加热,加热至50~55℃,保温70~75min后过滤,收集过滤液,将过滤液放入高压反应釜中,再向高压反应釜加入过滤液质量40~45%的硫酸钠及过滤液体积12%的1.3mol/L双氧水,设定温度为130~140℃,压力为1.2~1.4MPa,保温8~9h后出料,对出料物进行过滤,收集滤饼放入160℃干燥箱中干燥1~2h,收集干燥物,即可得硫酸钙晶须。
实例1
按质量比1:2,取聚合氯化铝生产废渣和质量分数为4%的葡萄糖溶液放入搅拌机中,以800r/min搅拌30min,将搅拌混合物放入电泳槽中进行电泳,设定电压为400V,电泳13h,收集电泳槽负极处的富集物,将富集物放入80℃干燥箱中干燥7h,收集干燥物A;按重量份数计,取60份水、30份上述干燥物A、28份葡萄糖、19份琼脂、12份硝酸钠、9份曲霉、6份氯化钾及3份磷酸氢二钾,放入发酵罐中,使用氮气将发酵罐中的空气排出,设定温度为35℃,以160r/min搅拌发酵2天;在上述搅拌发酵结束后,收集发酵罐中的发酵混合物放入反应釜中,向反应釜中加入发酵混合物质量2%的磷酸,使用混合气将反应釜中空气排出,并升压至1.0MPa,设定温度为60℃,以300r/min搅拌4h后,静置1h,随后自然冷却至室温,降压至标准大气压,出料收集出料物,对出料物进行过滤,收集滤渣;将上述滤渣放入烧结炉中,设定温度为400℃,烧结2h,收集烧结混合物,并与烧结混合物质量7%的水混合均匀,置于2℃下静置6h,将静置结束后的混合物与静置结束后的混合物质量2倍的水混合均匀放入离心机中,以1100r/min离心20min,收集沉淀物;将上述沉淀物放入煅烧炉中,设定温度为950℃,煅烧2h,随炉冷却至室温,收集煅烧物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:3,将过筛颗粒与1.8mol/L盐酸放入容器中,并对容器进行加热,加热至50℃,保温70min后过滤,收集过滤液,将过滤液放入高压反应釜中,再向高压反应釜加入过滤液质量40%的硫酸钠及过滤液体积12%的1.3mol/L双氧水,设定温度为130℃,压力为1.2MPa,保温8h后出料,对出料物进行过滤,收集滤饼放入160℃干燥箱中干燥1h,收集干燥物,即可得硫酸钙晶须。
经检测本发明制备的硫酸钙晶须得:晶须直径为2μm,长度为70μm,硫酸钙晶须白度为99.2%,硫酸钙晶须纯度为98.5%,抗张强度为25GPa,莫氏硬度为3,熔点为1630℃。
实例2
按质量比1:2,取聚合氯化铝生产废渣和质量分数为4%的葡萄糖溶液放入搅拌机中,以800r/min搅拌40min,将搅拌混合物放入电泳槽中进行电泳,设定电压为500V,电泳18h,收集电泳槽负极处的富集物,将富集物放入80℃干燥箱中干燥8h,收集干燥物A;按重量份数计,取65份水、35份上述干燥物A、32份葡萄糖、22份琼脂、14份硝酸钠、12份曲霉、9份氯化钾及5份磷酸氢二钾,放入发酵罐中,使用氮气将发酵罐中的空气排出,设定温度为40℃,以160r/min搅拌发酵4天;在上述搅拌发酵结束后,收集发酵罐中的发酵混合物放入反应釜中,向反应釜中加入发酵混合物质量4%的磷酸,使用混合气将反应釜中空气排出,并升压至1.2MPa,设定温度为65℃,以300r/min搅拌7h后,静置2h,随后自然冷却至室温,降压至标准大气压,出料收集出料物,对出料物进行过滤,收集滤渣;将上述滤渣放入烧结炉中,设定温度为500℃,烧结3h,收集烧结混合物,并与烧结混合物质量10%的水混合均匀,置于4℃下静置9h,将静置结束后的混合物与静置结束后的混合物质量3倍的水混合均匀放入离心机中,以1100r/min离心25min,收集沉淀物;将上述沉淀物放入煅烧炉中,设定温度为1050℃,煅烧3h,随炉冷却至室温,收集煅烧物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:5,将过筛颗粒与1.8mol/L盐酸放入容器中,并对容器进行加热,加热至55℃,保温75min后过滤,收集过滤液,将过滤液放入高压反应釜中,再向高压反应釜加入过滤液质量45%的硫酸钠及过滤液体积12%的1.3mol/L双氧水,设定温度为140℃,压力为1.4MPa,保温9h后出料,对出料物进行过滤,收集滤饼放入160℃干燥箱中干燥2h,收集干燥物,即可得硫酸钙晶须。
经检测本发明制备的硫酸钙晶须得:晶须直径为6μm,长度为200μm,硫酸钙晶须白度为99.8%,硫酸钙晶须纯度为99.7%,抗张强度为32GPa,莫氏硬度为4,熔点为1690℃。
实例3
按质量比1:2,取聚合氯化铝生产废渣和质量分数为4%的葡萄糖溶液放入搅拌机中,以800r/min搅拌35min,将搅拌混合物放入电泳槽中进行电泳,设定电压为450V,电泳15h,收集电泳槽负极处的富集物,将富集物放入80℃干燥箱中干燥8h,收集干燥物A;按重量份数计,取63份水、33份上述干燥物A、30份葡萄糖、20份琼脂、13份硝酸钠、10份曲霉、7份氯化钾及4份磷酸氢二钾,放入发酵罐中,使用氮气将发酵罐中的空气排出,设定温度为38℃,以160r/min搅拌发酵3天;在上述搅拌发酵结束后,收集发酵罐中的发酵混合物放入反应釜中,向反应釜中加入发酵混合物质量3%的磷酸,使用混合气将反应釜中空气排出,并升压至1.1MPa,设定温度为63℃,以300r/min搅6h后,静置2h,随后自然冷却至室温,降压至标准大气压,出料收集出料物,对出料物进行过滤,收集滤渣;将上述滤渣放入烧结炉中,设定温度为430℃,烧结3h,收集烧结混合物,并与烧结混合物质量9%的水混合均匀,置于3℃下静置7h,将静置结束后的混合物与静置结束后的混合物质量2倍的水混合均匀放入离心机中,以1100r/min离心23min,收集沉淀物;将上述沉淀物放入煅烧炉中,设定温度为1000℃,煅烧2h,随炉冷却至室温,收集煅烧物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:4,将过筛颗粒与1.8mol/L盐酸放入容器中,并对容器进行加热,加热至53℃,保温73min后过滤,收集过滤液,将过滤液放入高压反应釜中,再向高压反应釜加入过滤液质量43%的硫酸钠及过滤液体积12%的1.3mol/L双氧水,设定温度为135℃,压力为1.3MPa,保温8h后出料,对出料物进行过滤,收集滤饼放入160℃干燥箱中干燥2h,收集干燥物,即可得硫酸钙晶须。
经检测本发明制备的硫酸钙晶须得:晶须直径为4μm,长度为168μm,硫酸钙晶须白度为99.3%,硫酸钙晶须纯度为99.2%,抗张强度为28GPa,莫氏硬度为4,熔点为1650℃。
Claims (1)
1.一种利用聚合氯化铝生产废渣制备硫酸钙晶须的方法,其特征在于具体制备步骤为:
(1)按质量比1:2,取聚合氯化铝生产废渣和质量分数为4%的葡萄糖溶液放入搅拌机中,以800r/min搅拌30~40min,将搅拌混合物放入电泳槽中进行电泳,设定电压为400~500V,电泳13~18h,收集电泳槽负极处的富集物,将富集物放入80℃干燥箱中干燥7~8h,收集干燥物A;
(2)按重量份数计,取60~65份水、30~35份上述干燥物A、28~32份葡萄糖、19~22份琼脂、12~14份硝酸钠、9~12份曲霉、6~9份氯化钾及3~5份磷酸氢二钾,放入发酵罐中,使用氮气将发酵罐中的空气排出,设定温度为35~40℃,以160r/min搅拌发酵2~4天;
(3)在上述搅拌发酵结束后,收集发酵罐中的发酵混合物放入反应釜中,向反应釜中加入发酵混合物质量2~4%的磷酸,使用混合气将反应釜中空气排出,并升压至1.0~1.2MPa,设定温度为60~65℃,以300r/min搅拌4~7h后,静置1~2h,随后自然冷却至室温,降压至标准大气压,出料收集出料物,对出料物进行过滤,收集滤渣;
(4)将上述滤渣放入烧结炉中,设定温度为400~500℃,烧结2~3h,收集烧结混合物,并与烧结混合物质量7~10%的水混合均匀,置于2~4℃下静置6~9h,将静置结束后的混合物与静置结束后的混合物质量2~3倍的水混合均匀放入离心机中,以1100r/min离心20~25min,收集沉淀物;
(5)将上述沉淀物放入煅烧炉中,设定温度为950~1050℃,煅烧2~3h,随炉冷却至室温,收集煅烧物放入粉碎机中粉碎,过200目筛,收集过筛颗粒,按质量比1:3~1:5,将过筛颗粒与1.8mol/L盐酸放入容器中,并对容器进行加热,加热至50~55℃,保温70~75min后过滤,收集过滤液,将过滤液放入高压反应釜中,再向高压反应釜加入过滤液质量40~45%的硫酸钠及过滤液体积12%的1.3mol/L双氧水,设定温度为130~140℃,压力为1.2~1.4MPa,保温8~9h后出料,对出料物进行过滤,收集滤饼放入160℃干燥箱中干燥1~2h,收集干燥物,即可得硫酸钙晶须。
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CN114655973B (zh) * | 2022-04-27 | 2024-01-09 | 河南爱尔福克化学股份有限公司 | 一种聚合氯化铝生产滤渣回收方法及装置 |
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