一种利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法及应用

1.本发明涉及絮凝剂技术领域，特别涉及利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法及应用。


背景技术：

2.煤气作为现代能源不可缺少的原料，在当今社会一直处于重要的地位。煤气是指煤通过汽化炉燃烧与水反应所形成的易燃气体，在此过程中，煤在有氧条件下不完全燃烧时，产生co和h2的过程中还会产生粉煤灰和煤渣等副产物，而这些废弃物由于热量较低、水分较大、含重金属等原因难以被利用。目前，能源结构仍以煤炭为主，每年会产生大量的气化灰渣；煤气化灰渣主要利用方式多为填埋和贮存，会造成环境污染及资源浪费。为此，许多学者对气化灰渣这一系列固废的利用问题展开研究。当前已有的研究中，煤气化灰渣用作城市建筑水泥原料、土壤改良剂、水处理剂等为该系列固废的主要研究方向。
3.聚合硅酸铝铁絮凝剂是一种新型复合无机高分子絮凝剂，其是在聚硅酸和传统铝盐、铁盐絮凝剂上的基础上发展起来的。其具有良好的除浊、脱色、去除有机物和重金属离子等效果。近年来，聚合硅酸铝铁絮凝剂由于其在工业、商业以及科学上的大量应用而得到了广泛关注。在已有报道中，于跃等人利以煤矸石、粉煤灰等固体废弃物为原料制备聚合硅酸铝铁絮凝剂（公开号：cn109809419a，申请号：201711155494.0，发明名称一种制备聚硅酸铝铁絮凝剂的方法）。其制备过程中需添加额外活化剂，焙烧过程中需进行加压。
4.调研表明，尚未有利用煤气化灰渣为原料制作聚合硅酸铝铁絮凝剂的报道。而煤气化灰渣中包含大量的非晶态物质，如含钙铁的硅铝酸盐，以及少量的硅酸盐、硅铝酸盐、钙铁氧化物等，其与聚硅酸铝铁絮凝剂具有相似的元素组成。
5.

技术实现要素：
解决的技术问题：本技术主要是提出一种利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法及应用，解决了现有技术制备过程中需添加额外活化剂，需进行加压焙烧，工艺流程复杂，能耗高等问题。故本发明利用气化灰渣，经焙烧、酸浸、碱浸、共聚合四个步骤制备聚合硅酸铝铁絮凝剂，可以有效降低钢铁废水的浊度、色度及cod。
6.技术方案：一种利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法，所述方法包括如下步骤：a、焙烧活化：将气化灰渣粉碎后过100目筛，取气化灰渣放入刚玉坩埚中，然后添加na2co3作为助溶剂混合均匀，放入马弗炉中焙烧；b、酸浸：将焙烧后的气化灰渣与浓度为5mol/l盐酸溶液在95℃水浴条件下搅拌1.4h，趁热抽滤将固液分离，获得酸浸液和酸浸渣，使用30ml热水洗涤滤渣3次，并将洗涤液与酸浸液混合，得到铁铝溶液；酸浸渣在105℃下烘干4-8h后备用；c、碱浸：将上述烘干后的酸浸渣研磨至无明显颗粒感，将酸浸渣与5mol/l的naoh于75℃条件下加热搅拌0.5h，趁热过滤，获得母液，使用30ml热水洗涤滤渣3次，获得洗涤液，然后将母液和洗涤液定容至50ml，并与26.5ml的20%h2so4溶液混合，在转速为600-800r/
min磁力搅拌下保持5h，即得到聚硅酸溶液；d、共聚合：搅拌条件下，以约1ml/s的流速将铁铝溶液加入到聚硅酸溶液中，在上述溶液中滴加5mol/l naoh溶液，中和到预定的ph值，常温常压下陈化48h，即得到了聚硅酸铝铁絮凝剂。
7.作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤a中气化灰渣与na2co3质量比为6.6：1。
8.作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤a中焙烧温度为900℃，焙烧时间为2h。
9.作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤b中焙烧后的气化灰渣与盐酸溶液固液比为1：8。
10.作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤c中酸浸渣与naoh溶液固液比为1：10。
11.作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤d中所加入的聚硅酸溶液与铁铝溶液体积比为1：3。
12.本技术还公开了一种利用上述方法制得聚合硅酸铝铁絮凝剂在钢铁废水净化中的应用。
13.有益效果：本技术所述利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法及应用采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、与现有技术相比，本发明利用了气化灰渣中的有效成分，降低了生产成本。且制备过程中无需添加额外活化剂，常压焙烧，工艺流程相对简单，能耗低，从而达到对气化灰渣的二次利用，减少环境污染同时达到资源再利用。
14.2、与现有技术相比，本发明对钢铁废水浊度的去除率可达到93.7%，相比现有技术，浊度去除率提升了38.7%。
15.3、与现有技术相比，本发明对钢铁废水色度的去除率可达到36.5%，相比现有技术，色度去除率提升了18.2%。
16.4、与现有技术相比，本发明对钢铁废水cod的去除率可达到70.9%，相比现有技术，cod去除率提升了15.6%。
附图说明
17.图1为本技术不同聚硅酸溶液与铁铝溶液配比对絮凝剂降低钢铁废水浊度效果的影响图；图2为本技术不同聚硅酸溶液与铁铝溶液配比对絮凝剂降低钢铁废水色度效果的影响图；图3为本技术不同聚硅酸溶液与铁铝溶液配比对絮凝剂降低钢铁废水cod效果的影响图；图4为本技术不同ph制备条件下的絮凝剂降低钢铁废水浊度效果的影响图；图5为本技术不同ph制备条件下的絮凝剂降低钢铁废水色度效果的影响图。
具体实施方式
18.下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细描述，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明的具体实施方式范围构成限定。
19.实施例1：
为探讨不同铁铝溶液和聚硅酸溶液配比对絮凝剂降低钢铁废水浊度、色度和cod效果的影响，先按下述步骤制备聚合硅酸铝铁絮凝剂：一种利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法，所述方法包括如下步骤：a、焙烧活化：将气化灰渣粉碎后过100目筛，取10g气化灰渣放入刚玉坩埚中，然后添加1.51g na2co3作为助溶剂混合均匀，放入马弗炉中在900℃下焙烧2h；b、酸浸：将焙烧后的气化灰渣与80ml 5mol/l盐酸溶液在95℃水浴条件下搅拌1.4h，趁热抽滤将固液分离，获得酸浸液和酸浸渣。使用30ml热水洗涤滤渣3次，并将洗涤液与酸浸液混合，得到铁铝溶液；酸浸渣在105℃下烘干4-8h后备用；c、碱浸：将上述烘干后的酸浸渣研磨至无明显颗粒感，将酸浸渣与50ml 5mol/l的naoh于75℃条件下加热搅拌0.5h，趁热过滤，获得母液。使用30ml热水洗涤滤渣3次，获得洗涤液，然后将母液和洗涤液定容至50ml，并与26.5ml的20%h2so4溶液混合，在转速为600-800r/min的磁力搅拌下保持5h，即得到聚硅酸溶液。
20.d、共聚合：调整聚硅酸溶液和铁铝溶液配比，分别为1：0.5、1、2、3、5、10，以得到不同的(fe+al)/si摩尔比。在上述溶液中滴加5mol/l naoh溶液，使混合溶液ph值为2.5。常温常压下陈化48h，即得到了聚硅酸铝铁絮凝剂。
21.而后取200ml的钢铁废水，分别加入不同配比的絮凝剂，以探究不同配比对絮凝剂性能的影响。加入絮凝剂后的钢铁废水在120r/min转速下搅拌2min，后在60r/min转速下搅拌7min，静置10min后，在液面下2cm处取上清液。分别测其色度、浊度、cod，并计算其去除率。结果如图1、2、3所示。结果表明，当聚硅酸溶液与铁铝溶液配比为1：3时，其具有最佳的浊度、色度及cod去除率，浊度、色度以及cod去除率可达93.7%、36.5%和71%。当聚硅酸溶液与铁铝溶液配比小于1:1时，絮凝剂浊度去除率达到75%以上，色度去除率达到20%以上，cod去除率达到55%以上。而市售聚硅酸絮凝剂对钢铁废水中浊度、色度以及cod去除率仅为65.1%、18.3%和55%。
22.实施例2：ph条件筛选。
23.先按下述步骤制备聚合硅酸铝铁絮凝剂：a、焙烧活化：将气化灰渣粉碎后过100目筛，取10g气化灰渣放入刚玉坩埚中，然后添加1.51g na2co3作为助溶剂混合均匀，放入马弗炉中在900℃下焙烧2h；b、酸浸：将焙烧后的气化灰渣与80ml为5mol/l盐酸溶液在95℃水浴条件下搅拌1.4h，趁热抽滤将固液分离，获得酸浸液和酸浸渣。使用30ml热水洗涤滤渣3次，并将洗涤液与酸浸液混合，得到铁铝溶液；酸浸渣在105℃下烘干4-8h后备用；c、碱浸：将上述烘干后的酸浸渣研磨至无明显颗粒感，将酸浸渣与50ml 5mol/l的naoh于75℃条件下加热搅拌0.5h，趁热过滤，获得母液。使用30ml热水洗涤滤渣3次，获得洗涤液，然后将母液和洗涤液定容至50ml，并与26.5ml的20%h2so4溶液混合，在转速为600-800r/min的磁力搅拌下保持5h，即得到聚硅酸溶液；d、共聚合：聚硅酸溶液与铁铝溶液按照1:2的体积比进行搅拌混合。在上述溶液中滴加5mol/l naoh溶液，调节ph至1.5、2、2.5、3。常温常压下陈化48h，即得到了不同ph条件下制备的聚硅酸铝铁絮凝剂。
24.而后取200ml的钢铁废水，向其中投加上述制备的絮凝剂，以探究不同ph制备条件
下对絮凝剂的性能影响。加入絮凝剂后的钢铁废水在120r/min转速下搅拌2min，后在60r/min转速下搅拌7min，静置10min后，在液面下2cm处取上清液。分别测其色度、浊度，并计算其去除率。结果如图4、5所示。结果表明，在相同的投加量下，当絮凝剂共聚阶段的ph值为1.5时，絮凝剂对废水浊度去除率可达到最大，为94.5%；当絮凝剂共聚阶段的ph值为2时，絮凝剂对废水色度去除率可达到最大，为54.4%。
25.前述对本发明的具体实施例案是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且可根据上述教导，进行很多改变和变化。对示例性实施例案进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够在不偏离本发明范围的情况下实现并利用本发明的各种不同的示例性实施例案。本发明的真实范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

技术特征：
1.一种利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：a、焙烧活化：将气化灰渣粉碎后过100目筛，取气化灰渣放入刚玉坩埚中，然后添加na2co3作为助溶剂混合均匀，放入马弗炉中焙烧；b、酸浸：将焙烧后的气化灰渣与浓度为5mol/l盐酸溶液在95℃水浴条件下搅拌1.4h，趁热抽滤将固液分离，获得酸浸液和酸浸渣，使用30ml热水洗涤滤渣3次，并将洗涤液与酸浸液混合，得到铁铝溶液；酸浸渣在105℃下烘干4-8h后备用；c、碱浸：将上述烘干后的酸浸渣研磨至无明显颗粒感，将酸浸渣与5mol/l的naoh于75℃条件下加热搅拌0.5h，趁热过滤，获得母液，使用30ml热水洗涤滤渣3次，获得洗涤液，然后将母液和洗涤液定容至50ml，并与26.5ml的20%h2so4溶液混合，在转速为600-800r/min的磁力搅拌下保持5h，即得到聚硅酸溶液；d、共聚合：搅拌条件下，以1ml/s的流速将铁铝溶液加入到聚硅酸溶液中，在上述溶液中滴加5mol/l naoh溶液，中和到预定的ph值，常温常压下陈化48h，即得到了聚硅酸铝铁絮凝剂。2.根据权利要求1所述利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：所述步骤a中气化灰渣与na2co3质量比为6.6：1。3.根据权利要求1所述利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：所述步骤a中焙烧温度为900℃，焙烧时间为2h。4.根据权利要求1所述利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：所述步骤b中焙烧后的气化灰渣与盐酸溶液固液比为1：8。5.根据权利要求1所述利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：所述步骤c中酸浸渣与naoh溶液固液比为1：10。6.根据权利要求1所述利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于：所述步骤d中所加入的聚硅酸溶液与铁铝溶液体积比为1：3。7.一种权利要求1所述方法制得的聚合硅酸铝铁絮凝剂在钢铁废水净化中的应用。

技术总结
本申请公开了一种利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法及应用，将气化灰渣与Na2CO3混合，焙烧得到活化的气化灰渣；5mol/L盐酸在95℃水浴下对活化灰渣酸浸，洗涤过滤后收集滤渣滤液备用；5mol/L NaOH对上述滤渣碱浸，洗涤过滤收集滤液，加入20%H2SO4，得到聚硅酸溶液；将聚硅酸溶液与酸浸滤液混合，常温常压下陈化48h，即得到聚硅酸铝铁絮凝剂；对钢铁废水的浊度去除率达93.7%、色度去除率达36.5%、COD去除率达71.0%；对废水浊度、色度及COD均具有良好的降低效果，且制备过程中无需添加额外活化剂，常压焙烧，工艺流程相对简单，能耗低，有利于气化灰渣回收利用的推广。有利于气化灰渣回收利用的推广。有利于气化灰渣回收利用的推广。


技术研发人员：徐德福 吴蝶 易俊宏
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/1/6