專利名稱：一種聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無機高分子絮凝劑的生產方法，尤其涉及一種利用鋼廠廢物高爐瓦斯灰為主要原料制備復合型無機高分子絮凝劑——聚合氯化鋁鐵的方法。
背景技術：
高爐瓦斯灰是煉鐵高爐在煉鐵過程中隨高爐煤氣(亦稱瓦斯)帶出的原燃料的粉塵以及高溫區(qū)激烈反應而產生的微粒，其主要成份為碳粒、單質鐵及其氧化物，另外還有SiO2、Al2O3等，是鋼鐵企業(yè)主要固體排放物之一。我國的鋼鐵產量近年來躍居世界首位，煉鐵高爐產生的高爐瓦斯灰總量相當大，以鐵產量的1.7％計，全國年產瓦斯灰近200萬噸。由于高爐瓦斯灰是煉鐵的廢渣，數量又大，因此這必然給環(huán)境造成不利的影響。
目前，國內對高爐瓦斯灰的處理方式主要是，各鋼廠大多直接將其作為生產水泥原料、粘土改良或生產免燒磚等，這些利用方法的缺陷是不僅回收費用較大，程序復雜，而且經濟效益低，環(huán)保和節(jié)能效果不顯著。
鋁鐵共聚復合型無機絮凝劑是從七十年代到九十年代研究和發(fā)展起來的新型化學工業(yè)產品。由于該絮凝劑兼具聚合鋁的優(yōu)良絮凝效能和聚合鐵的強吸附活性、快速沉淀及適用范圍寬的優(yōu)點，將其作為一種新型高效絮凝劑在歐美和日本已有相關報道，并且得到一定的推廣應用。但是，在現(xiàn)有的制備復合型無機絮凝劑方法的報道中，以高爐瓦斯灰為主要原料制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑(PAFC)，在國內外文獻數據庫中，目前尚未見相關文獻報道。
利用高爐瓦斯灰合成絮凝劑，可以使瓦斯灰得到有效利用，無論從環(huán)境保護還是創(chuàng)造經濟效益的角度出發(fā)都具有深遠的意義。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用鋼廠廢物高爐瓦斯灰為主要原料制備復合型無機高分子絮凝劑——聚合氯化鋁鐵的方法。
本發(fā)明所述聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，包括如下步驟(1)原料選取將Fe2O3含量不少于15％、Al2O3含量不少于5％的鋼廠廢物高爐瓦斯灰自然風干后過60目篩，備用；(2)高爐瓦斯灰溶出液的實驗室制備稱取50g高爐瓦斯灰，放入帶有攪拌器、溫度計和回流裝置的500mL四口燒瓶中，加入2gNaF，邊攪拌邊加入6mL質量百分比濃度為49％的HNO3以氧化高爐瓦斯灰中的二價鐵，用質量百分比濃度為18％的鹽酸溶液在灰酸比為1∶1.6～4，反應溫度為50～105℃條件下，攪拌反應1.5～4小時，使物料中的鐵、鋁最大限度地溶于液相中，然后抽濾，得到主要含Al3+和Fe3+的高爐瓦斯灰溶出液，并以常規(guī)方法對其Fe3+、Al3+含量進行檢測，確定鐵、鋁溶出率；(3)Al(OH)3溶膠的制備取AlCl3·6H2O晶體用去離子水配成Al3+濃度約為2.5mol/L的AlCl3溶液，用質量百分比濃度為10％的Na2CO3中和至pH值為6.0～6.5，即得Al(OH)3溶膠；
(4)聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備向步驟(2)制取的高爐瓦斯灰溶出液中逐漸加入步驟(3)制取的Al(OH)3溶膠，溶膠加入量以溶出液與生成Al(OH)3溶膠的AlCl3溶液的體積比計為1∶1～2，在水解聚合溫度為20～70℃條件下，攪拌反應2～4小時，靜止熟化24±2小時，即得紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮凝劑。
上述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法中步驟(2)所述灰酸比優(yōu)選為1∶2.5～3.5，反應溫度優(yōu)選為80～100℃，攪拌反應時間優(yōu)選為2.5～3.5小時。
其中步驟(2)所述灰酸比最優(yōu)選為1∶3，反應溫度最優(yōu)選為100℃，攪拌反應時間最優(yōu)選為3小時。
上述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法中步驟(2)所述高爐瓦斯灰溶出液的制備在放大生產中，高爐瓦斯灰、NaF、HNO3、鹽酸用量遵照原比例關系量放大執(zhí)行。
上述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法中步驟(4)所述溶膠加入量以溶出液與生成Al(OH)3溶膠的AlCl3溶液的體積比計優(yōu)選為1∶1。
上述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法中步驟(4)所述水解聚合溫度優(yōu)選為50～70℃，攪拌反應時間優(yōu)選為3～4小時。
其中步驟(4)所述水解聚合溫度最優(yōu)選為60～70℃，攪拌反應時間最優(yōu)選為4小時。
本發(fā)明的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法具有工藝創(chuàng)新、方法簡便、成本低廉、利于環(huán)保護等突出優(yōu)點，生產出的產品外觀為紅棕色液體，密度為1.2g/mL，pH值3.5，鹽基度57.0％，Al2O3質量百分含量為10.8％，F(xiàn)e2O3質量百分含量為3.6％。產品具有優(yōu)良絮凝性能和廣泛應用范圍，經濟效益、社會效益、環(huán)境效益顯著。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比所具備的優(yōu)點在于(1)利用鋼廠廢物為原料，可大大降低聚合氯化鋁鐵的生產成本和廢水處理成本，有利于該新型絮凝劑的推廣應用；(2)聚鋁鐵絮凝劑中亞鐵含量高會影響水處理時COD的去除，本方法由于采用了強氧化劑硝酸為催化劑，PAFC產品中幾乎沒有Fe2+，絮凝效果顯著，用該絮凝劑處理釀造廢水，其CODCr去除率達45％左右，SS去除率達到90％以上；(3)對鋼廠固體廢物進行綜合利用，在降低無機高分子絮凝劑生產成本的同時，又能提高其環(huán)境價值，達到以廢治廢的目的，實現(xiàn)固體廢物的資源化，為鋼廠廢物高爐瓦斯灰的回收利用探索出一條新途徑；(4)產品穩(wěn)定，用量省，pH值適用范圍寬，沉降性能好；(5)合成過程中不需加壓、加氧，操作簡單，投資省，見效快，有明顯的實用價值。


圖1為本發(fā)明的合成工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例1如圖1所示，利用鋼廠廢物高爐瓦斯灰制備復合型無機高分子絮凝劑聚合氯化鋁鐵液體產品包括以下步驟
(1)原料選取將Fe2O3含量為24.32％、Al2O3含量為8.42％的鋼廠廢物高爐瓦斯灰自然風干后過60目篩，備用；(2)高爐瓦斯灰溶出液的實驗室制備稱取50g高爐瓦斯灰，放入帶有攪拌器、溫度計和回流裝置的500mL四口燒瓶中，加入2gNaF，邊攪拌邊加入6mL質量百分比濃度為49％的HNO3以氧化高爐瓦斯灰中的二價鐵，用質量百分比濃度為18％的鹽酸溶液在灰酸比為1∶3，反應溫度為100～105℃條件下，攪拌反應3小時，使物料中的鐵、鋁最大限度地溶于液相中，然后抽濾，得到主要含Al3+和Fe3+的高爐瓦斯灰溶出液，并以常規(guī)方法對其Fe3+、Al3+含量進行檢測，測得其鐵、鋁溶出率分別為67.61％和12.35％；(3)Al(OH)3溶膠的制備取AlCl3·6H2O晶體用去離子水配成Al3+濃度約為2.5mol/L的AlCl3溶液，用質量百分比濃度為10％的Na2CO3中和至pH值為6.0～6.5，即得Al(OH)3溶膠；(4)聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備向步驟(2)制取的高爐瓦斯灰溶出液中逐漸加入步驟(3)制取的Al(OH)3溶膠，溶膠加入量以溶出液與生成Al(OH)3溶膠的AlCl3溶液的體積比計為1∶1，在水解聚合溫度為60～70℃條件下，攪拌反應4小時，靜止熟化24小時，即得紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮凝劑。
實施例2利用鋼廠廢物高爐瓦斯灰制備聚合氯化鋁鐵液體絮凝劑的方法，包括以下步驟(1)原料選取將Fe2O3含量為21.2％、Al2O3含量為7.8％的鋼廠廢物高爐瓦斯灰自然風干后過60目篩，備用；(2)高爐瓦斯灰溶出液的實驗室制備稱取50g高爐瓦斯灰，放入帶有攪拌器、溫度計和回流裝置的500mL四口燒瓶中，加入2gNaF，邊攪拌邊加入6mL質量百分比濃度為49％的HNO3以氧化高爐瓦斯灰中的二價鐵，用質量百分比濃度為18％的鹽酸溶液在灰酸比為1∶4，反應溫度為70～85℃條件下，攪拌反應2小時，使物料中的鐵、鋁最大限度地溶于液相中，然后抽濾，得到主要含Al3+和Fe3+的高爐瓦斯灰溶出液，并以常規(guī)方法對其Fe3+、Al3+含量進行檢測，測得其鐵、鋁溶出率分別為59.4％和10.5％；(3)Al(OH)3溶膠的制備取AlCl3·6H2O晶體用去離子水配成Al3+濃度約為2.5mol/L的AlCl3溶液，用質量百分比濃度為10％的Na2CO3中和至pH值為6.2～6.5，即得Al(OH)3溶膠；(4)聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備向步驟(2)制取的高爐瓦斯灰溶出液中逐漸加入步驟(3)制取的Al(OH)3溶膠，溶膠加入量以溶出液與生成Al(OH)3溶膠的AlCl3溶液的體積比計為1∶1.5，在水解聚合溫度為45～50℃條件下，攪拌反應3小時，靜止熟化26小時，即得紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮凝劑。
實施例3利用鋼廠廢物高爐瓦斯灰制備聚合氯化鋁鐵液體絮凝劑的方法，包括以下步驟(1)原料選取將Fe2O3含量為25.2％、Al2O3含量為8.8％的鋼廠廢物高爐瓦斯灰自然風干后過60目篩，備用；(2)高爐瓦斯灰溶出液的實驗室制備稱取50g高爐瓦斯灰，放入帶有攪拌器、溫度計和回流裝置的500mL四口燒瓶中，加入2gNaF，邊攪拌邊加入6mL質量百分比濃度為49％的HNO3以氧化高爐瓦斯灰中的二價鐵，用質量百分比濃度為18％的鹽酸溶液在灰酸比為1∶2，反應溫度為50～65℃條件下，攪拌反應4小時，使物料中的鐵、鋁最大限度地溶于液相中，然后抽濾，得到主要含Al3+和Fe3+的高爐瓦斯灰溶出液，并以常規(guī)方法對其Fe3+、Al3+含量進行檢測，測得其鐵、鋁溶出率分別為69.4％和13.2％；(3)Al(OH)3溶膠的制備取AlCl3·6H2O晶體用去離子水配成Al3+濃度約為2.5mol/L的AlCl3溶液，用質量百分比濃度為10％的Na2CO3中和至pH值為6.2～6.3，即得Al(OH)3溶膠；(4)聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備向步驟(2)制取的高爐瓦斯灰溶出液中逐漸加入步驟(3)制取的Al(OH)3溶膠，溶膠加入量以溶出液與生成Al(OH)3溶膠的AlCl3溶液的體積比計為1∶1.2，在水解聚合溫度為25～35℃條件下，攪拌反應4小時，靜止熟化25小時，即得紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮凝劑。
權利要求
1.一種聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，包括如下步驟(1)原料選取將Fe2O3含量不少于15％、Al2O3含量不少于5％的鋼廠廢物高爐瓦斯灰自然風干后過60目篩，備用；(2)高爐瓦斯灰溶出液的實驗室制備稱取50g高爐瓦斯灰，放入帶有攪拌器、溫度計和回流裝置的500mL四口燒瓶中，加入2gNaF，邊攪拌邊加入6mL質量百分比濃度為49％的HNO3以氧化高爐瓦斯灰中的二價鐵，用質量百分比濃度為18％的鹽酸溶液在灰酸比為1∶1.6～4，反應溫度為50～105℃條件下，攪拌反應1.5～4小時，使物料中的鐵、鋁最大限度地溶于液相中，然后抽濾，得到主要含Al3+和Fe3+的高爐瓦斯灰溶出液，并以常規(guī)方法對其Fe3+、Al3+含量進行檢測，確定鐵、鋁溶出率；(3)Al(OH)3溶膠的制備取AlCl3·6H2O晶體用去離子水配成Al3+濃度約為2.5mol/L的AlCl3溶液，用質量百分比濃度為10％的Na2CO3中和至pH值為6.0～6.5，即得Al(OH)3溶膠；(4)聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備向步驟(2)制取的高爐瓦斯灰溶出液中逐漸加入步驟(3)制取的Al(OH)3溶膠，溶膠加入量以溶出液與生成Al(OH)3溶膠的AlCl3溶液的體積比計為1∶1～2，在水解聚合溫度為20～70℃條件下，攪拌反應2～4小時，靜止熟化24±2小時，即得紅棕色聚合氯化鋁鐵液體絮凝劑。
2.如權利要求1所述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于步驟(2)所述灰酸比為1∶2.5～3.5，反應溫度為80～100℃，攪拌反應時間為2.5～3.5小時。
3.如權利要求2所述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于步驟(2)所述灰酸比為1∶3，反應溫度為100℃，攪拌反應時間為3小時。
4.如權利要求1所述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于步驟(2)所述高爐瓦斯灰溶出液的制備在放大生產中，高爐瓦斯灰、NaF、HNO3、鹽酸用量遵照原比例關系量放大執(zhí)行。
5.如權利要求1所述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于步驟(4)所述溶膠加入量以溶出液與生成Al(OH)3溶膠的AlCl3溶液的體積比計為1∶1。
6.如權利要求1所述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于步驟(4)所述水解聚合溫度為50～70℃，攪拌反應時間為3～4小時。
7.如權利要求6所述的聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于步驟(4)所述水解聚合溫度為60～70℃，攪拌反應時間為4小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚合氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，包括原料選取，高爐瓦斯灰溶出液的制備，Al(OH)
文檔編號C02F1/52GK1935684SQ20061006950
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權日2006年10月20日
發(fā)明者李善評, 范思思 申請人:山東大學