本發(fā)明涉及利用煤矸石制備高性能聚硅酸硫酸鐵鋁的制備方法，特別適用于煤矸石綜合利用領域和處理各類高濁度、高色度、高重金屬殘留廢水。
背景技術：
煤矸石主要成分sio2、al2o3、fe2o3的總含量占到煤矸石的80％以上，如果該部分資源能充分利用，將對改善環(huán)境，提高經(jīng)濟和社會效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。
無機絮凝劑具有適應性廣、水處理效果好，無毒或低毒，原料來源廣泛，制備工藝簡單，水處理操作簡單等方面的優(yōu)勢，現(xiàn)已成為當今研究的熱點。聚硅酸硫酸鋁鐵是在聚合硫酸鋁和聚合硫酸鐵的基礎上發(fā)展起來的一種高性能絮凝劑。在pafss制備過程中引入的硅會產(chǎn)生很強的協(xié)同效應，硅的引入促進了鋁、鐵的水解與聚合，而sio42-取代了低聚體中的oh-，進而使產(chǎn)品中有效成分增加，絮凝能力更強。pafss除濁效果較好，具有適用水體ph范圍廣、絮體小、沉速快、濁度去除率高、無fe3+殘色的優(yōu)點，是一種具有廣闊應用前景的無機高分子絮凝劑。
近年來，如何研發(fā)和應用各種類型的無機高分子絮凝劑成為焦點，如興虹等在聚硅硫酸鐵鋁絮凝劑的制備及混凝處理焦化廢水試驗研究[1]中，利用煉鋼污泥經(jīng)酸浸氧化聚合制得聚合硫酸鐵鋁，以na2sio3·9h2o為原料制備活化硅酸，制備的聚合硫酸鐵鋁中加入一定量的活化硅酸得到聚硅硫酸鐵鋁，在ph值為7.0～9.0、pfass的投加量為348mg/l、沉淀時間為40min的條件下，對濁度、色度、cod的去除率分別達到98％、68％和61％，達到廢水排放標準；而郭朝暉等在聚硅酸硫酸鋁鐵復配及在鎢鉍選礦廢水中的應用[2]中，采用水玻璃、氯酸鈉、七水合硫酸亞鐵和十八水合硫酸鋁等作為復配材料，制備出聚硅酸硫酸鋁鐵，在1.5％投加量下，可使鎢鉍選礦廢水濁度去除率達95％以上，as，be和pb去除率均達90％以上，處理后廢水達到gb8978-1996(《污水綜合排放標準》)一級標準。
對比分析以上研究發(fā)現(xiàn)：興虹等在制備聚硅硫酸鐵鋁是采用煉鋼污泥和硅酸鈉晶體為原料，處理技術經(jīng)濟實用性不高，且煉鋼污泥酸浸后的浸取渣無進一步處理，存在二次污染等問題；郭朝暉等采用水玻璃、氯酸鈉、七水合硫酸亞鐵和十八水合硫酸鋁等作為復配材料，復配制備出聚硅酸硫酸鋁鐵，該工藝僅制備出產(chǎn)品，經(jīng)濟性較差，且去濁率不高。
針對上述情形，為了提高絮凝劑的經(jīng)濟性和處理效果，針對廢水高濁度、高色度、高重金屬殘留的問題，制備出一種新型高效絮凝劑，使其在制備工藝簡單，無二次污染，使用劑量少的條件下就可將各類廢水的高濁度、高色度、高重金屬殘留問題解決，使廢水達到國家排放標準的要求。
[1]興虹，胡筱敏，田亞賽等.聚硅硫酸鐵鋁絮凝劑的制備及混凝處理焦化廢水的試驗研究.安全與環(huán)境學報，2014，14(1)：207-211.
[2]郭朝暉，袁珊珊，肖細元等.聚硅酸硫酸鋁鐵復配及在鎢鉍選礦廢水中的應用.中南大學學報，2013，44(2)：461-468.
技術實現(xiàn)要素：
針對以上現(xiàn)有技術中存在的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是利用現(xiàn)有資源，提供一種以煤矸石為主要原料制備高性能聚硅酸硫酸鐵鋁(pafss)的方法，為煤矸石高效資源化綜合利用提供一種新的途徑，為鐵鋁無機高分子絮凝劑探索一種新的技術。該方法對煤矸石利用率高、生產(chǎn)工藝簡單，無二次污染，使用劑量少的條件下就可將各類廢水的高濁度、高色度、高重金屬殘留問題解決，使廢水達到國家排放標準的要求。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，一種利用煤矸石制備高性能聚硅酸硫酸鐵鋁的方法，其特征在于：聚合硫酸鐵鋁與活性硅酸鈉體積比為2∶1～4∶1，活性硅酸鈉質量濃度為10％～30％。其具體工藝步驟如下：
以85％的工業(yè)硫酸和煤矸石按一定比例混合，在120℃下密閉反應60min，于80℃的水浴中進行溶解過濾制得鐵鋁硫酸鹽，以雙氧水氧化鐵鋁硫酸鹽并在室溫下聚合30～90min得到聚合硫酸鐵鋁；煤矸石浸取渣用4mol/l的naoh堿浸，得到活性硅酸鈉溶液；按照體積比和不同質量濃度加入聚合硫酸鐵鋁和活性硅酸鈉進行復合共聚，待共聚1～3h后得到聚硅酸硫酸鐵鋁產(chǎn)品。
pafss絮凝劑在用于處理高濁度、高色度、高重金屬殘留廢水時，pafss絮凝劑投加量為5～7ml/l，經(jīng)過絮凝處理后，廢水的去濁率達到99.1％，降至0.38ntu；色度去除率達到93.4％；cod去除率達到81％，降至67mg/l；重金屬as，cr和pb去除率均達90％以上，處理后廢水中as，cr和pb質量濃度分別為0.3，0.7和0.6mg/l，處理后廢水達到gb8978-1996(《污水綜合排放標準》)一級標準。
本發(fā)明的有益效果是：發(fā)明為煤矸石制備高性能聚硅酸硫酸鐵鋁的方法，生產(chǎn)成本低、工藝流程簡單、煤矸石利用率高、產(chǎn)品附加值大的特點。pafss絮凝劑投加量少，不用調節(jié)廢水ph，處理后廢水達到gb8978-1996(《污水綜合排放標準》)一級標準，對產(chǎn)品表征后發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品呈球狀結構，且球狀內部亞結構成網(wǎng)片狀相連，分子間的相互作用使其具有良好穩(wěn)定性和混凝性能，致密的網(wǎng)片狀的聚硅酸硫酸鋁鐵更易與廢水中的膠體微粒、重金屬離子等相結合，較大的比表面積更利于廢水中重金屬和懸浮顆粒的吸附脫除。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施方式
實施例1
稱取一定量的煤矸石，用85％的工業(yè)硫酸和煤矸石按質量比1.2混合，在120℃下密閉反應60min，于80℃的水浴中進行溶解過濾制得鐵鋁硫酸鹽溶液，以雙氧水氧化鐵鋁硫酸鹽并在室溫下聚合30min得到聚合硫酸鐵鋁；煤矸石浸取渣用4mol/l的naoh堿浸，得到活性硅酸鈉溶液，按聚合硫酸鐵鋁與活性硅酸鈉體積比為2∶1、活性硅酸鈉質量濃度為10％混合進行復合共聚，共聚1h后得到聚硅酸硫酸鐵鋁產(chǎn)品。
pafss絮凝劑投加量為5ml/l，經(jīng)過絮凝處理后，廢水的去濁率達到98.9％，降至0.40ntu；色度去除率達到93.1％；cod去除率達到80％，降至69mg/l；重金屬as，cr和pb去除率均達89％以上，處理后廢水中as，cr和pb質量濃度分別為0.32，0.73和0.61mg/l，處理后廢水達到gb8978-1996(《污水綜合排放標準》)一級標準。
實施例2
稱取一定量的煤矸石，用85％的工業(yè)硫酸和煤矸石按質量比1.2混合，在120℃下密閉反應60min，于80℃的水浴中進行溶解過濾制得鐵鋁硫酸鹽溶液，以雙氧水氧化鐵鋁硫酸鹽并在室溫下聚合60min得到聚合硫酸鐵鋁；煤矸石浸取渣用4mol/l的naoh堿浸，得到活性硅酸鈉溶液，按聚合硫酸鐵鋁與活性硅酸鈉體積比為3∶1、活性硅酸鈉質量濃度為20％混合進行復合共聚，共聚2h后得到聚硅酸硫酸鐵鋁產(chǎn)品。
pafss絮凝劑投加量為6ml/l，經(jīng)過絮凝處理后，廢水的去濁率達到99.3％，降至0.35ntu；色度去除率達到93.7％；cod去除率達到82％，降至65mg/l；重金屬as，cr和pb去除率均達91％以上，處理后廢水中as，cr和pb質量濃度分別為0.27，0.66和0.58mg/l，處理后廢水達到gb8978-1996(《污水綜合排放標準》)一級標準。
實施例3
稱取一定量的煤矸石，用85％的工業(yè)硫酸和煤矸石按質量比1.2混合，在120℃下密閉反應60min，于80℃的水浴中進行溶解過濾制得鐵鋁硫酸鹽溶液，以雙氧水氧化鐵鋁硫酸鹽并在室溫下聚合90min得到聚合硫酸鐵鋁；煤矸石浸取渣用4mol/l的naoh堿浸，得到活性硅酸鈉溶液，按聚合硫酸鐵鋁與活性硅酸鈉體積比為4∶1、活性硅酸鈉質量濃度為30％混合進行復合共聚，共聚3h后得到聚硅酸硫酸鐵鋁產(chǎn)品。
pafss絮凝劑投加量為7ml/l，經(jīng)過絮凝處理后，廢水的去濁率達到99％，降至0.39ntu；色度去除率達到93.4％；cod去除率達到81％，降至67mg/l；重金屬as，cr和pb去除率均達90％以上，處理后廢水中as，cr和pb質量濃度分別為0.31，0.71和0.61mg/l，處理后廢水達到gb8978-1996(《污水綜合排放標準》)一級標準。