本發(fā)明屬于化工行業(yè)中固體廢棄物利用領(lǐng)域，具體涉及工業(yè)水處理劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣的二次利用方法，更具體的說是涉及一種硅鋁渣制備聚硅酸鋁絮凝劑的方法。
背景技術(shù)：
聚硅酸鋁鹽是一類新型無機(jī)高分子絮凝劑，是在活化硅酸(即聚硅酸)及鋁鹽絮凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的聚硅酸與鋁鹽的復(fù)合產(chǎn)物,它同時(shí)具有電中和作用及吸附架橋作用。該類絮凝劑的開發(fā)研制在國外始于80年代末期, 國內(nèi)則始于90年代初期, 由于該類絮凝劑具有混凝效果好,價(jià)格便宜,處理后水中的殘鋁量低等優(yōu)點(diǎn), 其處理效果優(yōu)于單一絮凝劑，成了國內(nèi)外無機(jī)混凝劑研究的一個(gè)重要方向。國內(nèi)外制備聚硅酸鋁鹽絮凝劑的方法主要分為三種: (1)以礦石、廢礦渣、粉煤灰等作原料進(jìn)行研制；(2)將鋁鹽引入到聚硅酸溶液中進(jìn)行研制；(3)用硅酸鈉、鋁酸鈉和硫酸鋁等作原料在高剪切工藝條件下進(jìn)行研制。
硅鋁渣是水處理生產(chǎn)企業(yè)，采用低品位鋁土礦，經(jīng)常溫加壓浸出，制取聚合硫酸鋁、氯化鋁等水處理劑時(shí)，分離產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，外觀為灰白色，該廢渣的主要成分為SiO2和鋁，其中SiO2含量80～85%，Al2O3含量14～18%，SiO2和Al2O3占95%以上。硅鋁渣作為水處理生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的廢渣，目前主要采用露天堆放處理，由于渣中含有大量的硅、鋁等有價(jià)元素及其它一些有害元素，堆放處理不僅浪費(fèi)資源，而且會占用土地、污染環(huán)境，影響生態(tài)平衡，具有極大的潛在危害性。
本發(fā)明的目的就是開發(fā)一種硅鋁渣的處理方法，通過該方法提取硅鋁渣中的有價(jià)元素硅和鋁，制備具有較大應(yīng)用范圍的聚硅酸鋁絮凝劑，為硅鋁渣的開發(fā)利用提供一條有效的途徑，減少硅鋁渣對環(huán)境的危害。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種硅鋁渣的利用方法，該方法通過處理工業(yè)廢渣，利用渣中含有的有價(jià)元素，生產(chǎn)具有較廣應(yīng)用范圍的水處理劑，可達(dá)到二次資源回收利用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排目的。
本發(fā)明提供一種硅鋁渣制備聚硅酸鋁絮凝劑的方法，采用下列步驟來實(shí)現(xiàn)：
A、將硅鋁渣盛于陶瓷器皿中并置于微波爐中于300W～500W功率條件下處理5～10min，然后放置于高溫爐中，在500℃～700℃的溫度下煅燒1～2小時(shí)，冷卻至室溫后研磨至物料全部通過120目篩；
B、根據(jù)步驟A的硅鋁渣質(zhì)量，按液相∶硅鋁渣液固質(zhì)量比為4～6∶1的比例，取質(zhì)量濃度為4～6%的酸溶液加入到反應(yīng)器中并升溫至70～90℃，在攪拌條件下加入步驟A得到的研磨后的物料，在400～500rpm的攪拌條件下浸取2～3小時(shí)，經(jīng)分離得到浸出液和浸出渣；
C、根據(jù)步驟A的硅鋁渣質(zhì)量，按液相∶硅鋁渣液固質(zhì)量比為8～10∶1的比例，取質(zhì)量濃度為12～15%的堿溶液加入到反應(yīng)器中, 并升溫至80～90℃，在攪拌條件下加入步驟B分離得到的浸出渣，在400～500rpm的攪拌條件下浸取3～5小時(shí)，經(jīng)分離得到堿性浸出液和堿性浸出渣；
D、步驟C分離得到的堿性浸出液，在室溫、常壓及300～500rpm的攪拌條件下通入CO2氣體進(jìn)行碳化處理，當(dāng)溶液pH值達(dá)到8～10時(shí)，停止通入CO2氣體，繼續(xù)在300～500rpm的攪拌條件下反應(yīng)0.5小時(shí)，然后分離得到濾液和水合硅酸沉淀；得到的水合硅酸沉淀，用步驟A硅鋁渣質(zhì)量80%～100%的水量洗滌2次；
E、將步驟B分離得到的浸出液和步驟D經(jīng)洗滌得到的水合硅酸，混合均勻，升溫至50～70℃，根據(jù)混合體系中Si、Al含量，在攪拌速度500～700rpm條件下，加入鋁源，調(diào)節(jié)Al/Si 摩爾比為0.7～1.0∶1.0，并在此條件下反應(yīng)聚合1.0～2.0小時(shí)，然后在50～70℃陳化2.0～4.0小時(shí)，即得到聚硅酸鋁絮凝劑。
步驟B所述酸溶液為硫酸溶液。
步驟C所述堿溶液為氫氧化鈉溶液。
步驟D分離得到的濾液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶，分離得到晶體和結(jié)晶母液，結(jié)晶母液與步驟D得到的水合硅酸沉淀的洗滌后液返回步驟C用于配制堿溶液，所述晶體為硫酸鈉。
步驟E所述鋁源為氫氧化鋁或硫酸鋁。
所述硅鋁渣為采用低品位鋁土礦，通過硫酸常溫加壓浸出，制取水處理劑時(shí)，分離得到的工業(yè)廢渣，其主要組分為：SiO2含量80～85%，Al2O3含量14～18%，TiO2含量1～3%,結(jié)晶水45～50%。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果：
（1）本發(fā)明有效提取硅鋁渣中的Si和Al，為硅鋁渣提供一條有效利用的途徑，可達(dá)到二次資源綜合利用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排目的。
（2）本發(fā)明原材料易得，工藝過程和設(shè)備簡單，操作容易、安全等。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。
實(shí)施例1
本實(shí)施例所述一種硅鋁渣制備聚硅酸鋁絮凝劑的方法，經(jīng)過下列步驟：
A、稱取硅鋁渣500克，硅鋁渣為采用低品位鋁土礦，通過硫酸常溫加壓浸出，制取水處理劑時(shí)，分離得到的工業(yè)廢渣，其主要組分為：SiO2含量80%，Al2O3含量18%，TiO2含量2%,結(jié)晶水50%，盛于陶瓷器皿中并置于微波爐中，于500W功率條件下處理5min，然后放置于高溫爐中，在600℃的溫度下煅燒1.5小時(shí)，冷卻至室溫后研磨至物料全部通過120目篩；
B、在反應(yīng)器中加入H2SO4質(zhì)量濃度為6%的硫酸溶液2000克并升溫至70℃，然后在攪拌條件下加入步驟A得到的研磨后的物料，在500rpm的攪拌條件下浸取2小時(shí)，經(jīng)分離得到浸出液和浸出渣；
C、在反應(yīng)器中加入質(zhì)量濃度為12%的NaOH溶液5000克, 并升溫至90℃，然后在攪拌條件下加入步驟B分離得到的浸出渣，在400rpm的攪拌條件下浸取3小時(shí)，經(jīng)分離得到堿性浸出液和堿性浸出渣；
D、步驟C分離得到的堿性浸出液，在室溫、常壓及300rpm的攪拌條件下通入CO2氣體進(jìn)行碳化處理，當(dāng)溶液pH值達(dá)到10時(shí)，停止通入CO2氣體，繼續(xù)在500rpm的攪拌條件下反應(yīng)0.5小時(shí)，然后分離得到濾液和水合硅酸沉淀；分離得到的水合硅酸沉淀，用步驟A硅鋁渣質(zhì)量100%的水量洗滌2次；分離得到的濾液，經(jīng)常規(guī)方法蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶，分離得到碳酸鈉產(chǎn)品和結(jié)晶母液；
E、將步驟B分離得到的浸出液和步驟D經(jīng)洗滌得到的水合硅酸，混合均勻，升溫至70℃，然后，根據(jù)混合體系中Si、Al含量，在攪拌速度500rpm條件下，加入氫氧化鋁，調(diào)節(jié)Al/Si 摩爾比為0.7∶1.0，并在此條件下反應(yīng)聚合1.0小時(shí)，然后在60℃陳化4.0小時(shí)，即得到聚硅酸鋁絮凝劑產(chǎn)品。
使用表明，本實(shí)施例制備的得到聚硅酸鋁絮凝劑產(chǎn)品用于處理昆明滇池的污染水，可使污水中的濁度和CODCr的去除率分別達(dá)到97.65％、82.37％；經(jīng)分析，步驟D得到碳酸鈉產(chǎn)品Na2CO3含量為98.72%。
實(shí)施例2
本實(shí)施例所述一種硅鋁渣制備聚硅酸鋁絮凝劑的方法，經(jīng)過下列步驟：
A、稱取硅鋁渣500克, 硅鋁渣為采用低品位鋁土礦，通過硫酸常溫加壓浸出，制取水處理劑時(shí)，分離得到的工業(yè)廢渣，其主要組分為：SiO2含量85%，Al2O3含量14%，TiO2含量1%,結(jié)晶水45%，盛于陶瓷器皿中并置于微波爐中，于300W功率條件下處理10min，然后放置于高溫爐中，在500℃的溫度下煅燒2.0小時(shí)，冷卻至室溫后研磨至物料全部通過120目篩；
B、在反應(yīng)器中加入H2SO4質(zhì)量濃度為4%的硫酸溶液3000克并升溫至90℃，然后在攪拌條件下加入步驟A得到的研磨后的物料，在400rpm的攪拌條件下浸取3小時(shí)，經(jīng)分離得到浸出液和浸出渣；
C、在反應(yīng)器中加入質(zhì)量濃度為15%的NaOH溶液4000克, 并升溫至80℃，然后在攪拌條件下加入步驟B分離得到的浸出渣，在500rpm的攪拌條件下浸取5小時(shí)，經(jīng)分離得到堿性浸出液和堿性浸出渣；
D、步驟C分離得到的堿性浸出液，在室溫、常壓及500rpm的攪拌條件下通入CO2氣體進(jìn)行碳化處理，當(dāng)溶液pH值達(dá)到8時(shí)，停止通入CO2氣體，繼續(xù)在300rpm的攪拌條件下反應(yīng)0.5小時(shí)，然后分離得到濾液和水合硅酸沉淀；分離得到的水合硅酸沉淀，用步驟A硅鋁渣質(zhì)量80%的水量洗滌2次；分離得到的濾液，經(jīng)常規(guī)方法蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶，分離得到碳酸鈉產(chǎn)品和結(jié)晶母液；
E、將步驟B分離得到的浸出液和步驟D經(jīng)洗滌得到的水合硅酸，混合均勻，升溫至50℃，然后，根據(jù)混合體系中Si、Al含量，在攪拌速度700rpm條件下，加入硫酸鋁，調(diào)節(jié)Al/Si 摩爾比為1.0∶1.0，并在此條件下反應(yīng)聚合2.0小時(shí)，然后在70℃陳化2.0小時(shí)，即得到聚硅酸鋁絮凝劑產(chǎn)品。
使用表明，本實(shí)施例制備的得到聚硅酸鋁絮凝劑產(chǎn)品用于處理昆明滇池的污染水，可使污水中的濁度和CODCr的去除率分別達(dá)到98.12％、85.61％；經(jīng)分析，步驟D得到碳酸鈉產(chǎn)品Na2CO3含量為98.51%。
實(shí)施例3
本實(shí)施例所述一種硅鋁渣制備聚硅酸鋁絮凝劑的方法，經(jīng)過下列步驟：
A、稱取硅鋁渣500克, 硅鋁渣為采用低品位鋁土礦，通過硫酸常溫加壓浸出，制取水處理劑時(shí)，分離得到的工業(yè)廢渣，其主要組分為：SiO2含量82%，Al2O3含量15%，TiO2含量3%,結(jié)晶水44%，盛于陶瓷器皿中并置于微波爐中于400W功率條件下處理8min，然后放置于高溫爐中，在700℃的溫度下煅燒1.0小時(shí)，冷卻至室溫后研磨至物料全部通過120目篩；
B、在反應(yīng)器中加入H2SO4質(zhì)量濃度為5%的硫酸溶液2500克并升溫至80℃，然后在攪拌條件下加入步驟A得到的研磨后的物料，在450rpm的攪拌條件下浸取3小時(shí)，經(jīng)分離得到浸出液和浸出渣；
C、采用實(shí)施例1步驟D的結(jié)晶母液與實(shí)施例1步驟D水合硅酸沉淀的洗滌后液配制質(zhì)量濃度為14%的NaOH溶液4500克，加入到反應(yīng)器中并升溫至85℃，然后在攪拌條件下加入步驟B分離得到的浸出渣，在450rpm的攪拌條件下浸取4小時(shí)，經(jīng)分離得到堿性浸出液和堿性浸出渣；
D、步驟C分離得到的堿性浸出液，在室溫、常壓及400rpm的攪拌條件下通入CO2氣體進(jìn)行碳化處理，當(dāng)溶液pH值達(dá)到9時(shí)，停止通入CO2氣體，繼續(xù)在400rpm的攪拌條件下反應(yīng)0.5小時(shí)，然后分離得到濾液和水合硅酸沉淀；分離得到的水合硅酸沉淀，用步驟A硅鋁渣質(zhì)量90%的水量洗滌2次；分離得到的濾液，經(jīng)常規(guī)方法蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶，分離得到碳酸鈉產(chǎn)品和結(jié)晶母液；
E、將步驟B分離得到的浸出液和步驟D經(jīng)洗滌得到的水合硅酸，混合均勻，升溫至60℃，然后，根據(jù)混合體系中Si、Al含量，在攪拌速度600rpm條件下，加入氫氧化鋁，調(diào)節(jié)Al/Si 摩爾比為0.9∶1.0，并在此條件下反應(yīng)聚合1.5小時(shí)，然后在60℃陳化3.0小時(shí)，即得到聚硅酸鋁絮凝劑產(chǎn)品。
使用表明，本實(shí)施例制備的得到聚硅酸鋁絮凝劑產(chǎn)品用于處理昆明滇池的污染水，可使污水中的濁度和CODCr的去除率分別達(dá)到96.87％、83.56％；經(jīng)分析，步驟D得到碳酸鈉產(chǎn)品Na2CO3含量為98.35%。
實(shí)施例4
本實(shí)施例所述一種硅鋁渣制備聚硅酸鋁絮凝劑的方法，經(jīng)過下列步驟：
A、稱取硅鋁渣500克, 硅鋁渣為采用低品位鋁土礦，通過硫酸常溫加壓浸出，制取水處理劑時(shí)，分離得到的工業(yè)廢渣，其主要組分為：SiO2含量81%，Al2O3含量17%，TiO2含量2%,結(jié)晶水50%，盛于陶瓷器皿中并置于微波爐中于500W功率條件下處理6min，然后放置于高溫爐中，在700℃的溫度下煅燒1.5小時(shí)，冷卻至室溫后研磨至物料全部通過120目篩；
B、在反應(yīng)器中加入H2SO4質(zhì)量濃度為6%的硫酸溶液2500克并升溫至90℃，然后在攪拌條件下加入步驟A得到的研磨后的物料，在450rpm的攪拌條件下浸取2.5小時(shí)，經(jīng)分離得到浸出液和浸出渣；
C、采用實(shí)施例2步驟D的結(jié)晶母液與實(shí)施例2步驟D水合硅酸沉淀的洗滌后液配制質(zhì)量濃度為13%的NaOH溶液4600克，加入到反應(yīng)器中并升溫至90℃，然后在攪拌條件下加入步驟B分離得到的浸出渣，在500rpm的攪拌條件下浸取5小時(shí)，經(jīng)分離得到堿性浸出液和堿性浸出渣；
D、步驟C分離得到的堿性浸出液，在室溫、常壓及500rpm的攪拌條件下通入CO2氣體進(jìn)行碳化處理，當(dāng)溶液pH值達(dá)到10時(shí)，停止通入CO2氣體，繼續(xù)在400rpm的攪拌條件下反應(yīng)0.5小時(shí)，然后分離得到濾液和水合硅酸沉淀；分離得到的水合硅酸沉淀，用步驟A硅鋁渣質(zhì)量100%的水量洗滌2次；分離得到的濾液，經(jīng)常規(guī)方法蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶，分離得到碳酸鈉產(chǎn)品和結(jié)晶母液；
E、將步驟B分離得到的浸出液和步驟D經(jīng)洗滌得到的水合硅酸，混合均勻，升溫至70℃，然后，根據(jù)混合體系中Si、Al含量，在攪拌速度700rpm條件下，加入硫酸鋁，調(diào)節(jié)Al/Si 摩爾比為0.8∶1.0，并在此條件下反應(yīng)聚合2.0小時(shí)，然后在70℃陳化4.0小時(shí)，即得到聚硅酸鋁絮凝劑產(chǎn)品。
使用表明，本實(shí)施例制備的得到聚硅酸鋁絮凝劑產(chǎn)品用于處理昆明滇池的污染水，可使污水中的濁度和CODCr的去除率分別達(dá)到95.17％、84.47％；經(jīng)分析，步驟D得到碳酸鈉產(chǎn)品Na2CO3含量為98.62%。