專利名稱：一種用粉煤灰生產(chǎn)的復(fù)合混凝劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉煤灰綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用粉煤灰生產(chǎn) 的復(fù)合混凝劑及其制備方法和應(yīng)用
背景技術(shù)：
混凝劑分為無(wú)機(jī)混凝劑、有機(jī)混凝劑兩大類，品種繁多，其發(fā)展趨 勢(shì)是從低分子到高分子、由單一型到復(fù)合型，逐步向廉價(jià)實(shí)用、無(wú)毒高 效的方向發(fā)展。聚硅酸鹽類無(wú)機(jī)高分子復(fù)合混凝劑是在活化硅酸及傳統(tǒng) 的鋁鹽、鐵鹽等混凝劑基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型高效水處理劑，由于綜 合了聚硅酸粘結(jié)、聚集、吸附架橋效能，以及鋁鹽混凝劑絮體大、脫色 性能好，鐵鹽混凝劑絮體密實(shí)、沉降速度快等特點(diǎn)，在除濁、脫色、去除 有機(jī)物等方面較同類其它品種有更好的效果，在工業(yè)用水預(yù)處理、各類 工業(yè)廢水和生活污水的處理等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，且價(jià)格適宜， 成為國(guó)內(nèi)外無(wú)機(jī)高分子混凝劑的一大研究熱點(diǎn)。
目前水處理過(guò)程中最經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛的是混凝沉降法，其效果 的好壞往往決定后續(xù)工藝流程的運(yùn)行工況、最終出水水質(zhì)和成本費(fèi)用， 而混凝劑的選用是決定混凝沉降效果好壞的關(guān)鍵。因此，新型、高效、 低毒、多功能的混凝劑是水處理高新技術(shù)發(fā)展的重要研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。
我國(guó)粉煤灰排放量巨大，粉煤灰的高效高附加值資源化利用已經(jīng)成 為我國(guó)急需解決的重要研究課題。粉煤灰化學(xué)組成中富含無(wú)機(jī)高分子復(fù) 合混凝劑的基本元素，是制備無(wú)機(jī)高分子復(fù)合混凝劑的良好原料。充分 利用粉煤灰中的有價(jià)成份，制備復(fù)合型無(wú)機(jī)高分子混凝劑是粉煤灰高附 加值利用的一條有效途徑。目前利用粉煤灰制備無(wú)機(jī)高分子混凝劑存在硅鋁鐵浸出率不高等問(wèn)題。
對(duì)于本發(fā)明的利用粉煤灰生產(chǎn)無(wú)機(jī)復(fù)合混凝劑，目前尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出 一種通過(guò)提取粉煤灰中硅鋁鐵制備新型復(fù)合混凝劑，以 提高粉煤灰的利用價(jià)值，以廢治廢，降低成本，克服目前混凝劑生產(chǎn)和 應(yīng)用現(xiàn)狀中存在的問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案
本發(fā)明采用特有的焙燒-活化--酸浸-堿浸-中和共聚的獨(dú)特現(xiàn)代工 藝技術(shù)，利用粉煤灰生產(chǎn)高聚合復(fù)合混凝劑，所得產(chǎn)品實(shí)際是成分為聚 硅酸硫酸鋁鐵的一種無(wú)機(jī)復(fù)合型混凝劑。 本發(fā)明依據(jù)的原理
由于粉煤灰中的硅鋁以莫來(lái)石3A1203 2Si02形式存在，其Si02-Al203 鍵鍵能高，鍵聚合度大，在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，活性較低，導(dǎo)致硅鋁
的浸出率比較低。用蘇打和粉煤灰混合焙燒活化，打開(kāi)Si02-Al203鍵，
使粉煤灰中的硅、鋁轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚暂^大的可溶性硅酸鹽和鋁酸鹽無(wú)定型體 或晶體，從而提高粉煤灰中硅鋁的浸出率；球磨時(shí)產(chǎn)生的摩擦、碰撞、 沖擊、剪切等機(jī)械力使顆粒粉碎、尺寸減小的同時(shí)，引起物質(zhì)的晶格缺 陷、畸變、結(jié)晶度降低甚至變?yōu)闊o(wú)定型物質(zhì)，以及物化性能發(fā)生改變， 使粉煤灰表面活化能提高，從而起到機(jī)械活化作用。
一種用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合混凝劑的方法，它包括如下步驟 (1)、焙燒室溫下，在容器中將粉煤灰和蘇打粉混合均勻后，升溫至 75(TC 90(TC進(jìn)行焙燒，升溫速度控制為8°C/min 12°C /min，焙燒時(shí)間為20min 40min;焙燒完畢，自然冷卻到室溫；
粉煤灰和蘇打粉混合總量中蘇打粉的質(zhì)量百分比為 40% 60%;
(2) 、活化將步驟(1)焙燒料用破碎機(jī)破碎后，再用球磨機(jī)機(jī)械活化，
轉(zhuǎn)速為220rpm，料球比為1 : 3，活化時(shí)間為2.5h，后進(jìn)行 篩分；
(3) 、酸浸將步驟(2)所得的粉煤灰熟料用濃度為2 4mol/L硫酸溶
液按質(zhì)量百分比為5 25%的礦漿濃度進(jìn)行酸浸，溶解出 步驟(2)所得粉煤灰熟料中的硅鋁鐵等元素，浸出時(shí)間為 2 3h，浸出溫度為室溫，浸出過(guò)程須在200r/min攪拌下完 成；其中所用的粉煤灰熟料的粒徑小于0.074mm;
(4) 、堿浸將步驟(2)所得的粉煤灰熟料用濃度為2 4mol/L氫氧化
鈉溶液按質(zhì)量百分比為5 20%的礦漿濃度進(jìn)行堿浸，溶解 出步驟(2)所得粉煤灰熟料中的硅鋁等元素，浸出時(shí)間為 2 3h，浸出溫度為70。C 90。C，浸出過(guò)程須在200r/min 攪拌下完成；
(5) 、中和共聚將步驟(3)中所得的酸性浸出液和步驟(4)中所得
的堿性浸出液按體積比為L(zhǎng) 1 3在常溫下進(jìn)行聚合 反應(yīng)，聚合反應(yīng)時(shí)間為1 24h，即得復(fù)合混凝劑； 上述制備方法中最終所得的復(fù)合混凝劑為聚硅酸硫酸鋁鐵的一種無(wú) 機(jī)復(fù)合型混凝劑，混凝劑中(Fe+Al)/Si的物質(zhì)的量比為L(zhǎng)5 4.0: 1。 當(dāng)用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合混凝劑的方法步驟(5)中通過(guò)控制酸、堿浸出 液的體積比為l: 2.5，聚合后同化時(shí)間12h,所得到(Fe+Al)/Si摩爾比為 1.72的聚硅酸硫酸鋁鐵型無(wú)機(jī)復(fù)合混凝劑性能更好。
本發(fā)明所獲得的復(fù)合型混凝劑可應(yīng)用于城市生活污水和工業(yè)廢水的處理。
本發(fā)明的有益效果
以粉煤灰為主要原料，采用焙燒-活化-酸浸-堿浸-中和共聚的聯(lián) 合技術(shù)制備的聚硅酸硫酸鋁鐵型無(wú)機(jī)復(fù)合混凝劑，充分利用了粉煤灰中 的有價(jià)元素，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，混凝效果顯著，絮體沉降快的 特點(diǎn)。整個(gè)工藝無(wú)酸性廢水、堿性廢水或固體廢棄物排放，屬于先進(jìn)的 環(huán)保型清潔生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的用粉煤灰生產(chǎn)的復(fù)合混凝劑可廣泛應(yīng)用于城市生活污水
和工業(yè)廢水的處理，具有很強(qiáng)的除濁、除色、除COD的能力，形成絮體的 速度快，絮體大而密實(shí)，沉降速度快，沉降的污泥體積小。使用本發(fā)明 的混凝劑能縮短處理廢水的時(shí)間，提高系統(tǒng)的處理能力，同時(shí)需要量減 少，可以使成本降低。
具體實(shí)施例方式
下面以具體實(shí)施例闡述本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明。
一種用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合混凝劑的方法 實(shí)施例l
(1)、焙燒
以攀枝花鋼鐵公司發(fā)電廠粉煤灰為原料，其化學(xué)組成如表1所示。
表1原料粉煤灰的化學(xué)成分/wtW Si02 A1203 Fe203 FeO CaO MgO K20 Na20 S03 Ti02殘C 44.19 27.27 4.50 5.73 3,09 3.73 3.14 0.37 0.13 1.84 3.85
將質(zhì)量含量為55%的蘇打粉與粉煤灰混合均勻，將300g混合料放置 于SX2-10-13型高溫馬弗爐中焙燒。用10°C/min的速度從室溫勻速升溫 到850°C ，在此焙燒溫度下保溫30min。 (2)、活化隨爐冷卻后，用腭式破碎機(jī)破碎，再用ND2-1L型行星式球磨機(jī)機(jī) 械活化，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為220rpm，料球比為1 : 3，機(jī)械活化時(shí)間為2.5h。 篩分后取粒徑為0.074mm以下的部分作下兩步的浸出原料。
(3) 、酸浸
浸出在SHZ-B型水浴恒溫振蕩器中進(jìn)行，酸浸時(shí)硫酸溶液濃度為 3mol/L，礦漿中粉煤灰熟料質(zhì)量比為5%，浸出溫度為25°C，浸出時(shí)間 為3h。
(4) 、堿浸
堿浸時(shí)氫氧化鈉濃度為3mol/L，礦漿濃度為5%，浸出溫度為80°C， 浸出時(shí)間為3h。
(5) 、中和共聚
中和共聚階段，將步驟(3)所得酸浸出液及步驟(4)所得的浸出 液按體積比為h 2.5，聚合后同化時(shí)間12h，制得(Fe+Al)/Si摩爾比控制 為1.72的聚硅酸硫酸鋁鐵型無(wú)機(jī)復(fù)合混凝劑。 實(shí)施例2
(1) 、焙燒
以攀枝花鋼鐵公司發(fā)電廠粉煤灰為原料，其化學(xué)組成如實(shí)施例1中 的表1所示。將質(zhì)量含量為55%的蘇打粉與粉煤灰混合均勻，將300g 混合料放置于SX2-10-13型高溫馬弗爐中焙燒。用10°C/min的速度從室 溫勻速升溫到850°C ，在此焙燒溫度下保溫30min。
(2) 、活化
隨爐冷卻后，用腭式破碎機(jī)破碎，再用ND2-1L型行星式球磨機(jī)機(jī) 械活化，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為220rpm，料球比為1 : 3，機(jī)械活化時(shí)間為2.5h。 篩分后取粒徑為0.074mm以下的部分作下兩步的浸出原料。
(3) 、酸浸浸出在SHZ-B型水浴恒溫振蕩器中進(jìn)行，酸浸時(shí)硫酸溶液濃度為 3mol/L，礦漿中粉煤灰熟料質(zhì)量比為5%，浸出溫度為25°C，浸出時(shí)間 為3h。
(4) 、堿浸
堿浸時(shí)氫氧化鈉濃度為3mol/L，礦漿濃度為5%，浸出溫度為80°C， 浸出時(shí)間為3h。
(5) 、中和共聚
中和共聚階段，將步驟(3)所得酸浸出液及步驟(4)所得的浸出 液按體積比為1: 3，聚合后同化時(shí)間12h，制得(Fe+Al)/Si摩爾比控制為 1.62的聚硅酸硫酸鋁鐵型無(wú)機(jī)復(fù)合混凝劑。 實(shí)施例3
(1) 、焙燒
以攀枝花鋼鐵公司發(fā)電廠粉煤灰為原料，其化學(xué)組成如實(shí)施例1中 的表1所示。
將質(zhì)量含量為55%的蘇打粉與粉煤灰混合均勻，將300g混合料放置 于SX2-10-13型高溫馬弗爐中焙燒。用10°C/min的速度從室溫勻速升溫 到85(TC，在此焙燒溫度下保溫30min。
(2) 、活化
隨爐冷卻后，用腭式破碎機(jī)破碎，再用ND2-1L型行星式球磨機(jī)機(jī) 械活化，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為220rpm,料球比為1 : 3，機(jī)械活化時(shí)間為2.5h。 篩分后取粒徑為0.074mm以下的部分作下兩步的浸出原料。
(3) 、酸浸
浸出在SHZ-B型水浴恒溫振蕩器中進(jìn)行，酸浸時(shí)硫酸溶液濃度為 3mol/L，礦漿中粉煤灰熟料質(zhì)量比為5%，浸出溫度為25°C，浸出時(shí)間 為3h。(4) 、堿浸
堿浸時(shí)氫氧化鈉濃度為3mol/L，礦漿濃度為5%，浸出溫度為80°C， 浸出時(shí)間為3h。
(5) 、中和共聚
中和共聚階段，將步驟(3)所得酸浸出液及步驟(4)所得的浸出 液按體積比為l: 1，聚合后同化時(shí)間12h，制得(Fe+Al)/Si摩爾比控制為 2.52的聚硅酸硫酸鋁鐵型無(wú)機(jī)復(fù)合混凝劑。
一種用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合混凝劑的應(yīng)用 實(shí)施例4
將本發(fā)明合成的混凝劑用于模擬廢水處理，模擬廢水的濁度為 786NTU， pH為6.93，水溫為18.2°C，混凝劑投加量為10ml/L。結(jié)果如 表2所示。
表2不同(Fe+Al)/Si混凝劑絮凝效果對(duì)比
混凝劑絮凝效果
(Fe+Al)/Si濁度/ ,砜花沉降時(shí)間/min
1.621310
1. 7283
2.52105
實(shí)施例5
將本發(fā)明合成的(Fe+Al)/Si-l. 72的混凝劑用于處理上海市焦化廠煉 焦工業(yè)廢水，并與市售PAC和PFS進(jìn)行混凝效果對(duì)比。煉焦工業(yè)廢水處 理前的濁度為36NTU、色度為8倍、C0D為156mL/L。處理結(jié)果如表3所
不o
表3焦化廢水處理結(jié)果對(duì)比等量投加10mL L一1
混凝劑 最佳投加量/mL,1/1 _
濁度/ NTU 色度/倍 COD/mL L—1
原水 0 36 8 156
本發(fā)明混凝劑 10 12 4 112
PAC 〉60 25 2.8 145
PFS 〉60 29 3.8 152
實(shí)施例6
將本發(fā)明合成的(Fe+Al)/Si-l.72的混凝劑用于處理上海寶鋼集團(tuán)不 銹鋼分公司轉(zhuǎn)爐煉鋼污水，并與市售PAC和PFS進(jìn)行混凝效果對(duì)比。轉(zhuǎn) 爐煉鋼污水處理前的濁度為2295NTU、色度為40倍，pH為7.04，水溫 為24.6。C。處理結(jié)果如表4所示。
表4轉(zhuǎn)爐煉鋼污水處理結(jié)果對(duì)比
等量投加20mL L—1 混凝劑 最佳投加量/mL'L—1 _
濁度/ NTU 色度/倍
原水 0 36 8
本發(fā)明混凝劑 10 27 1
PAC 50 43 1
PFS 50 47 1
結(jié)果表明，在投加量相同的條件下，本發(fā)明制備的粉煤灰多組分高 聚合復(fù)合混凝劑具有很強(qiáng)的除濁能力、除色能力、去除COD的能力，形 成絮體的速度快，絮體大而密實(shí)，沉降速度快，沉降的污泥體積小。使 用本發(fā)明的混凝劑能縮短處理廢水的時(shí)間，提高系統(tǒng)的處理能力，同時(shí) 需要量減少，可以使成本降低。
權(quán)利要求
1、一種用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合混凝劑的方法，其特征在于包括如下步驟(1)、焙燒室溫下，在容器中將粉煤灰和蘇打粉混合均勻后，升溫至750℃～900℃進(jìn)行焙燒，升溫速度控制為8℃/min～12℃/min，焙燒時(shí)間為20min～40min；焙燒完畢，自然冷卻到室溫；粉煤灰和蘇打粉混合總量中蘇打粉的質(zhì)量百分比為40％～60％；(2)、活化將步驟(1)焙燒料用破碎機(jī)破碎后，再用球磨機(jī)機(jī)械活化，轉(zhuǎn)速為220rpm，料球比為1∶3，活化時(shí)間為2.5h，后進(jìn)行篩分；(3)、酸浸將步驟(2)所得的粉煤灰熟料用濃度為2～4mol/L硫酸溶液按質(zhì)量百分比為5～25％的礦漿濃度進(jìn)行酸浸，溶解出步驟(2)所得粉煤灰熟料中的硅鋁鐵元素，浸出時(shí)間為2～3h，浸出溫度為室溫；其中所用的粉煤灰熟料的粒徑小于0.074mm；(4)、堿浸將步驟(2)所得的粉煤灰熟料用濃度為2～4mol/L氫氧化鈉溶液按質(zhì)量百分比為5～20％的礦漿濃度進(jìn)行堿浸，溶解出步驟(2)所得粉煤灰熟料中的硅鋁元素，浸出時(shí)間為2～3h，浸出溫度為70℃～90℃，浸出過(guò)程須在200r/min攪拌下完成；(5)、中和共聚將步驟(3)中所得的酸性浸出液和步驟(4)中所得的堿性浸出液按體積比為1∶1～3在常溫下進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)時(shí)間為1～24h，即得復(fù)合混凝劑。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合混凝劑的方法，其特征在于步驟(5)所得的復(fù)合型混凝劑為聚硅酸硫酸鋁鐵的一種無(wú)機(jī)復(fù)合 型混凝劑，混凝劑中(Fe+Al)/Si的物質(zhì)的量比為L(zhǎng)5 4.0: 1。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合混凝劑的方法，其特征在于步驟(5)中的通過(guò)控制酸、堿浸出液的體積比為1: 2.5，聚合后 同化時(shí)間12h，得到(Fe+Al)/Si摩爾比為1.72的聚硅酸硫酸鋁鐵型無(wú) 機(jī)復(fù)合混凝劑。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合混凝劑的方法，其特征在于所獲得的復(fù)合型混凝劑可應(yīng)用于城市生活污水和工業(yè)廢水的處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用粉煤灰生產(chǎn)的復(fù)合混凝劑及其制備方法和應(yīng)用。主要采用焙燒-活化-酸浸-堿浸-中和共聚等步驟利用粉煤灰生產(chǎn)的復(fù)合混凝劑，即成分為聚硅酸硫酸鋁鐵的一種無(wú)機(jī)復(fù)合型混凝劑。本發(fā)明充分利用了粉煤灰中的有價(jià)元素，具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，混凝效果顯著等特點(diǎn)。整個(gè)工藝無(wú)酸性廢水、堿性廢水或固體廢棄物排放，屬于先進(jìn)的環(huán)保型清潔生產(chǎn)工藝。所得的復(fù)合混凝劑應(yīng)用于城市生活污水和工業(yè)廢水的處理，具有很強(qiáng)的除濁、除色、除COD的能力，形成絮體的速度快，絮體大而密實(shí)，沉降速度快，沉降的污泥體積小、處理成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F1/52GK101525174SQ20091004954
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者何紹剛, 劉曉榮, 廖代華, 房永征, 梁金奎, 晶 王, 金鳴林, 陳麒忠 申請(qǐng)人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;攀枝花鋼鐵(集團(tuán))公司