本發(fā)明屬于絮凝劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法及其使用方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生活水平的提高，污水的排放量逐年增加，污泥是城市污水處理產(chǎn)生的副產(chǎn)物。由于污泥顆粒的特殊絮體結(jié)構(gòu)及高度親水性，含有大量的游離水、間隙水、結(jié)合水，污泥的傳統(tǒng)處置方法有填埋、焚燒、土地利用等，但是它們的應(yīng)用都因為污泥的高含水率等問題受到局限，因此，降低污泥的含水率是解決污泥處理難題的關(guān)鍵。污泥含水率很高，污泥中水分含量高達(dá) 95%-97%，導(dǎo)致污泥有巨大的容積，這給污泥的后續(xù)處理帶來很大困難。所以，只要將其中的水分去除，就會大大縮小污泥的體積，大大提高對污泥的處理能力。如何提高污水的脫水率，提高污水處理速度，降低能耗，提高經(jīng)濟效益，越來越引起科學(xué)工作者的注意，并且具有很大的應(yīng)用前景。制備新型無機絮凝劑使污泥的脫水性能得到大大改善，在隨后的機械脫水中更好脫水，便于污泥的處理和處置。

通過近年來的研究，最有效的減少污泥數(shù)量、改進污泥脫水性質(zhì)的途徑，就是結(jié)合具體情況研究選用合適的絮凝劑。其作用原理為通過投加絮凝劑，在污泥膠質(zhì)微粒表面引起化學(xué)反應(yīng)、中和污泥膠質(zhì)微粒的電荷，促使污泥微粒凝聚成大的顆粒絮體，同時使水從污泥顆粒中分離出來，從而提高污泥的脫水性能?，F(xiàn)在常用的絮凝劑有三大類，無機絮凝劑、有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。

鋼渣是煉鋼過程中排放的廢渣。它是利用空氣或氧氣去氧化爐料（主要是生鐵）中的碳、硅、錳、磷等元素，并在高溫下與助劑（主要是石灰石）起反應(yīng)，形成熔渣。2010年我國鋼渣的產(chǎn)生量約8147萬噸，高爐渣的產(chǎn)生量約為20067萬噸，綜合利用率分別為21%和76%。鋼渣大量堆積不僅占用大量的土地資源，還對環(huán)境造成了污染，鋼渣綜合利用，不但帶來直接的經(jīng)濟效益，而且也保護了環(huán)境，有很大的社會效益。鋼渣疏松多孔，有較大的比表面積，可以用來制備吸附劑或絮凝劑，因此可以利用鋼渣作為絮凝劑來改善污泥脫水性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺點提供一種以鋼渣為主要原料的復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法。

本發(fā)明的另一目的還提供上述復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法制備的復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的使用方法。

為解決本發(fā)明的技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

一種復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法，具體步驟如下：

a、將鋼渣溶于3mol/L鹽酸中在90-95℃下酸浸1.0-1.5h，其中鋼渣與鹽酸的固液比為14-18；測定溶液中Fe³⁺ 、Al³⁺的含量；

b、將鐵粉溶于為2-3mol/L的鹽酸中得到氯化鐵溶液，測定Fe³⁺ 的含量；

c、將氯化鐵溶液和鋼渣酸浸溶液加入反應(yīng)器，其中混合溶液的Fe/Al摩爾比為8:4，用去離子水調(diào)節(jié)pH為2.5-3，攪拌均勻后放入加熱器中在60-80℃下反應(yīng)2-2.5h，之后再加入濃H₂SO₄后，繼續(xù)反應(yīng)30-40min；

d、反應(yīng)后冷卻至室溫,然后加入堿至產(chǎn)生黃色沉淀物出現(xiàn)（反應(yīng)需30-40min），過濾得黃色糊狀物；

e、將上述糊狀物放入烘箱中，在103℃-105℃下烘干，研磨成粉末狀即為復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

所述步驟c中濃H₂SO₄的加入量為每克鋼渣添加8mL濃硫酸。

所述步驟d中堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀

上述復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法制備的復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的使用方法為：在100mL污泥中投加0.5-3g復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵絮凝劑，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)20-30分鐘用于污泥脫水。

鋼渣是一種多礦物組成的固溶體，鋼渣堿度（R）是其中的CaO與SiO₂、P₂O₅的含量比，一般綜合利用的鋼渣以中堿度渣（R=1.8-2.5）、高堿度渣（R>2.5）為主。鋼渣密度一般為3.1-3.6×10³kg/m³，以標(biāo)準(zhǔn)砂的耐磨系數(shù)作為1，鋼渣的耐磨系數(shù)為1.43。鋼渣塊松散不粘結(jié)，孔隙較少，質(zhì)地堅硬密實，抗壓性能好，壓碎值為20.4%-30.8%。鋼渣的礦物組成隨原料、鋼種、煉鋼方法、生產(chǎn)階段以及爐次等地不同而不同。一般來說，鋼渣的主要化學(xué)組成是由CaO、SiO₂、Fe₂O₃、FeO、MgO、Al₂O₃、SiO₂、fCaO等氧化物組成。鋼渣組分中鐵、硅、鋁、鈣氧化物占絕大部分。鋼渣的主要礦物組成為鈣鎂橄欖石、硅酸二鈣、硅酸三鈣、硅鎂薔薇輝石、鐵酸二鈣等。

由圖1可以看出，紅外光譜圖中顯示的主要吸收波數(shù)為456,850,1069，1174,1627,3463cm^-1的強吸收峰；614,672,887,1009cm^-1等的弱吸收峰。在波數(shù)為887cm^-1處出現(xiàn)Fe₂O₄^2-的特征峰，也被看做是結(jié)構(gòu)的特征峰，證明自制絮凝劑其結(jié)構(gòu)內(nèi)有聚合體存在。在1009-1286cm^-1之間有兩處強吸收峰，其中1069cm^-1為Fe-OH-Fe的伸縮振動吸收峰，1174cm^-1為Al-OH-Al的伸縮振動吸收峰，二者均屬于Me-OH彎曲振動，這說明自制絮凝劑PAFS中既有以羥基橋聯(lián)的聚合鐵，也有以羥基橋聯(lián)的聚合鋁。

本發(fā)明方法制備的復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵在污泥的處理過程中能夠大大降低污泥SV30（SV30為污泥靜置沉淀30分鐘后的沉降比），提高污泥脫水性能。因為復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵既有以羥基橋聯(lián)的聚合鐵，也有以羥基橋聯(lián)的聚合鋁，對污泥絮體有著較強的吸附架橋作用，同時復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵有膠體的性質(zhì)，可以使分散狀態(tài)的污泥絮凝成顆粒狀，在沉降過程中相互碰撞形成較大的顆粒后加速下沉，但沒有破壞現(xiàn)有的膠體性質(zhì)，使污泥脫水性能更佳。同時表面帶正電的絮凝劑，可以與污泥發(fā)生電中和反應(yīng)，能夠中和污泥顆粒上的負(fù)電荷，在很大程度上降低了污泥的比阻，有利于污泥的絮凝沉降。在100mL污泥中投加0.5-3g復(fù)合無機絮凝劑——聚硫酸鋁鐵絮凝劑，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)20-30分鐘，污泥SV30為45%（SV30為污泥靜置沉淀30分鐘后的沉降比）；含水率為80.28%；污泥比阻為6.6264×10⁷ s²/g都達(dá)很好的污泥脫水效果，比目前使用的絮凝劑絮凝效果提高了2倍以上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的紅外光譜。

具體實施方式

本發(fā)明采用蘭州榆中鋼鐵公司的廢棄鋼渣，其成分如表1所示：

由鋼渣的化學(xué)組成和礦物組成可知，鋼渣中的鋁、鐵在一定的條件下可以浸出。本發(fā)明采用鹽酸直接浸出法，其中鹽酸是強酸，對樣品的分解作用主要是利用H⁺、Cl^—還原性和Cl^—強配位性。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）鹽酸是強酸，H⁺的還原作用很顯著；

（2）利用Cl^—的還原作用，可以使氧化性礦物易于分解；

（3）Cl^—是一個配位體，可與多種金屬離子形成配離子，所以鹽酸可以更好地溶解鋼渣；

（4）Cl^—能與Ge、Sn、Se、Hg等形成易揮發(fā)的氯化物，可以使鋼渣中的這些因素分解揮發(fā)，起到預(yù)先分離的目的^[20]。

實施例1

一種復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法，具體步驟如下：

a、將鋼渣溶于3mol/L鹽酸中在90℃下酸浸1.5h，其中鋼渣與鹽酸的固液比為18；測定溶液中Fe³⁺ 、Al³⁺的含量；

b、將鐵粉溶于3mol/L的鹽酸中得到氯化鐵溶液，測定Fe³⁺ 的含量；

c、將氯化鐵溶液和鋼渣酸浸溶液加入反應(yīng)器，其中混合溶液的Fe/Al摩爾比：8:4，用去離子水調(diào)節(jié)pH為3，攪拌均勻后放入加熱器中在80℃下反應(yīng)2h，之后再加入濃H₂SO₄，濃H₂SO₄的加入量為每克鋼渣添加8mL濃硫酸，繼續(xù)反應(yīng)40min；

d、反應(yīng)后冷卻至室溫，然后加入氫氧化鈉至產(chǎn)生黃色沉淀物出現(xiàn)（反應(yīng)30min），過濾得黃色糊狀物；

e、將上述糊狀物放入烘箱中，在105℃下烘干，研磨成粉末狀即為復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

上述復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法制備的復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的使用方法，具體方法如下：在100mL污泥中投加2g復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵絮凝劑，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)30分鐘后用于污泥脫水。

實施例2

一種復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法，具體步驟如下：

a、將鋼渣溶于3mol/L鹽酸中在95℃下酸浸1.0h，其中鋼渣與鹽酸的固液比為14；測定溶液中Fe³⁺ 、Al³⁺的含量；

b、將鐵粉溶于3mol/L的鹽酸中得到氯化鐵溶液，測定Fe³⁺ 的含量；

c、將氯化鐵溶液和鋼渣酸浸溶液加入反應(yīng)器，其中混合溶液的Fe/Al摩爾比：8:4，用去離子水調(diào)節(jié)pH為2.5，攪拌均勻后放入加熱器中在80℃下反應(yīng)2.5h，之后再加入濃H₂SO₄，濃H₂SO₄的加入量為每克鋼渣添加8mL濃硫酸，繼續(xù)反應(yīng)30min；

d、反應(yīng)后冷卻至室溫，然后加入氫氧化鈉至產(chǎn)生黃色沉淀物出現(xiàn)后（反應(yīng)30-40min），過濾得黃色糊狀物；

e、將上述糊狀物放入烘箱中，在105℃下烘干，研磨成粉末狀即為復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

上述復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法制備的復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的使用方法，具體方法如下：在100mL污泥中投加3g復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵絮凝劑，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)30分鐘后用于污泥脫水。

實施例3

一種復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法，具體步驟如下：

a、將鋼渣溶于3mol/L鹽酸中在90℃下酸浸1.5h，其中鋼渣與鹽酸的固液比為16；測定溶液中Fe³⁺ 、Al³⁺的含量；

b、將鐵粉溶于2mol/L鹽酸中得到氯化鐵溶液，測定Fe³⁺ 的含量；

c、將氯化鐵溶液和鋼渣酸浸溶液加入反應(yīng)器，其中混合溶液的Fe/Al摩爾比：8:4，用去離子水調(diào)節(jié)pH為3，攪拌均勻后放入加熱器中在60℃下反應(yīng)2h，之后再加入濃H₂SO₄，濃H₂SO₄的加入量為每克鋼渣添加8mL濃硫酸，繼續(xù)反應(yīng)40min；

d、反應(yīng)后冷卻至室溫，然后加入氫氧化鈉至產(chǎn)生黃色沉淀物出現(xiàn)（反應(yīng)30min），過濾得黃色糊狀物；

e、將上述糊狀物放入烘箱中，在103℃下烘干，研磨成粉末狀即為復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

上述復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的制備方法制備的復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵的使用方法，具體方法如下：在100mL污泥中投加0.5g復(fù)合無機絮凝劑聚硫酸鋁鐵絮凝劑，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)20分鐘后用于污泥脫水。