水處理用高分子硅鈣鐵混凝劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理凈水劑領(lǐng)域，涉及一種采用鈦泥制備水處理用高分子硅鈣鐵混 凝劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的逐漸提高，固體廢棄物污染目前已對全球 環(huán)境造成了極大威脅。固體廢棄物是指人類在生產(chǎn)和生活活動中丟棄的固體和泥狀的物 質(zhì)，有些喪失了原有利用價值，有些雖未喪失利用價值卻被拋棄或者放棄了。固廢物主要包 括固體顆粒、垃圾、爐渣、污泥、廢棄制品等等，種類繁多，其產(chǎn)生與排放，伴隨著人類社會仍 在延續(xù)，如不加以合理處理處置，對環(huán)境、人類健康將造成無可挽回的損害。
[0003] 縱觀當(dāng)今世界，為緩解環(huán)境危機，各國均在努力，作為不可避免的在生產(chǎn)、生活中 產(chǎn)生的固廢物，其處理處置過程中的價值利用越來越受到重視。鈦泥就是鈦白生產(chǎn)過程中 排放的一種固體廢棄物。鈦白是白色固體或粉末狀的兩性氧化物，是當(dāng)今最好的惰性、無毒 的白色顏料，其主要成分是二氧化鈦。鈦白主要應(yīng)用于油漆、塑料、造紙、化纖、橡膠、化妝 品、水彩顏料等行業(yè)。鈦白的生產(chǎn)方法主要是硫酸鈦白法和氯化鈦白法。目前國外主要采 用氯化鈦白法，世界上最大的鈦白生產(chǎn)商是杜邦公司，采用的是氯化法。國內(nèi)由于氯化法 仍不成熟，目前采用的還是硫酸鈦白法?！?013-2017年中國鈦白粉行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù) 測分析報告》指出，我國是世界最大的鈦白粉消費國，2013年國內(nèi)鈦白粉實際產(chǎn)量約190萬 噸。硫酸鈦白法工藝成熟、投資少、設(shè)備簡單，但是流程長、產(chǎn)品質(zhì)量稍差，重要的是三廢多、 污染大，三廢處理約占鈦白生產(chǎn)成本的20%左右。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1噸鈦白，則會產(chǎn)生2~ 2. 5噸的副產(chǎn)品七水硫酸亞鐵，以及0. 2~0. 35噸的廢渣和廢泥，因此目前該法本身的研 宄重點就在于其三廢的處理環(huán)節(jié)。鈦泥作為硫酸法過程產(chǎn)生的廢物之一，始終沒有得到有 效利用。鈦泥中CaO、Si02、FeO及Ti02、A1203的含量一般在10%~20%、30%~45%、10%~ 20%及12%~20%、1%~3%左右，具有進一步回收利用的價值。但是到目前為止，鈦泥基本 是作為廢料而棄置的，這不僅對環(huán)境造成了很大威脅，也浪費了其中的有價資源。
[0004] 近十余年來，中國城鎮(zhèn)化進程發(fā)展迅速，污水產(chǎn)生量急劇增加，低價高效的水處理 技術(shù)一直是專家的研宄重點，其中采用固廢物制備水處理凈水劑始終是水處理領(lǐng)域的熱點 之一。國內(nèi)外專家曾采用煤矸石、粉煤灰、鐵礦石、高嶺土尾礦、稀土化合物、發(fā)電廠廢棄 物、廢棄塑料、有機廢料等固廢物制備無機及有機水處理用混凝劑，如陳剛與唐德堯的國 家發(fā)明專利"由廢棄果皮制備環(huán)保型絮凝劑的方法及應(yīng)用（申請?zhí)朇N201310568550)"，傅 立民的國家發(fā)明專利"一種聚鋁鐵硅藻土絮凝劑的制備方法（申請?zhí)朇N201310434407)"， 盧海燕與張琰的國家發(fā)明專利"一種處理印染廢水的復(fù)合型絮凝劑及其制備方法（申請?zhí)?CN201310326334)"。鈦泥中的鈣、鐵、硅、鋁均是水處理用無機混凝劑所需要的必要元素，而 鈦是水處理混凝劑中的嶄新元素，因此采用主要含鈣、鐵、硅元素的鈦泥制備水處理用混凝 劑具有可行的基礎(chǔ)。目前有采用鈦白生產(chǎn)過程的廢物制備混凝劑，如王曉峰采用鈦鐵礦酸 浸廢渣制備高效絮凝劑(碩士論文，2012年)，主要采用濃硫酸對鈦鐵礦廢渣進行酸浸，溫度 控制為90°C，然后分別氫氧化鈉及過氧化氫溶液對上述酸浸液進行pH值調(diào)節(jié)、氧化、聚合， 制得廢渣聚鐵復(fù)合絮凝劑，該工藝中濃硫酸及過氧化氫的選擇，以及真空干燥均增加了制 備成本，且未涉及工業(yè)化制備工藝。也有專家將鈦泥作為資源物而加以利用，如張金良利用 鈦泥回收鐵鈦資源（CN201010586860)，主要包括鈦泥的烘干、破碎和篩分、混合和添加物、 壓制、渣鐵分離，最后形成高鈦渣，而鐵進入下一道工序。但是到目前為止，采用鈦泥制備水 處理凈水劑的研宄未見有報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的為進一步提高鈦泥的利用價值，提供一種采用鈦泥制備水處理用高分 子硅鈣鐵混凝劑的方法。
[0006] 本發(fā)明的高分子鈦鐵混凝劑的技術(shù)方法如下： 以下各組份均按重量百分比計： 1、 在80轉(zhuǎn)/分鐘~150轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將10%~30%的鹽酸溶液與35%~50%的 鈦泥混合，鹽酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12°/『25%，加熱至40°C ~70°C，進行第一階段的浸取反應(yīng)， 反應(yīng)時間為1小時~4小時，得到浸取漿，過濾，獲得浸取液I和濾渣I，備用； 2、 在50轉(zhuǎn)/分鐘~100轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將濾渣I加入到溫度為120°C ~150°C 的8%~15%的濃硫酸溶液中，濃硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，繼續(xù)加熱到170°C ~190°C，反應(yīng) 1分鐘~5分鐘之后，冷卻到40°C ~70°C，得到懸濁液，過濾，得到第二階段的浸取液II和濾 澄II，備用； 3、 采用相當(dāng)于5倍濾渣II體積的自來水清洗濾渣II 2次~4次，然后在80轉(zhuǎn)/分鐘~150 轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將1〇%~25%的17mol/L的氫氧化鈉溶液加入到濾渣II中，控制溫度 為70°C ~90°C，進行第三階段的浸取反應(yīng)，控制浸取時間為1小時~2小時，然后過濾，得到 浸取液III，備用； 4、 在80轉(zhuǎn)/分鐘~150轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將浸取液I、浸取液II與浸取液III混合， 得到混合浸取液； 5、 在300轉(zhuǎn)/分鐘~800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將0. 2%~5%的氧化劑加入到上述混合 浸取液中，進行氧化反應(yīng)，控制溫度為40°C ~70°C，10分鐘后停止攪拌，冷卻至室溫，靜置熟 化，控制熟化時間為2小時~5小時，制得淡棕黃色或棕黃色水處理用高分子硅鈣鐵混凝劑 液體廣品； 6、 采用轉(zhuǎn)桶式干燥方法或逆向接觸噴霧干燥方法將上述液體產(chǎn)品固化，制備成淡黃色 或淡棕色的水處理用高分子硅鈣鐵混凝劑固體產(chǎn)品，熱空氣流量為120m 3/h~210m3/h，在轉(zhuǎn) 桶式干燥方法中，熱空氣進口溫度控制為100°C ~120°C，在逆向接觸噴霧干燥方法中，熱空 氣進口溫度控制為l〇〇°C ~110°C ; 上述制備方法中，所用的氧化劑為工業(yè)級的次氯酸鈉或氯酸鈉，次氯酸鈉為液體，質(zhì)量 分?jǐn)?shù)>10%，氯酸鈉為固體，以干基計的含量>98%; 上述制備方法中，所用的鹽酸、硫酸及氫氧化鈉均為工業(yè)級，并且對鈦泥進行三階段浸 取反應(yīng)； 上述制備方法中，通過調(diào)節(jié)氧化劑的加入量，可以適用性地提高對有機物及色度的去 除效果。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是： a、本發(fā)明以鈦白生產(chǎn)過程中產(chǎn)的無毒固體廢棄物鈦泥為主要原料，以工業(yè)級氫氧化 鈉、鹽酸、硫酸及氯酸鈉、氯酸鈉為輔助原料，制備成本較低。
[0008]b、本發(fā)明采用不同的酸、堿對鈦泥進行三階段浸取反應(yīng)，充分利用了堿及酸對不 同成分的浸取效率，同時對浸取、氧化和聚合時段的溫度分別進行控制，降低了制備成本。
[0009]c、本發(fā)明的水處理用高分子硅鈣鐵混凝劑，生產(chǎn)過程為常壓，反應(yīng)釜最高溫度要 求為190°C，生產(chǎn)工藝簡單、成熟，很容易實現(xiàn)。
[0010] d、本發(fā)明的水處理用高分子硅鈣鐵混凝劑通過調(diào)節(jié)氧化劑的加入量，可以適用性 地提高對有機物及色度的去除效果。
[0011] e、本發(fā)明的水處理用高分子硅鈣鐵混凝劑是在傳統(tǒng)鈣鹽、鐵鹽混凝劑基礎(chǔ)上發(fā)展 起來的新型無機多成分聚合混凝劑，可應(yīng)用于城市污水、工業(yè)廢水及富營養(yǎng)化嚴(yán)重的湖泊 水等領(lǐng)域，尤其適用于污水色度及有機物的去除。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0013] 實施例1 在80轉(zhuǎn)/分鐘~150轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將20L的鹽酸溶液與30kg的鈦泥混合， 鹽酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，加熱至40°C~70°C，進行第一階段的浸取反應(yīng)，反應(yīng)時間為3 小時，得到浸取漿，過濾，獲得浸取液I和濾渣I，備用。在50轉(zhuǎn)/分鐘~100轉(zhuǎn)/分鐘的攪 拌速度下，將濾渣I加入到溫度為150°C的5L的濃硫酸溶液中，濃硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80%，繼續(xù)加熱到180°C，反應(yīng)1分鐘之后，冷卻到70°C，得到懸濁液，過濾，得到第二階段的 浸取液II和濾渣II，備用。采用相當(dāng)于5倍濾渣II體積的自來水清洗濾渣II 3次，然后在80 轉(zhuǎn)/分鐘~150轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將4. 5L的17mol/L的氫氧化鈉溶液加入到濾渣II 中，控制溫度為90°C，進行第三階段的浸取反應(yīng)，控制浸取時間為1. 5小時，然后過濾，得到 浸取液III，備用。在80轉(zhuǎn)/分鐘~150轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將浸取液I、浸取液II與浸 取液III混合，得到混合浸取液。在300轉(zhuǎn)/分鐘~800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將0. 2kg的 氯酸鈉加入到上述混合浸取液中，進行氧化反應(yīng)，控制溫度為40°C，10分鐘后停止攪拌，冷 卻至室溫，靜置熟化，控制熟化時間為3小時，制得淡棕黃色水處理用高分子硅鈣鐵混凝劑 液體產(chǎn)品。
[0014]實施例2 在80轉(zhuǎn)/分鐘~150轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將30L的鹽酸溶液與38kg的鈦泥混合， 鹽酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，加熱至40°C~70°C，進行第一階段的浸取反應(yīng)，反應(yīng)時間為1 小時，得到浸取漿，過濾，獲得浸取液I和濾渣I，備用。在50轉(zhuǎn)/分鐘~100轉(zhuǎn)/分鐘的攪 拌速度下，將濾渣I加入到溫度為140°C的5. 5L的濃硫酸溶液中，濃硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為80%，繼續(xù)加熱到180°C，反應(yīng)3分鐘之后，冷卻到70°C，得到懸濁液，過濾，得到第二階段 的浸取液II和濾渣II，備用。采用相當(dāng)于5倍濾渣II體積的自來水清洗濾渣II 2次，然后在 80轉(zhuǎn)/分鐘~150轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將5L的17mol/L的氫氧化鈉溶液加入到濾渣II 中，控制溫度為90°C，進行第三階段的浸取反應(yīng)，控制浸取時間為2小時，然后過濾，得到浸 取液III，備用。在80轉(zhuǎn)/分鐘~150轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將浸取液I、浸取液II與浸取 液III混合，得到混合浸取液。在300轉(zhuǎn)/分鐘~800轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下，將1. 5kg的氯 酸鈉加入到上述混合浸取液中，進行氧化反應(yīng)，控