專利名稱：利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢物無(wú)害化和資源化的技術(shù)領(lǐng)域，是一種利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合 十三鋁的方法。
背景技術(shù)：
聚合氯化鋁絮凝劑研制與開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)60年代后期的日本，此后，歐洲、美國(guó) 和前蘇聯(lián)等國(guó)的許多研究工作者對(duì)其合成制備工藝進(jìn)行了大量的研究開(kāi)發(fā)工作，國(guó)內(nèi)外已 有大量的專利和文獻(xiàn)報(bào)道了數(shù)十種聚合氯化鋁的制備工藝和方法常用的有以下幾種一、以鋁、活性三氧化二鋁或鋁灰為原料的生產(chǎn)方法以鋁、活性三氧化二鋁或鋁灰為原料的生產(chǎn)工藝有酸溶一步法、堿溶法和中和法。 其中堿溶法和中和法制得的產(chǎn)品聚合氯化鋁含量均較低，難以推廣應(yīng)用，酸溶一步法制得 的產(chǎn)品聚合氯化鋁含量稍高。其原理為將一定量的鋁或活性三氧化二鋁溶于鹽酸，隨著反 應(yīng)的進(jìn)行，體系的PH值逐漸升高，并在一定溫度下促使A1 (H20) 63+發(fā)生水解和聚合反應(yīng)，制 得的聚合氯化鋁溶液。但該法合成產(chǎn)品的聚合度一般在40%以下，并且Si02及被玻璃微珠 包裹的A1203、Fe203等由于難溶于酸而未被有效利用，大量殘?jiān)膹U棄進(jìn)一步污染環(huán)境。二、以鋁酸鈉或氫氧化鋁為原料的方法。(日本公開(kāi)特許昭和45-38121 ；昭和 53-1240)將鋁酸鈉或氫氧化鋁和鹽酸按一定比例在反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)生成聚合氯化鋁。該 法生產(chǎn)聚合氯化鋁的生產(chǎn)條件要求高溫高壓，成本較高，并且產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)中的Al13含量 只能達(dá)到40 50%。三、以三氯化鋁為原料的生產(chǎn)方法。常見(jiàn)的方法主要有以下五種1、中和法在三氯化鋁溶液中加入氫氧化鈉，石灰，石灰石，碳酸鈉等堿性物質(zhì)，提高氫氧根 離子的濃度，以促進(jìn)三氯化鋁的水解，不同的加堿量可以得到不同堿化度產(chǎn)品。這種方法 的實(shí)際生產(chǎn)不易控制，不能實(shí)現(xiàn)適宜堿化度和有效鋁成分的理想配比，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定， A113含量較低。2、熱分解法以結(jié)晶氯化鋁為原料，也可采用沸騰熱解法制得固體PAC，結(jié)晶氯化鋁在一定溫度 下熱解，分解出氯化氫和水，聚合變成粉狀產(chǎn)物，即PAC (熟料)，將熟料加一定量水?dāng)嚢瑁?較短時(shí)間內(nèi)固化成樹(shù)脂性產(chǎn)物，經(jīng)干燥、粉碎即可得固體PAC產(chǎn)品。該法生產(chǎn)設(shè)備投資大， 分解效率較低，且易產(chǎn)生三氧化二鋁，產(chǎn)品的聚合度一般在50 %以下。3、電滲析法該方法是以三氯化鋁為電解液，以兩張陰離子交換膜(異相)構(gòu)成反應(yīng)室，石墨板 為陽(yáng)極，多孔鐵板為陰極，通一定時(shí)間直流電，即制得PAC液體產(chǎn)品。該工藝雖先進(jìn)，但這種 方法工藝復(fù)雜，制造的產(chǎn)品質(zhì)量完全依賴于離子交換膜的質(zhì)量，存在著容易發(fā)生膜污染這 一棘手難題，且膜的價(jià)格較貴導(dǎo)致PAC的成本較高。
4、可溶解性鋁陽(yáng)極電解法中科院生態(tài)中心開(kāi)發(fā)了一種高質(zhì)量的聚合氯化鋁的制備技術(shù)，該技術(shù)以三氯化鋁為電解液，鋁板為陽(yáng)極，鐵板為陰極，通一定時(shí)間的低電壓、大電流的直流電，即可制得聚合 氯化鋁的液體產(chǎn)品。雖然其堿化度較高，其有效絮凝成分Al13質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%左右。但該 方法是以鋁板為陽(yáng)極，制備的聚合氯化鋁中大部分鋁來(lái)自陽(yáng)極鋁板的溶解，致使該法的生 產(chǎn)成本相對(duì)較高，還不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要，并且其中仍有20% 40%的鋁以鋁離子 和氫氧化鋁形式存在。5、形穩(wěn)陽(yáng)極電解法中科院生態(tài)環(huán)境研究中心曲久輝等老師用形穩(wěn)陽(yáng)極電解制備出Al13占總鋁60% 以上的聚合氯化鋁。但電解時(shí)間較長(zhǎng)，一般在10小時(shí)以上，Al13易沉積陰極表面導(dǎo)致電極 鈍化，電解效率較低，并且Al13含量有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有制備聚合氯化鋁方法中所存在的工藝復(fù)雜、成本較高、 易造成二次污染的不足之處，提供一種具有工藝簡(jiǎn)單、殘?jiān)可佟⒊杀镜?、污染少等?yōu)點(diǎn)的 以鋁灰為原料制備含硅鐵聚合十三鋁的方法。本發(fā)明利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法所采用的技術(shù)方案是通過(guò)如下 方式完成的利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法包括以下步驟(1)將鋁灰與Na2CO3混勻后放入爐中煅燒得到灰白色粉末；(2)將上述灰白色粉末放入容器中后，加入鹽酸進(jìn)行酸浸反應(yīng)；(3)將上述酸浸產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，得到沉淀物和含F(xiàn)e3+的AlCl3溶液；(4)在上述得到的沉淀物中加堿溶液進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)固液分離得到沉淀物和Na2SiO3 溶液；(5)在AlCl3溶液中加入Na2SiO3溶液，經(jīng)混合均勻并調(diào)節(jié)溶液的酸堿度后即得到 含硅鐵聚合十三鋁。在上述利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法中，鋁灰與Na2CO3的質(zhì)量配比 為鋁灰10份、Na2C035 8份。在上述利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法中，煅燒鋁灰與Na2CO3混合物的 溫度是650°C 950°C，煅燒時(shí)間是0. 5 1. 5h。在上述利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法中，鋁灰與Na2CO3經(jīng)煅燒得到的 灰白色粉末放入容器中后所加入的鹽酸為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3% 12%的鹽酸，所進(jìn)行的酸浸反應(yīng) 時(shí)間是2 7h。在上述利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法中，在步驟(4)中所加的堿溶液 是NaOH溶液，沉淀物與NaOH溶液的質(zhì)量比為1 0. 4 1. 2，反應(yīng)溫度為80°C 90°C，反 應(yīng)時(shí)間為0. 5 1. 5h。在上述利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法中，在步驟(5)中向AlCl3溶液 中加入Na2SiO3溶液的方式為滴加，所調(diào)節(jié)溶液的酸堿度為pH值3. 0 5. 5。在上述利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法中，部分反應(yīng)原理如下，煅燒反應(yīng)<formula>formula see original document page 4</formula>
Al2O3 (過(guò)量 glass) +Na2CO3 (s) = 2NaA102 (s) +CO2 (gas)個(gè)酸浸反應(yīng)NaAlSi04+4H+= Al3++Na++H20+H2Si03 INaAlQ2+4H+ = Al3++Na++2H20H2SiO3 = (1-n) H2CHSiO2. nH20堿溶反應(yīng)Si02.nH20+2Na0H = Na2SiO3+(n+1) H2O本發(fā)明通過(guò)高溫煅燒、酸浸以及堿溶反應(yīng)，不僅使鋁灰中以晶體形式存在的Al2O3 和被玻璃微珠包裹的鋁最大化的溶出，克服了因鋁灰溶出率低所造成的資源浪費(fèi)、環(huán)境污 染等問(wèn)題；而且制備的含硅鐵聚合十三鋁產(chǎn)品，性能較傳統(tǒng)絮凝劑優(yōu)越。本發(fā)明與現(xiàn)有的制備聚合氯化鋁方法相比，具有以下特點(diǎn)1、鋁灰的溶出率高，反應(yīng)的起始溫度低，降低了成本。2、鋁灰的溶出鋁的量高，由此減少了廢棄鋁灰所造成的環(huán)境污染。3、由于鋁灰中含有硅鐵雜質(zhì)，Al13離子與鐵聚硅酸離子間易發(fā)生偶聯(lián)作用，使生成 的含硅鐵聚合十三鋁的聚合度顯著增大，使其絮凝效果和穩(wěn)定性均明顯提高，同時(shí)，使用該 產(chǎn)品處理污水，水質(zhì)中的鋁殘留量少，鋁殘留量只有1. 3 2. 1 μ g/L。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的具體說(shuō)明。實(shí)例1一種利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法，其制備步驟為(1)將Na2CO3與鋁 灰按質(zhì)量比1 1.5混勻；(2)將混合物置于馬弗爐中，在650°C下培燒lh;(3)將焙燒產(chǎn)物 與質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的HCl在反應(yīng)釜中進(jìn)行酸浸反應(yīng)，浸出時(shí)間為6h ； (4)將酸浸產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾器 進(jìn)行固液分離，將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 0.4混勻，在82°C下加熱攪拌1.5h， 然后進(jìn)行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3為原料，向其中滴加堿浸 液Na2SiO3，調(diào)節(jié)溶液的酸堿度，使溶液的pH為3. 0，從而制備出含硅鐵聚合十三鋁產(chǎn)品，其 中Al13占總鋁的比率為90. 3%，堿化度為80%，將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計(jì)算得到剩余 殘?jiān)蕿?.5%。實(shí)例2—種利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法。其制備步驟為(1)將Na2CO3與 鋁灰按質(zhì)量比1 1.6混勻；(2)將混合物置于馬弗爐中，在750°C下培燒0.5h;(3)將焙 燒產(chǎn)物與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的HCl在反應(yīng)釜中進(jìn)行酸浸反應(yīng)，浸出時(shí)間為4h ； (4)將酸浸產(chǎn)物經(jīng) 過(guò)濾器進(jìn)行固液分離，將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 0.8混勻，在87°C下加熱攪 拌lh，然后進(jìn)行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3為原料，向其中滴 加堿浸液Na2SiO3,調(diào)節(jié)溶液的酸堿度，使溶液的pH為4. 0，從而制備出含硅鐵聚合十三鋁產(chǎn) 品，其中Al13占總鋁的比率為91. 6%，堿化度為82%，將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計(jì)算得 到剩余殘?jiān)蕿?.7%。實(shí)例3一種利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法。其制備步驟為(1)將Na2CO3與 鋁灰按質(zhì)量比1 1.8混勻；(2)將混合物置于馬弗爐中，在850°C下培燒1.5h;(3)將焙 燒產(chǎn)物與質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的HCl在反應(yīng)釜中進(jìn)行酸浸反應(yīng)，浸出時(shí)間為7h ； (4)將酸浸產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)行固液分離，將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 1.0混勻，在85°C下加熱攪拌0.5h，然后進(jìn)行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3為原料，向其中 滴加堿浸液Na2SiO3,調(diào)節(jié)溶液的酸堿度，使溶液的pH為5. 0，從而制備出含硅鐵聚合十三鋁 產(chǎn)品，其中Al13占總鋁的比率為92. 5%，堿化度為85%，將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計(jì)算 得到剩余殘?jiān)蕿?.8%。實(shí)例 4一種利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法。其制備步驟為(1)將Na2CO3與 鋁灰按質(zhì)量比1 2.0混勻；(2)將混合物置于馬弗爐中，在950°C下培燒1.0h;(3)將焙燒 產(chǎn)物與質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%的HCl在反應(yīng)釜中進(jìn)行酸浸反應(yīng)，浸出時(shí)間為5h ； (4)將酸浸產(chǎn)物經(jīng) 過(guò)濾器進(jìn)行固液分離，將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 1.2混勻，在80°C下加熱攪 拌1.5h，然后進(jìn)行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3為原料，向其中 滴加堿浸液Na2SiO3,調(diào)節(jié)溶液的酸堿度，使溶液的pH為5. 5，從而制備出含硅鐵聚合十三鋁 產(chǎn)品，其中Al13占總鋁的比率為92. 6%，堿化度為83%，將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計(jì)算 得到剩余殘?jiān)蕿?.0%。實(shí)例5一種利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法。其制備步驟為(1)將Na2CO3與 鋁灰按質(zhì)量比1 1.7混勻；(2)將混合物置于馬弗爐中，在730°C下培燒1.5h;(3)將焙燒 產(chǎn)物與質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的HCl在反應(yīng)釜中進(jìn)行酸浸反應(yīng)，浸出時(shí)間為6h ； (4)將酸浸產(chǎn)物經(jīng) 過(guò)濾器進(jìn)行固液分離，將分離后的沉淀物與NaOH按質(zhì)量比1 0.9混勻，在90°C下加熱攪 拌l.Oh，然后進(jìn)行固液分離，得到Na2SiO3上清液備用；(5)以酸浸液AlCl3S原料，向其中 滴加堿浸液Na2SiO3,調(diào)節(jié)溶液的酸堿度，使溶液的pH為5. 2，從而制備出含硅鐵聚合十三鋁 產(chǎn)品，其中Al13占總鋁的比率為92. 8%，堿化度為85. 2%，將堿溶后的沉淀物烘干、稱重計(jì) 算得到剩余殘?jiān)蕿?.8%。
權(quán)利要求
一種利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法，其特征在于利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法包括以下步驟(1)將鋁灰與Na2CO3混勻后放入爐中煅燒得到灰白色粉末；(2)將上述灰白色粉末放入容器中后，加入鹽酸進(jìn)行酸浸反應(yīng)；(3)將上述酸浸產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，得到沉淀物和含F(xiàn)e3+的AlCl3溶液；(4)在上述得到的沉淀物中加堿溶液進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)固液分離得到沉淀物和Na2SiO3溶液；(5)在AlCl3溶液中加入Na2SiO3溶液，經(jīng)混合均勻并調(diào)節(jié)溶液的酸堿度后即得到含硅鐵聚合十三鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法，其特征在于鋁灰 與Na2C03的質(zhì)量配比為鋁灰10份、Na2C035 8份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法，其特征在于煅燒 鋁灰與Na2C03混合物的溫度是650°C 950°C，煅燒時(shí)間是0. 5 1. 5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法，其特征在于鋁灰 與妝20)3經(jīng)煅燒得到的灰白色粉末放入容器中后所加入的鹽酸為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3% 12%的鹽 酸，所進(jìn)行的酸浸反應(yīng)時(shí)間是2 7h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法，其特征在于 在權(quán)利要求1的步驟(4)中所加的堿溶液是NaOH溶液，沉淀物與NaOH溶液的質(zhì)量比為 1 0. 4 1.2，反應(yīng)溫度為80°C 90°C，反應(yīng)時(shí)間為0. 5 1.5h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法，其特征在于在權(quán) 利要求1的步驟(5)中向A1C13溶液中加入Na2Si03溶液的方式為滴加，所調(diào)節(jié)溶液的酸堿 度為pH值3.0 5. 5。
全文摘要
本發(fā)明一種利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法，屬于廢物無(wú)害化和資源化的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是通過(guò)如下方式完成的利用鋁灰渣制備含硅鐵聚合十三鋁的方法包括以下步驟(1)將鋁灰與Na2CO3混勻后放入爐中煅燒得到灰白色粉末；(2)將上述灰白色粉末放入容器中后，加入鹽酸進(jìn)行酸浸反應(yīng)；(3)將上述酸浸產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，得到沉淀物和含F(xiàn)e3+的AlCl3溶液；(4)在上述得到的沉淀物中加堿溶液進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)固液分離得到沉淀物和Na2SiO3溶液；(5)在AlCl3溶液中加入Na2SiO3溶液，經(jīng)混合均勻并調(diào)節(jié)溶液的酸堿度后即得到含硅鐵聚合十三鋁。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單、殘?jiān)可?、成本低、污染少的?yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D21/01GK101817580SQ20101016127
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者劉興, 李小忠, 蘇曉梅 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)