粉煤灰制备聚硅酸铝絮凝剂处理洗煤废水探究

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1、粉煤灰制备聚硅酸铝絮凝剂处理洗煤废水探究　　摘要以粉煤灰为原料，经高温碱熔、中温酸浸、低温聚合，制备出聚硅酸铝絮凝剂。通过研究各种絮凝剂对洗煤废水的絮凝效果，探索了合成絮凝剂所需的最佳条件为Na2CO3用量按照摩尔比nNa2CO3：nSiO2=0.7：1加入，HCl用量按nHCl：nAl2O3=4：1投入，絮凝剂聚合阶段pH值控制在3为宜。关键词粉煤灰；聚硅酸铝；絮凝剂；洗煤废水中图分类号：TQ424.25文献标识码：A文章编号：1671-7597（2013）14-0042-021概述7絮凝剂是一种用途广泛的水污染控制材料，它可分为无机、有机和微生物三类。从表观而言，絮凝就是去除水的浊度

2、和色度（真色除外），处理效率取决于这两种形态的污染物占污水总有机物的比例。它主要通过物理化学作用使污水中处于分散状态的有机物或无机物转化为聚集状态，使难于沉降的细颗粒变为可重力分离的粗颗粒物，然后从水中分离出去。无机絮凝剂具有原料易得、工艺简单、无毒等优点，它在絮凝剂的研究和应用中占极其重要的地位。聚硅酸铝铁絮凝剂作为一种新型高效无机高分子絮凝剂，是目前国内外水处理剂研究领域的开发热点。它形成的絮体密实，沉降速度快，但是不易控制，同时絮体较小，处理后水的色度较深。而铝盐絮凝剂的特点是形成的絮体大，有较好的脱色作用，絮体松散易碎，沉降速度慢，水解聚合速度缓慢且易控制。聚硅酸铝是在聚硅酸及铝

3、盐凝聚剂基础上发展起来的一种复合型无机高分子絮凝剂，它同时具有电中和作用和吸附架桥作用。由于该类絮凝剂具有絮凝效果好，适用范围广，价格便宜，处理后水中的残铝量低等优点，引起了水处理界的极大关注。粉煤灰是粉煤燃烧产生的固体废弃物，通常为白色或灰色粉状物料。它的化学成分，主要是SiO2和Al2O3，含量约占其重量的70%-80%，是一个巨大的铝资源宝库。本文以粉煤灰为原料制备聚硅酸铝无机絮凝剂，进而用它处理洗煤废水。充分利用粉煤灰中的多种有效成分，在使粉煤灰资源化的同时，也为洗煤厂回收了大量流失的煤炭资源，不仅满足了处理工业废水的迫切需求，而且为粉煤灰的深度综合利用开辟了新天地。2实验部分2

4、.1主要原料及使用仪器粉煤灰，乌海神华煤焦化厂。箱式高温电阻炉，XL-1型，鹤壁市泰昌仪器仪表有限公司。2.2实验步骤7研究中通过查阅大量资料，结合实验室现有条件，综合考虑，探索了4种实验方案制得的絮凝剂对2种水样的絮凝效果，最终确定先高温碱熔，再酸浸，最后聚合制得聚硅酸铝絮凝剂的方案。制得的絮凝剂通过絮凝实验研究其絮凝效果。2.2.1焙烧将粉煤灰装入坩埚中焙烧活化使粉煤灰中的铝、硅转变为活性较大的无定型体或晶体，焙烧温度控制在800℃，时间为2d。焙烧产品过200目筛，筛下物进行碱熔实验。2.2.2碱熔取一定量粉煤灰，按照Na2C03/SiO2比为0.5：1，焙烧时间60min、焙烧温

5、度900℃，进行粉煤灰的助熔焙烧，所得碱熔产品经降温、冷却，备用。2.2.3酸浸碱熔物用4mol/L盐酸，在90℃下搅拌浸取2h。用70℃蒸馏水稀释至150mL，备用。2.2.4聚合取上述所得混合液，调节合适的pH值，于60℃下搅拌恒温2h。减压过滤，滤渣烘干保存，滤液即为目标絮凝剂。2.2.5絮凝取洗煤废水100mL，加入絮凝剂量1mL，磁力搅拌，以200r/min的速度搅拌3min，再改为60r/min搅拌107min，静置过夜。观察絮凝效果，并取上层清液，测其COD数值。3结果分析3.1粉煤灰化学成分研究粉煤灰是一种火山灰质材料，来源于煤中无机组分，而煤中无机组分以粘土矿物为主，另

6、外有少量黄铁矿、方解石、石英等。因此粉煤灰化学成分以SiO2和A12O3为主（SiO2含量48%左右，A12O3含量27%左右），其他成分为Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3及未燃尽有机质。不同来源的煤和不同燃烧条件下产生的粉煤灰，其化学成分差别很大。课题组所用粉煤灰取自乌海神华煤焦化厂，由内蒙古自治区煤田地质局科研所进行化学分析，检测报告见表1。由表1数据可知，本课题组所用之粉煤灰中含有及其丰富的SiO2和A12O3成分，这为聚硅酸铝絮凝剂的合成提供了必要的前提条件。其中虽然也含有一定量的Fe2O3，但是含量较少，说明依据本文实验方案合成的絮凝剂主要成分为聚硅酸铝，次

7、要成分为少量的聚硅酸铝铁。3.2正交实验条件优化3.2.1正交实验条件的确定本文探索了合成絮凝剂所需实验条件，包括碱熔所需Na72CO3用量，酸浸所需HCl用量，以及聚合所需的pH值环境。通过正交实验得出制备絮凝剂的最佳反应条件。实验中以COD作为考查指标，实验因素分别为Na2CO3用量、HCl用量以及聚合所需pH值，每个因素考察三个水平，正交实验因素与水平的选取及实验结果分别见表2和表3。3.2.2正交实验分析根据表2数据设计L9