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鋁鐵復(fù)合混凝劑的研究新進(jìn)展

來源:中鋁網(wǎng)  作者:*  日期:2010-10-18
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鋁和鐵具有許多相似的性質(zhì),如原子共價(jià)半徑。離子半徑都比較相近,F(xiàn)e3+,Al3+均具有相同的電荷,它們易水解,其鹽具有共價(jià)性。
  和鐵具有許多相似的性質(zhì),如原子共價(jià)半徑。離子半徑都比較相近,F(xiàn)e3+,Al3+均具有相同的電荷,它們易水解,其鹽具有共價(jià)性。因此,它們可通過交叉共聚,形成多核、更長(zhǎng)。更穩(wěn)定的分子鏈,得到混凝效果更好的無機(jī)高分子復(fù)合混凝劑——聚合鋁鐵。這類復(fù)合混凝劑兼有聚鋁和聚鐵的特點(diǎn),既能克服鋁鹽處理的礬花生成慢、礬花輕。沉降慢的缺點(diǎn),又能克服鐵鹽的出水不清、色度高的缺點(diǎn)。通常以鋁鹽為主,鐵鹽為輔,其價(jià)格比PAC略高一點(diǎn)點(diǎn)。近幾年來,研制和應(yīng)用這類混;凝劑已成為熱點(diǎn)和發(fā)展的明顯趨勢(shì)。我國(guó)在這一領(lǐng)Z域內(nèi)比較活躍,發(fā)表的論文和公布的專利較多。主要原材料是鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽以及含鋁鐵等元素的礦物。礦渣廢料,因而其原料來源廣,同時(shí)生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單,有利于開發(fā)利用。我國(guó)已開發(fā)的鋁限復(fù)合混凝劑種類較多,我們將它們分為3大類:只含兩種陽(yáng)離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑,含有多種陰離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑,以及含有其它陽(yáng)離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑。


  1.只含兩種陽(yáng)離子的鋁鐵復(fù)臺(tái)混凝劑

  在這類復(fù)合混凝劑中,除鋁、鐵外,不含其它金屬離子(即使有,也很少),陰離子則以一種為主?梢哉f,其組成相對(duì)比較簡(jiǎn)單,純度較高。無疑這對(duì)原料有較高的要求。由于雜質(zhì)少,特別是有害物質(zhì)少,則它們適用于飲用水的處理。對(duì)這類混凝劑研究也比較深入,其中部分產(chǎn)品已進(jìn)入國(guó)內(nèi)水處理市場(chǎng)。這類混凝劑主要有以下幾種:


  1.1 聚合氯化鋁鐵(PAFC)

  通常采用PAC與FeCl3(或和FeCl2)反應(yīng),或者AlCl3或低聚氯化鋁與鐵反應(yīng),再進(jìn)行羥基化聚合,就可制得聚合氯化鋁鐵;?qū)⒎鬯榈?a href='../../zsk/ct.asp?id=6832' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>鋁土礦放入反應(yīng)釜中與鹽酸反應(yīng),然后將其倒入攪拌池中,并加入高鋁灰和水,攪拌3-5h,沉淀即為產(chǎn)品。PAFC產(chǎn)品為淡黃色、暗黃色片狀、粒狀或粉狀固體,易溶于水,在空氣中易潮解。液體產(chǎn)品為淡黃色透明或懸濁液,相對(duì)密度>1.2,w(Al2O3)=6.0%-6.5%,w(Fe2O3)=4.0%-4.3%,鹽基度為 30%-50%,pH值(1%水溶液)為 2-3。該產(chǎn)品用于生活飲用水。工業(yè)用水的凈化和各種污水的化學(xué)處理。如某電子管廠用PAFC處理濁度為319NTU的廢水,投加量為0.4或0.6 mg/L,處理后的水無色透明,重金屬達(dá)標(biāo)。某廠最初用PAC和PFS處理電鍍廢水,鋼總是不能達(dá)標(biāo),采用PAFC后各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。用PAFC處理生產(chǎn)洗滌劑的廢水,比用PAC,PFS和PFSC的效果要好得多。因此,PAFC是聚鋁和聚鐵的替代產(chǎn)品[1-7]。


  1.2 聚合硫酸鋁鐵(PAFS)

  以鋁土礦、高鋁灰、硫酸為原料,接與PAFC相同的工藝過程制備PAFS。也可在反應(yīng)器中,依次加入硫酸亞鐵、硫酸鋁、水、硫酸及硝酸鋁,通入空氣并進(jìn)行攪拌,氧化、水解、聚合反應(yīng)約0.5h,得到紅棕色透明液體,鹽基度達(dá)19%,ρ(Fe3+)161.4 g/L,ρ(Al3+)7.0 g/L。PAFS用于煉油工業(yè)廢水的處理,采用浮選法和投加 PAFS(8或10 mg/L),去油率達(dá)99%,COD降低 88.5%。PAFS用于污泥脫水,具有最佳投加量小,濾餅含水率低,濾液透光性好,澄清度高等特點(diǎn)。其效果均明顯優(yōu)于PAC和PFS[7-10]。


  1.3 聚合硅酸鋁鐵(PSAF)

  通常將高模數(shù)(M≥3.0)的水玻璃稀釋,在快速攪拌下滴加稀硫酸,至pH值約為5.7,放置一段時(shí)間后使其聚合,然后加入硫酸鋁和硫酸鐵溶液,陳化一段時(shí)間后即得PSAF。它是透明、均一、呈紅褐色的溶液,穩(wěn)定性好,可放置2-3個(gè)月。用n(Fe)/n(Al)=1:3,n(SiO2)/n(Fe+Al)=l:3的 PSAF,在 pH=10的條件下,可使合成洗滌劑廢水中的LAS去除率達(dá)到90%以上。用于松花江水的除濁處理,處理后的殘余濁度小(1.6度),完全符合我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。其它文獻(xiàn)也說明PSAF具有較優(yōu)的混凝性能,其用量少,適宜的pH值范圍較寬,形成礬花迅速,并且絮體粗大結(jié)實(shí),是一種有發(fā)展前途的凈水劑[11-16]。


  2.含有多種陰離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑

  應(yīng)用表明,在聚合鋁(鐵)中,引入一定量的高價(jià)陰離子,如SO42-,PO43-后,能提高聚合鋁的分子量和穩(wěn)定性,也使多核配合物的電荷量增高,從而有更好的混凝效果在共存陰離子中,研究較多的是氯根和硫酸根、以及由于添加活性硅酸而形成的硫酸根和硅酸根等。


  2.1 聚合硫酸氯化鋁鐵(PAFCS)

  把礦渣中的有效成份鐵。鋁置換出來,再用添加劑調(diào)聚,就可制得PAFCS。其主要技術(shù)指標(biāo):外觀為深棕紅色透明液體;密度(2℃)為 1.2 g/cm3;w(Al2O3)=8%-12%;w(Fe2O3)=0.8%-1.3%;;w(SO42-)=2%-4%,pH 2.5-4;堿化度50%-75%。采用PAFCS處理印染廢水,投加量為 500 mg/L時(shí),色度去除率高達(dá) 98%。PAFCS比明礬和PAC具有更高的除濁性與更快的沉降速度及更低的處理成個(gè),很有可能成為后兩種凈水劑的替代品而具有很大的市場(chǎng)潛力[17-19]。


  2.2 聚合硫基硅酸鋁鐵(PAFSSC)

  將活性粘土與 HCl-H2SO4混合酸在 90-110℃反應(yīng)Zh,冷卻分離,制得鋁鐵酸性溶液。然后在其中投加鋁酸鈣礦粉,于80-100℃反應(yīng)1-2h,再加入預(yù)先用水玻璃加稀硫酸制得的活性硅酸,反應(yīng)0.5h,沉降后可得液體的PAFSSC產(chǎn)品,其主要質(zhì)量指標(biāo):w(Al2O3)=10.01%,w(Fe2O3)=1.82%,鹽基度68.7%,水不溶物0.2%,pH(l%水溶液)4.2。此凈水劑除濁效果明顯優(yōu)于單獨(dú)投加 PAC或 PFS。


  3.含有其它陽(yáng)離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑

  在鋁鐵復(fù)合混凝劑中,除了鋁、鐵外,還含有其它的金屬,如鈣。鎂等。這些“雜質(zhì)”金屬離子的出現(xiàn),是由不純的原材料帶來的。實(shí)驗(yàn)表明,象鈣、鎂這類金屬離子,?商岣咧黧w混凝劑的絮凝效果,對(duì)某些工業(yè)廢水來說,效果比較顯著。誠(chéng)然,雜質(zhì)并非都是有益的。事實(shí)上,以礦物、礦渣廢料為原料制得的復(fù)合混凝劑,常使產(chǎn)品重金屬含量偏高,從而限制了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。


  3.1 含有鈣的鋁鐵復(fù)合混凝劑

  以含鋁、鐵的煤研石、高嶺土、鋁礬土為原料制得的硅鈣復(fù)合型聚合氯化鋁鐵(SCPAFC)用于制革廢水(ρ(SS)為 300mg/L,濁度為 1000 NTU左右,COD為 1000 mg/L左右,PH為6.5-8)的處理,濁度去除率為99%,SS去除率為95%,COD去除率為90%,Cr3的去除率為85%左右。各項(xiàng)性能均優(yōu)于 PAC的2倍以上。SCPAFC還可用于生活和生產(chǎn)用水及其它廢水的凈化處理,效果優(yōu)良”[20]。以鋁廠赤泥為原料,經(jīng)過酸溶、活化聚合等步驟,制備出以PAC為主,同時(shí)含有鐵、硅、鈣等有效成分的復(fù)合混凝劑。對(duì)直接耐酸大紅溶液和分散黃溶液的脫色試驗(yàn)結(jié)果表明,其脫色效果優(yōu)于PAC和PFS[21]。以聚合硫酸鋁鐵、鈣鹽為主的多聚物XG977,適合于處理含油廢水。在投加量相同條件下,處理效果明顯優(yōu)于PAC,并且污泥體積小,沉降仕能也優(yōu)于PAC,綜合處理費(fèi)用比PAC低20%[20]。


  3.2 含有鎂的鋁鐵復(fù)合混凝劑

  利用廢棄物硼泥和含AlCl3的鹽酸廢液制得的黃褐色硼泥復(fù)合混凝劑固體,在處理ρ(COD)為420 mg/L、色度<200倍,pH>8.0的印染廢水時(shí),投加 0.3 g/L一次處理可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn),COD去除率達(dá) 67%,SS及色度去除率均達(dá) 98%以上,比PAC的處理效果好,而成本僅為PAC的 1/10-l/8[23-24]。用硼泥復(fù)合混凝劑處理制革廢水和生活污水時(shí),效果都很好[25-26]。用氫氧化鋁。氯化鐵、氯化鎂和鹽酸為原料,制備了復(fù)合混凝劉鐵鎂鋁聚合物FMA,其對(duì)硅藻土模擬水樣的絮凝沉降性能遠(yuǎn)優(yōu)于PAC。在處理印染廢水。造紙廢水及采油污水時(shí),均取得了良好的效果。含有鐵、鎂、鋁等多種離子的新型復(fù)合混凝劑PAFM,對(duì)成分復(fù)雜的工業(yè)印染廢水具有良好的脫色效果和COD去除能力,而且pH 值適應(yīng)范圍較寬。


  3.3 鋁鐵錫共聚物

  新研制成功的鋁鐵錫共聚物,對(duì)模擬水樣處理的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這種混凝劑有可能成為比鋁鐵共聚物更為優(yōu)良的混凝劑。


  4.結(jié)語

  綜上所述,我國(guó)對(duì)鋁鐵復(fù)合混凝劑的研究開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用諸方面均取得了可喜的進(jìn)展,但還存在不少問題,主要有:開發(fā)出來的品種多,而大量生產(chǎn)和廣泛使用的品種少;缺乏理論指導(dǎo),因而出現(xiàn)簡(jiǎn)單復(fù)配、拼湊的“新品種”;多數(shù)廠家生產(chǎn)工藝設(shè)備比較落后,產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定,有的產(chǎn)品含有較高的水不溶物和一些有害雜質(zhì)。這些都直接或間接地影響了鋁鐵復(fù)合混凝劑的廣泛應(yīng)用。只有克服上述問題,才能加速我國(guó)聚合鋁鐵混凝劑工業(yè)逐步走上規(guī)模化、系列化的道路,滿足環(huán)保事業(yè)日益增長(zhǎng)的需求。
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