一种以粉煤灰为原料研制固态高效絮凝剂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及粉煤灰综合利用和固态高纯聚合氯化侣絮凝剂的方法，特别指一种W 粉煤灰为原料研制固态高效絮凝剂的方法。
【背景技术】
[0002] 我国电力W燃煤为主，粉煤灰是煤炭在燃烧锅炉中经燃烧后由烟道排出的固体废 弃物，其主要化学组成是Al2〇3、Si2〇。因此若将粉煤灰中的主要成分加W利用，不仅能缓解 粉煤灰带来的占用±地、污染环境等问题，还可W成为一种廉价的再生资源，部分满足市场 对Al2〇3、Si〇2的需求，而且还可W节省侣上矿资源的开采、运输工序，降低生产成本。
[0003] 目前，粉煤灰的利用主要有两种方式；（1)利用粉煤灰的某些特性，直接用于建筑 工程、基础工程和农业等领域。（2)经过一定的工艺处理，从粉煤灰中提取可利用的物质，回 收其中的A1、Si等高价值产品。W粉煤灰为原料制备聚侣絮凝剂属于后者，是粉煤灰的高 附加值应用。根据目前报道，W粉煤灰为初始原料制备絮凝剂主要有；娃酸侣絮凝剂、娃酸 侣铁絮凝剂、聚合氯化侣铁絮凝剂等。
[0004] 聚合氯化侣（PAC)是氯化侣经水解-聚合形成的，由不同聚合度水解产物组成的 混合物，因其具有广泛的抑使用范围、良好的絮凝效果、较低的残留侣含量等突出优点已 然成为絮凝剂市场的主流产品。
[0005] 制备PAC的方法有很多，如W金属侣、氨氧化侣或氧化侣为基本原料与一定浓度 的氯化侣加热、加压反应；对一定浓度的氯化侣溶液进行电解、电渗析、阴离子树脂交换、补 水蒸馈等。但因其影响参数众多（如起始浓度、温度、揽拌速率、碱化度、熟化时间、熟化温 度等），其产品质量往往得不到保障，普遍存在絮凝成分含量低、投加前需预溶解的缺点。
[0006] 而利用粉煤灰制备被认为聚合侣中最有效絮凝形态，具有优越的净水性能的A1i3 却未见报道。A1i3因其纳米分子尺寸和高电荷，被认为是聚合氯化侣溶液中最小且最稳定 的纳米物种。然而，至今国内外各技术领域尝试各种合成制备方法，都无法得到具有工业应 用价值的高浓度、高A1i3含量的聚合侣溶液W及高纯侣十S固体产物。
[0007] 2006年孙忠在化ineseJ.Struct.Qiem. 25 (10) ; 1217-1227报道了与Keggin-Ali3 有着相同聚合度，组成结构不同的P-A1i3(A1i3(〇H)24化〇)24化5 ? 13&〇)其聚阳离子带有15 个正电荷。专利申请号；200510064782.6公开了在200°C高压蓋条件下，W氨氧化侣、结 晶氯化侣、水为原料制备得到了高纯P-A1i3,且已证明P-A1i3在不同的抑值下均表现有比 Keggin-Ali3更好的去浊能力、更宽的有效絮凝投加范围和适应的水体抑值。由此表明， P-A1i3是一种性能优越有发展前途的高效絮凝剂，它对开发利用黄河水、处理各种废水，节 约地下水资源具有重要意义。
【发明内容】
[000引本发明要解决的技术问题是提供一种W粉煤灰为原料研制固态高效絮凝剂的方 法，该是一种W粉煤灰为原料制备中间产物AIO(OH)，并在常压、较低温度下研制固态高效 絮凝剂A1i3(0H)24化0)24化5' 13&0(简计为P-Al。）的方法。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明由如下方案来实现；W粉煤灰为原料，通过中间产物 AIO(OH)研制，包括W下五个步骤；高温固相反应、酸浸反应、AIO(OH)的制备、P-A1i3的制备 和母液循环。
[0010] 具体步骤如下：
[0011] ①高温固相反应；将粉煤灰与碳酸钢按0.8~2.0 : 1的质量比研细混匀，在马弗 炉中750~950°C下赔烧反应30~150min，熟料冷却至室温后充分研磨备用；
[001引②酸浸反应；在上述熟料中，加入3~12mol/L的盐酸，每克熟料对应加4~20血 体积的盐酸，经充分揽拌后，室温静置5~30min后过滤得到酸浸液；
[0013] ⑨AIO(OH)的制备；（1)滴加浓度大于4mol/L的氨氧化钢溶液至酸浸液中使A13\ Fe3+均W氨氧化物沉淀析出，过滤后，将氨氧化物沉淀加入氨氧化钢溶液中，并控制抑在 11~13之间，温度在室温~80°C之间，过滤后得到纯化的NaAl(0H)4溶液；在室温条件下， 向得到的偏侣酸钢溶液中滴加稀盐酸，调节抑值为8~10,即可得到AIO(OH);过滤，洗漆， 烘干后研细备用；（2)AIO(OH)的制备还可采用氨氧化钢直接沉淀法制备：取适量酸浸液， 在室温~70°C，用浓度大于4mol/L的氨氧化钢溶液调节抑值至6. 5~8. 5时，得到含少量 氨氧化铁的AIO(OH)沉淀，过滤后产物经洗漆，烘干后研细备用；
[0014] ④P-A1i3的制备：将AIO(OH)在回流条件下与8~12mol/L盐酸反应，反应温 度在90~120°C，常压条件下发生水解-聚合反应4~7小时，得到储备液，使其哲侣比 碱化度为0. 4~1. 5,趁热过滤后滤液移入结晶设备，于室温~50°C下蒸发结晶，待析出 A1i3(〇H)24化〇)24化5 ? 13&〇晶体或粉末后分离，固体产物经洗漆，室温~50°C下烘干产物， 审IJ得固态高效絮凝剂A1i3(〇H)24化0)24化5 ? 13&〇,滤液可循环利用；
[0015] ⑥母液循环；将P-A1i3制备反应所得的母液全部并入酸浸反应所得的酸浸液中循 环利用。可实现侣离子转化率最大化、零排放的目的。
[0016] 本方法中所述的高侣粉煤灰与碳酸钢的质量比，及锻烧温度和时间的确定是W确 保粉煤灰中主要物相莫来石与碳酸钢完全反应，且W不造成能源浪费为前提。
[0017] 本方法中所述的盐酸浸取熟料的酸用量是根据粉煤灰中侣的浸出率最大、损失率 最小化为依据得出；过量的盐酸可回收再利用。
[001引本方法中所述的将酸浸液用氨氧化钢直接沉淀法制备AIO(OH)的温度处于室 温~70°C之间，调节的抑值在6. 5~8. 5之间。是一种快速、有效的制备AIO(OH)的方法。
[0019] 本方法中所述的将酸浸液先制得偏侣酸钢再通过稀盐酸调节pH= 8~10制得纯 度较高的AIO(OH)。
[0020] 本方法中所述的AIO(OH)不一定要求是新制备的化合物。
[0021] 本方法中所述的WAIO(OH)为原料在90~120°C温度范围内，常压条件下与盐酸 发生水解-聚合反应4~7小时，得到储备液。
[0022] 本方法中所述的AIO(OH)与盐酸的用量需保证最终反应的储备液碱化度（哲侣 比）为0.4~1.5。
[0023] 本方法中所述的AIO(OH)侣形态可W实现在常压条件下与盐酸反应并达到制备 P-A1i3的碱化度。
[0024] 本方法中所述的AIO(OH)和盐酸的反应液，当达到饱和度后，可在室温~50°C下 条件下自然析出P-A1i3结晶，且通过过滤可直接得到固态高效絮凝剂，无需任何其它固化 装置和工艺。
[0025] 本方法中所述的制备P-A1i3所需的原料仅为AIO(OH)和盐酸，不需要其它任何催 化剂或试剂，即制备过程中不引入除A1 (