本发明涉及一种金属盐混凝剂，尤指一种聚硅酸金属盐混凝剂及其固液态制备方法。
背景技术：
聚硅酸又称活化硅酸，是硅酸钠在酸性条件下水解、聚合反应得到的一种可溶性胶体产物，具有巨大的比表面积和高电荷密度等结构特征；对水中的可溶性物质、胶体物质、悬浮物等等能吸附、电中和等是之与水脱稳，从而泥水分离，当水中含有铁或铝助凝剂时，这种作用将得到极大的增强，所以聚硅酸类的金属盐混凝剂被认为是一种优良的水处理混凝剂，但是硅酸的聚合反应十分剧烈，不能长期储存而必须现场制备，限制了它的应用。
废水处理后的污泥有部分直接焚烧或垃圾焚烧，大部分矿物和有毒元素浓缩于焚烧灰渣中，使得城市垃圾焚烧灰渣中有毒元素的含量比一般土壤中大10~100倍，研究表明，飞灰比滤渣含有更多的汞、铅、镉等多种易挥发重金属以及二恶英等剧毒有机成分；垃圾中很多有害重金属转移到飞灰中，由于重金属具有高浸出特性，若直接填埋会溶出污染生活环境，危及人体健康。
目前对于飞灰的处理多采用填埋的方式，本发明利用飞灰中含有金属离子、质轻等特性，将飞灰作为稳定剂用于稳定聚硅酸金属盐；另一方面，当不添加飞灰时，得到稳定的聚硅酸金属盐固体和液态聚硅酸金属盐，产品中有效二氧化硅含量较高，产品较稳定，且能够工业化生产。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明旨在公开一种金属盐混凝剂，尤指一种聚硅酸金属盐混凝剂及其固液态制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种聚硅酸金属盐混凝剂，其特征在于，所述的混凝剂主要包括以下成分：硫酸8.5~33.7份、水玻璃8.0~32.5份、氯化铝12.5~45.0份、硫酸铝3.1~24.6份、硫酸亚铁10.2~42.5份、氯化锌9.7~39.6份、氯化镁8.7~26.5份、氯化铁8.0~29.6份，其中氯化铝为六水合氯化铝，硫酸为1+1硫酸。
所述的混凝剂还包括填料飞灰、硅藻土和/或白炭黑。
所述的混凝剂中，水玻璃与六水合氯化铝的质量比为1:1~6。
所述的混凝剂中，水玻璃与硫酸的质量比为1:1~2。
一种聚硅酸金属盐混凝剂固态制备方法，其特征在于，固态混凝剂的制备方法主要包括以下步骤：
第一步、准备组分：10l1+1硫酸、10kg水玻璃、15~20kg六水合氯化铝、4~15kg硫酸铝；
准备工具：制备过程中采用100kg玻璃反应釜，开设有四个通口，分别放置温度计、加料口、加料口、导气口，工作过程中可用导管连接导气口通入到水中；
所述的氯化铝可替换为氯化镁、氯化锌、氯化铁、硫酸亚铁；
第二步、首先在反应容器中添加1+1硫酸10l并进行高速搅拌，同时在高速搅拌状态下逐渐添加10kg水玻璃，持续搅拌10~20min；由此合成聚硅酸，该质量份可控制避免酸过量，反应体系ph小于1，并加快聚硅酸的聚合反应，反应过程中溶液逐渐变粘稠，当粘稠状态稳定时，可进行下一步反应；
第三步、然后添加18kg六水合氯化铝至反应容器中，继续常温搅拌10~20min；加入氯化铝用于稳定合成的聚硅酸，添加的铝离子插入聚硅酸结构，使其结构稳定，阻止其进一步聚合失效，氯化铝加入后，当溶液粘稠且均匀时，进行下一步；
第四步、以上搅拌均匀后，常温熟化1~2天，然后搅拌均匀后将反应容器敞口放入60℃水浴熟化2~4h后，冷却至室温；
第五步、在搅拌条件下加入8.5kg硫酸铝、选择性加入飞灰，初步得到一种用于垃圾渗滤液的混凝剂；
第六步、搅拌完全后，加入的飞灰中的重金属离子释放到溶液中，制备得到以聚硅酸铝为主的固体混凝剂。
一种聚硅酸金属盐混凝剂固态制备方法，其特征在于，固态混凝剂的制备方法主要包括以下步骤：
第一步、准备组分：12l1+1硫酸、12kg水玻璃、11~14kg六水合氯化铝、11~14kg氯化铁、4~15kg硫酸铝；
准备工具：制备过程中采用100kg玻璃反应釜，开设有四个通口，分别放置温度计、加料口、加料口、导气口，工作过程中可用导管连接导气口通入到水中；
所述的氯化铁可替换为氯化镁、氯化锌、硫酸亚铁；
第二步、首先在反应容器中添加1+1硫酸12l并进行高速搅拌，同时在高速搅拌状态下逐渐添加12kg水玻璃，持续搅拌10~20min；由此合成聚硅酸，该质量份可控制避免酸过量，反应体系ph小于1，并加快聚硅酸的聚合反应，反应过程中溶液逐渐变粘稠，当粘稠状态稳定时，可进行下一步反应；
第三步、然后添加12kg六水合氯化铝、12kg氯化铁至反应容器中，继续常温搅拌10~20min；加入氯化铝用于稳定合成的聚硅酸，添加的铝离子插入聚硅酸结构，使其结构稳定，阻止其进一步聚合失效，氯化铝加入后，当溶液粘稠且均匀时，进行下一步；
第四步、以上搅拌均匀后，常温熟化1~2天，然后搅拌均匀后将反应容器敞口放入60℃水浴熟化2~4h后，冷却至室温；
第五步、在搅拌条件下加入5~10kg硫酸铝、选择性加入飞灰，初步得到一种用于垃圾渗滤液的混凝剂；
第六步、搅拌完全后，加入的飞灰中的重金属离子释放到溶液中，制备得到以聚硅酸铝铁为主的固体混凝剂。
一种聚硅酸金属盐混凝剂液态制备方法，其特征在于，液态混凝剂的制备方法主要包括以下步骤：
第一步、准备组分：12~18l水、8.5~12.5kg水玻璃、19.3~28.7kg六水合氯化铝、6~14l1+1硫酸；
准备工具：制备过程中采用100kg玻璃反应釜，开设有四个通口，分别放置温度计、加料口、加料口、导气口，工作过程中可用导管连接导气口通入到水中；
所述氯化铝可以由氯化镁、氯化锌、氯化铁代替；
第二步、首先在反应容器中添加15l水，进行高速搅拌状态下逐渐添加10kg水玻璃，搅拌10~20min，
第三步、然后添加24kg六水合氯化铝，常温搅拌2h；
第四步、继续添加10l1+1硫酸，搅拌20~30min；
第五步、添加飞灰，继续搅拌2h，静置熟化，初步得到一种用于垃圾渗滤液的混凝剂；
第六步、搅拌完全后，加入的飞灰中的重金属离子释放到溶液中，制备得到以聚硅酸铝为主的糊状液体混凝剂。
一种聚硅酸金属盐混凝剂液态制备方法，其特征在于，液态混凝剂的制备方法主要包括以下步骤：
第一步、准备组分：12~18l水、8.5~12.5kg水玻璃、19.3~28.7kg六水合氯化铝、12~28kg硫酸亚铁、6~14l1+1硫酸；
准备工具：制备过程中采用100kg玻璃反应釜，开设有四个通口，分别放置温度计、加料口、加料口、导气口，工作过程中可用导管连接导气口通入到水中；
所述氯化铝可以由氯化镁、氯化锌、氯化铁代替；
第二步、首先在反应容器中添加15l水，进行高速搅拌状态下逐渐添加10kg水玻璃，搅拌10~20min，
第三步、然后添加24kg六水合氯化铝、20kg硫酸亚铁，常温搅拌2h；
第四步、继续添加10l1+1硫酸，搅拌20~30min；
第五步、添加飞灰，继续搅拌2h，静置熟化，初步得到一种用于垃圾渗滤液的混凝剂；
第六步、搅拌完全后，加入的飞灰中的重金属离子释放到溶液中，制备得到以聚硅酸铝为主的糊状液体混凝剂。
所述的固态混凝剂的制备方法还包括：（1）在所述步骤第一至第六的基础上，不添加飞灰，制得处理废水的固体混凝剂；（2）在步骤六制得的固体混凝剂基础上，作为固体混凝处理药剂应用于处理垃圾渗滤液中，处理完成后所得的焚烧飞灰重复按照所述步骤第一至第六，加入到固体混凝剂的制备中，并以此循环；依据一种聚硅酸金属盐混凝剂固态制备方法的步骤获得的固体混凝剂，当不添加飞灰，得到的混凝剂可应用于各种废水治理；当循环添加飞灰制备的混凝剂，可循环专用于焚烧污泥处理工艺中的混凝处理药剂。
所述的液态混凝剂的制备方法还包括：（1）在所述步骤第一至第六的基础上，不添加飞灰，制得处理废水的液体混凝剂；（2）在步骤六制得的液体混凝剂基础上，作为液体混凝处理药剂应用于处理垃圾渗滤液中，处理完成后所得的焚烧飞灰重复按照所述步骤第一至第六，加入到液体混凝剂的制备中，并以此循环；依据一种聚硅酸金属盐混凝剂液态制备方法的步骤获得的糊状液体混凝剂，当不添加飞灰，得到一种混凝剂可应用于各种废水治理；当循环添加飞灰制备的混凝剂，可循环专用于焚烧污泥处理工艺中的混凝处理药剂。
本发明的有益效果体现在：本发明采用常温固相合成方法合成聚硅酸金属盐混凝剂，一方面得到了稳定的聚硅酸金属盐混凝剂，提高了混凝剂中二氧化硅的含量，含量可大于1.5%，一般情况下，二氧化硅含量小于1.5%才可以稳定较长时间，但本发明的混凝剂的二氧化硅含量高并且可以保持稳定状态；另一方面，当选择飞灰作为填料时，生产出来的混凝剂既利用了飞灰中的金属离子也利用了飞灰本身，使得飞灰得到了资源化利用，本发明提供一种可分别制备稳定性较好的固态、液态混凝剂以处理不同种类的废水。
本发明利用飞灰制备的聚硅酸金属盐混凝剂，可用作各种废水治理，所制备的混凝剂用于废水后，所有重金属及有害物质再次回到待焚烧污泥中，焚烧污泥产生的飞灰又重新用于制备混凝剂，飞灰既可以用于参与制备混凝剂，混凝剂又可以用于废水治理与焚烧污泥，由此循环利用飞灰制备的聚硅酸金属盐混凝剂，可不断用于废水治理与用作垃圾焚烧厂处理垃圾；这样不断循环，直至污泥产生的飞灰中重金属离子较高，具有二次回收的价值，此时再进行回收。
由于飞灰中重金属的提取及二次利用较难，本发明很好的利用了飞灰的特性，飞灰可为反应提供金属离子，也可以当作干燥物质，制备用于焚烧前废水处理的混凝剂；而且本发明利用填料作为惰性粉末隔开聚硅酸颗粒之间的接触，从而防止聚硅酸类产物进一步聚合失效，这种机理类似在物质表面发生吸附形成一种包覆膜，起到疏水防接触的作用，达到稳定产物的作用，既解决了聚硅酸类的混凝剂稳定性较差的问题，还生产出稳定性较好的市场上罕见的聚硅酸金属盐的产品。本发明最后添加的硫酸铝、硅藻土、飞灰、白炭黑等的作用均是防止聚硅酸进一步聚合的作用；而这些物质又是水处理中常用的药剂，不影响总体药剂的效果。
具体实施方式
下面结合详细说明本发明的具体实施方式：
一种聚硅酸金属盐混凝剂，所述的混凝剂主要包括以下成分：硫酸8.5~33.7份、水玻璃8.0~32.5份、氯化铝12.5~45.0份、硫酸铝3.1~24.6份、硫酸亚铁10.2~42.5份、氯化锌9.7~39.6份、氯化镁8.7~26.5份、氯化铁8.0~29.6份，其中氯化铝为六水合氯化铝，硫酸为1+1硫酸；
所述的混凝剂还包括填料飞灰、硅藻土和/或白炭黑；所述的混凝剂中，水玻璃与六水合氯化铝的质量比为1:1~6，更具体的优选质量比为2:3~4；水玻璃与硫酸的质量比为1:1~2，更具体的优选质量比为2:3~7；硫酸与水玻璃的质量比为1:1~3；水玻璃与硫酸的质量比为1:1。
实施例一：
一种聚硅酸金属盐混凝剂固态制备方法，固态混凝剂的制备方法主要包括以下步骤：
第一步、准备组分：10l1+1硫酸、10kg水玻璃、15~20kg六水合氯化铝、4~15kg硫酸铝；准备容器：多个反应容器、搅拌工具、防护装置等；
准备工具：制备过程中采用100kg玻璃反应釜，开设有四个通口，分别放置温度计、加料口、加料口、导气口，工作过程中可用导管连接导气口通入到水中；
所述的氯化铝可替换为氯化镁、氯化锌、氯化铁、硫酸亚铁；
第二步、首先在反应容器中添加1+1硫酸10l并进行高速搅拌，同时在高速搅拌状态下逐渐添加10kg水玻璃，持续搅拌10~20min；由此合成聚硅酸，该质量份可控制避免酸过量，反应体系ph小于1，并加快聚硅酸的聚合反应，反应过程中溶液逐渐变粘稠，当粘稠状态稳定时，可进行下一步反应；
第三步、然后添加18kg六水合氯化铝至反应容器中，继续常温搅拌10~20min；加入氯化铝用于稳定合成的聚硅酸，添加的铝离子插入聚硅酸结构，使其结构稳定，阻止其进一步聚合失效，氯化铝加入后，当溶液粘稠且均匀时，进行下一步；
第四步、以上搅拌均匀后，常温熟化1~2天，然后搅拌均匀后将反应容器敞口放入60℃水浴熟化2~4h后，冷却至室温；
第五步、在搅拌条件下加入8.5kg硫酸铝、选择性加入飞灰，初步得到一种用于垃圾渗滤液的混凝剂；
第六步、搅拌完全后，加入的飞灰中的重金属离子释放到溶液中，制备得到以聚硅酸铝为主的固体混凝剂；
第七步、添加硅藻土、飞灰、白炭黑等，防止聚硅酸进一步聚合的作用；
第八步、（1）在所述步骤第一至第六的基础上，不添加飞灰，制得处理废水的固体混凝剂；（2）在步骤六制得的固体混凝剂基础上，作为固体混凝处理药剂应用于处理垃圾渗滤液中，处理完成后所得的焚烧飞灰重复按照所述步骤第一至第六，加入到固体混凝剂的制备中，并以此循环；
添加飞灰制备的固体混凝剂呈灰色或黑灰色；
制备所得的固体混凝剂应用实施时，将固体混凝剂用作各种废水治理，所制备的固体混凝剂倒入废水中，使得废水中重金属及有害物质再次回到污泥中，焚烧污泥后所产生的污染物飞灰又重新用于制备混凝剂，从而得到新的固体混凝剂，该固体混凝剂既可用于废水治理中产生飞灰以循环制备混凝剂，亦可以用于焚烧污泥处理工艺中的混凝处理药剂，可循环应用，直至产生的飞灰中重金属离子较高，具有二次回收的价值，此时再进行回收。
实施例二：
一种聚硅酸金属盐混凝剂固态制备方法，固态混凝剂的制备方法主要包括以下步骤：
第一步、准备组分：12l1+1硫酸、12kg水玻璃、11~14kg六水合氯化铝、11~14kg氯化铁、4~15kg硫酸铝；准备容器：多个反应容器、搅拌工具、防护装置等；
准备工具：制备过程中采用100kg玻璃反应釜，开设有四个通口，分别放置温度计、加料口、加料口、导气口，工作过程中可用导管连接导气口通入到水中；
所述的氯化铁可替换为氯化镁、氯化锌、硫酸亚铁；
第二步、首先在反应容器中添加1+1硫酸12l并进行高速搅拌，同时在高速搅拌状态下逐渐添加12kg水玻璃，持续搅拌10~20min；由此合成聚硅酸，该质量份可控制避免酸过量，反应体系ph小于1，并加快聚硅酸的聚合反应，反应过程中溶液逐渐变粘稠，当粘稠状态稳定时，可进行下一步反应；
第三步、然后添加12kg六水合氯化铝、12kg氯化铁至反应容器中，继续常温搅拌10~20min；加入氯化铝用于稳定合成的聚硅酸，添加的铝离子插入聚硅酸结构，使其结构稳定，阻止其进一步聚合失效，氯化铝加入后，当溶液粘稠且均匀时，进行下一步；
第四步、以上搅拌均匀后，常温熟化1~2天，然后搅拌均匀后将反应容器敞口放入60℃水浴熟化2~4h后，冷却至室温；
第五步、在搅拌条件下加入5~10kg硫酸铝、选择性加入飞灰，初步得到一种用于垃圾渗滤液的混凝剂；
第六步、搅拌完全后，加入的飞灰中的重金属离子释放到溶液中，制备得到以聚硅酸铝铁为主的固体混凝剂；
第七步、添加硅藻土、飞灰、白炭黑等，防止聚硅酸进一步聚合的作用；
第八步、（1）在所述步骤第一至第六的基础上，不添加飞灰，制得处理废水的固体混凝剂；（2）在步骤六制得的固体混凝剂基础上，作为固体混凝处理药剂应用于处理垃圾渗滤液中，处理完成后所得的焚烧飞灰重复按照所述步骤第一至第六，加入到固体混凝剂的制备中，并以此循环；
添加氯化铁制备的固体混凝剂呈黄绿色，添加硫酸亚铁制备的固体混凝剂呈灰绿色；
制备所得的固体混凝剂应用实施时，将固体混凝剂用作各种废水治理，所制备的固体混凝剂倒入废水中，使得废水中重金属及有害物质再次回到污泥中，焚烧污泥后所产生的污染物飞灰又重新用于制备混凝剂，从而得到新的固体混凝剂，该固体混凝剂既可用于废水治理中产生飞灰以循环制备混凝剂，亦可以用于焚烧污泥处理工艺中的混凝处理药剂，可循环应用，直至产生的飞灰中重金属离子较高，具有二次回收的价值，此时再进行回收。
实施例三：
一种聚硅酸金属盐混凝剂液态制备方法，液态混凝剂的制备方法主要包括以下步骤：
第一步、准备组分：12~18l水、8.5~12.5kg水玻璃、19.3~28.7kg六水合氯化铝、6~14l1+1硫酸；准备容器：多个反应容器、搅拌工具、防护装置等；
准备工具：制备过程中采用100kg玻璃反应釜，开设有四个通口，分别放置温度计、加料口、加料口、导气口，工作过程中可用导管连接导气口通入到水中；
所述氯化铝可以由氯化镁、氯化锌、氯化铁代替；
第二步、首先在反应容器中添加15l水，进行高速搅拌状态下逐渐添加10kg水玻璃，搅拌10~20min，
第三步、然后添加24kg六水合氯化铝，常温搅拌2h；
第四步、继续添加10l1+1硫酸，搅拌20~30min；
第五步、添加飞灰，继续搅拌2h，静置熟化，初步得到一种用于垃圾渗滤液的混凝剂；
第六步、搅拌完全后，加入的飞灰中的重金属离子释放到溶液中，制备得到以聚硅酸铝为主的糊状液体混凝剂；
第七步、添加硅藻土、飞灰、白炭黑等，防止聚硅酸进一步聚合的作用；
第八步、（1）在所述步骤第一至第六的基础上，不添加飞灰，制得处理废水的液体混凝剂；（2）在步骤六制得的液体混凝剂基础上，作为液体混凝处理药剂应用于处理垃圾渗滤液中，处理完成后所得的焚烧飞灰重复按照所述步骤第一至第六，加入到液体混凝剂的制备中，并以此循环；
添加飞灰制备的液体混凝剂呈灰色或黑灰色；
制备所得的糊状液体混凝剂应用实施时，将糊状液体混凝剂用作各种废水治理，所制备的糊状液体混凝剂倒入废水中，使得废水中重金属及有害物质再次回到污泥中，焚烧污泥后所产生的污染物飞灰又重新用于制备混凝剂，从而得到新的糊状液体混凝剂，该糊状液体混凝剂既可用于废水治理中产生飞灰以循环制备混凝剂，亦可以用于焚烧污泥处理工艺中的混凝处理药剂，可循环应用，直至产生的飞灰中重金属离子较高，具有二次回收的价值，此时再进行回收。
实施例四：
一种聚硅酸金属盐混凝剂液态制备方法，液态混凝剂的制备方法主要包括以下步骤：
第一步、准备组分：12~18l水、8.5~12.5kg水玻璃、19.3~28.7kg六水合氯化铝、12~28kg硫酸亚铁、6~14l1+1硫酸；准备容器：多个反应容器、搅拌工具、防护装置等；
准备工具：制备过程中采用100kg玻璃反应釜，开设有四个通口，分别放置温度计、加料口、加料口、导气口，工作过程中可用导管连接导气口通入到水中；
所述氯化铝可以由氯化镁、氯化锌、氯化铁代替；
第二步、首先在反应容器中添加15l水，进行高速搅拌状态下逐渐添加10kg水玻璃，搅拌10~20min，
第三步、然后添加24kg六水合氯化铝、20kg硫酸亚铁，常温搅拌2h；
第四步、继续添加10l1+1硫酸，搅拌20~30min；
第五步、添加飞灰，继续搅拌2h，静置熟化，初步得到一种用于垃圾渗滤液的混凝剂；
第六步、搅拌完全后，加入的飞灰中的重金属离子释放到溶液中，制备得到以聚硅酸铝为主的糊状液体混凝剂；
第七步、添加硅藻土、飞灰、白炭黑等，防止聚硅酸进一步聚合的作用；
第八步、（1）在所述步骤第一至第六的基础上，不添加飞灰，制得处理废水的液体混凝剂；（2）在步骤六制得的液体混凝剂基础上，作为液体混凝处理药剂应用于处理垃圾渗滤液中，处理完成后所得的焚烧飞灰重复按照所述步骤第一至第六，加入到液体混凝剂的制备中，并以此循环；
添加氯化铁制备的液体混凝剂呈黄绿色，添加硫酸亚铁制备的液体混凝剂呈灰绿色；
制备所得的糊状液体混凝剂应用实施时，将糊状液体混凝剂用作各种废水治理，所制备的糊状液体混凝剂倒入废水中，使得废水中重金属及有害物质再次回到污泥中，焚烧污泥后所产生的污染物飞灰又重新用于制备混凝剂，从而得到新的糊状液体混凝剂，该糊状液体混凝剂既可用于废水治理中产生飞灰以循环制备混凝剂，亦可以用于焚烧污泥处理工艺中的混凝处理药剂，可循环应用，直至产生的飞灰中重金属离子较高，具有二次回收的价值，此时再进行回收。
由于飞灰中重金属的提取及二次利用较难，本发明很好的利用了飞灰的特性，飞灰可为反应提供金属离子，也可以当作干燥物质，制备用于焚烧前废水处理的混凝剂；而且本发明利用填料作为惰性粉末隔开聚硅酸颗粒之间的接触，从而防止聚硅酸类产物进一步聚合失效，这种机理类似在物质表面发生吸附形成一种包覆膜，起到疏水防接触的作用，达到稳定产物的作用，既解决了聚硅酸类的混凝剂稳定性较差的问题，还生产出市场上未见到固体的聚硅酸金属盐的产品；本发明最后添加的硫酸铝、硅藻土、飞灰、白炭黑等的作用均是防止聚硅酸进一步聚合的作用；而这些物质又是水处理中常用的药剂，不影响总体药剂的效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。