粉煤灰制聚硅酸硫氯化铝净水剂综述

2010年6月粉煤灰制备聚硅酸氯化铝铁絮凝剂综述作者简介：宜宾学院化学与化工学院07级2班马忠1粉煤灰制聚硅酸硫氯化铝净水剂综述马忠（宜宾学院化学与化工学院07级2班,四川宜宾644007）摘要：简述了近年来国内外利用粉煤灰制净水剂的研究方案及发展方向，介绍了一些很有前景的粉煤灰用作水处理工业发展的研究方案，简述了如何利用粉煤灰制聚硅酸硫氯化铝净水剂的方案流程和一些其他制备净水剂的方案流程以及其在特殊场合的应用。关键词：粉煤灰聚硅酸硫氯化铝絮凝剂聚硅酸Abstract:Theuseofflyashsystemathomeandabroadinrecentyearsandpurifyingthedirectionofdevelopmentofresearchprogramsandtointroduceanumberofpromisingindustrialdevelopmentofflyashusedforwatertreatmentresearchprograms,outlineshowtousethepowdersulfurcoalashsystempolysilicatealuminumchloridepurifyingagentoftheprogrampreparationprocessandsomeotherprogramspurifyingprocessanditsapplicationinspecialoccasionsKeywords:FlyashPolysilicatealuminumferricchloride(PSAFC)FlocculantPolysilicic一．前言二十一世纪面临的最大问题就是环境污染问题，而水污染是三大环境污染之一。水污染严重的危害人们正常生活给人们带来疾病和生活困扰，而且污染后的水不再次的循环利用造成了水资源的严重浪费。所以处理被污染的水再次循环利用成为了现在我们工业发展的必要条件。而粉煤灰是火力发电厂燃煤作功以后排入环境中的一种工业废渣，粉煤灰是一种对环境产生严重污染的工业固体废弃物,燃煤发电为主的国家,它的排放量特别巨大，大量的排放却找不到合适的处理方法，严重的影响着人们的生活。但粉煤灰中含有大量以活性氧化物SiO2和Al2O3为主的玻璃微珠,因此粉煤灰既具有很好的吸附性能,又是一个巨大的铝的二次资源宝库[1]。粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段。废酸也是一大污染，而且一直也是工厂所面临的一大难题，处理起来非常的困难，而且大量废酸的排放造成水和空气的污染。如果能把后两者综合起来变废为宝，再用它们来处理污染的水资源，那么就能一次性处理掉三种威胁环境的污染物，而且还能得到很多其他的利处。这正是现在国内外所正在致力研究的，而且在此方面已经得到了很大的收益。二．粉煤灰粉煤灰的基本物理性质：密度/（g/cm3）1.9～2.92.1堆积密度/（g/cm3）0.531～1.2610.780比表面积（cm2/g）氮吸附法800～195003400透气法1180～65303300原灰标准稠2010年6月粉煤灰制备聚硅酸氯化铝铁絮凝剂综述作者简介：宜宾学院化学与化工学院07级2班马忠2度/%27.3～66.748.0需水量/%89～13010628d抗压强度比/%37～8566粉煤灰的物理性质中，细度和粒度是比较重要的项目,它直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的细度影响早期水化反应，而化学成分影响后期的反应。粉煤灰的主要化学成分为SiO2和Al2O3，约占总量的57%~95%，同时含有量的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等化合物以及未燃尽的炭等，各组分的含量因煤的种类和燃烧工况不同而异。粉煤灰的元素组成(质量分数)为：O47.83%，Si11.48%～31.14%，A16.40%～22.91%，Fe1.90%～18.51%，Ca0.30%～25.10%，K0.22%～3.10%，Mg0.05%～1.92%，Ti0.40%～1.80%，S0.03%～4.75%，Na0.05%～1.40%，P0.00%～0.90%，C10.00%～0.12%，其他0.50%～29.12%[2]。三．聚硅酸氯化铝聚硅酸氯化铝(PASC)是一类新型无机高分子絮凝剂能除菌、除臭、除氟、铝、铬、除油、除浊、除重金属盐、除放射性污染物、在净化各种水源过程中具有广泛的用途。其固体为无色或黄色树脂状固体。其溶液为无色或黄褐色透明液体，有时因含杂质而呈灰黑色粘液。聚硅酸氯化铝是在聚硅酸及铝盐絮凝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、吸附架桥和网捕3种功能作用[3]。具有混凝效果好，处理低温、低浊水有特效，价格便宜，在水中的残留铝底等特点。聚硅酸氯化铝（PASC）的制备方法简单，但它的稳定性较差。四．聚硅酸氯化铝净水原理聚硅酸氯化铝（PASC）是在活化硅酸及传统的铝盐、铁盐等无机絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合物,用于废水处理时,同时具有电中和及吸附架桥作用,因而絮凝效果较好。且其原料粉煤灰来源广泛,价格低廉,安全无毒。聚硅酸是由硅酸钠在酸性条件下水解,聚合反应到一定程度的中间产物,在弱酸或弱碱条件下起聚合作用的主要是一价原硅酸离子和原硅酸分子。硅原子是四面体,聚合物可能向各个方向进行聚合形成带支链的、环状的或网状的立体结构,具有很强的粘接能力和吸附架桥作用[4]。聚硅酸盐絮凝剂是把铝盐加到原硅酸中反应制成的。由于聚硅酸是阴离子,带负电,铝是阳离子,带正电,它们在水流态的分子量约为数百到数千,可以相互结合成为具有分子形结构的聚集体,其平均分子量可高达20000[5],聚硅酸及其盐类的最大缺点是产品性质不稳定,在储存中能自行聚合,形成不溶于水的高聚物而失去聚合功能。五．聚硅酸氯化铝制备工艺聚硅酸氯化铝(PASC)作为一类新型无机高分子絮凝剂，现在国内外对其的研究也非常广泛，不同的聚硅酸氯化铝制备工艺也不断出现。新型的、絮凝效果更好的、工艺制作更简单的，对资源循环利用率更高的絮凝剂也不断的出现。而且人们也还在不断的致力研究出更好性能的絮凝剂。以下简述了国内外研究者近年来不同的制备工艺。2010年6月粉煤灰制备聚硅酸氯化铝铁絮凝剂综述作者简介：宜宾学院化学与化工学院07级2班马忠31、焙烧制备工艺在06年以前制备聚硅酸氯化铝絮凝剂一般是采用焙烧法来制备，田卫平[6]，俞尚清、潘志彦[7]等采用的制备方案是将粉煤灰与烧碱以一定比例混合，然后在一定温度下焙烧，焙烧后用酸浸取然后陈化得到聚硅酸氯化铝絮凝剂。此种方案的最大缺点就是焙烧耗能太大不划算。于是很多人在此方案的基础上做了改进，佟志芳、皱燕飞、李英杰[8]等采用了粉煤灰与氟化钾助熔剂在一定温度下焙烧的方案来减少能量的耗费，焙烧后用酸来浸取，固液分离后滤液用氢氧化铝综合后保温一定时间然后向内加入硫酸钠得到聚硫氯化铝铁备用，滤渣在碱性溶液中水解除氟，然后转入氢氧化钠的溶液中的硅酸钠溶液备用。将聚硫氯化铝铁加入到硅酸钠溶液中熟化一段时间便得到聚硅酸硫氯化铝铁。此方案虽然在一定程度上减少了能耗量但是还有很多需要改进的地方。有人在此方案上做了进一步的研究，利用碳酸钠代替碳酸钙进行烧结反应，但是这些方案总免不了需要更多的能耗。2、酸浸制备工艺从粉煤灰中浸取二氧化硅和氧化铝其主要就是需要打开Al-Si键生成可溶性硅酸盐和铝酸盐，所以需用焙烧来段硅铝键，但是焙烧耗能大，于是人们在此方向上进行了深入研究提出了用酸浸取的方案。陈国斌、唐课文[9]采用的酸浸方案是将粉煤灰中慢慢滴加入盐酸在沸水浴中封闭搅拌冷却、陈化、过滤分离然后在酸性条件下胶东得到聚硅酸氯化铝铁絮凝剂。而孙根行、连培聪[10]采用的方案是将酸与粉煤灰混合加热回流冷却过滤得到铝铁溶液，然后在铝铁溶液中加入纯碱搅拌反应待一定时间后加入饱和氯酸钠溶液氧化后陈化得到聚氯化铝铁混凝剂。3、碱浸制备工艺酸浸取的硅酸盐和铝酸盐可溶性溶液可以减少焙烧步骤从而大大减少能耗量，但是酸浸使粉煤灰中的硅铝不能充分利用，其利用率太低。所以这种方法虽然节省了能耗，但利用率不高，所以人们要在此方案上进一步研究出能耗低，利用率高的方案。于是提出了碱浸取的方案。张开士、曾凤春[3]采用的方法是将粉煤灰和碱溶液以一定比例加入到反应釜中在适宜的温度下进行反应溶解，趁热过滤除去残渣，在滤液中加入酸酸化陈化最后得到聚硅酸氯化铝铁絮凝剂。此种方案工艺流程简单，能耗低，絮凝效果好现在在国内外得到了很高的重视。也是未来絮凝剂快速优化发展的一条有效途径。4、其他制备工艺工艺上还有其他很多中制聚硅酸氯化铝絮凝剂的方案。如周安娜、张文艺[4]利用硅酸钠被酸酸化后向内加入氯化铝而制备的聚合硅酸氯化铝絮凝剂。又有汪琳、李明玉[17]等采用向硫酸铝中加入蒸馏水使硫酸铝完全溶解后加温聚合熟化的到PAS絮凝剂。此些方法虽然也能制备的到我们所需要的絮凝剂，而且制造工艺流程也简单，但是却没有用到我们希望利用的粉煤灰和废酸，而且制备絮凝剂还需耗价值去获取原料，可能会消耗更多的价值，也不能达到我们所想要的循化利用资源的目的。2010年6月粉煤灰制备聚硅酸氯化铝铁絮凝剂综述作者简介：宜宾学院化学与化工学院07级2班马忠4六．絮凝效果的影响因素在制备聚硅酸氯化铝铁絮凝剂的试验中，最主要的实验部分就是对絮凝效果影响的测定。这也是我们所必需要考虑的重要因素。只有了解了影响絮凝效果的因素我们就能制备出更高效，更具有生产价值的产物，而且也能更好的利用回收废弃物，形成生态循环生产过程。在考虑影响絮凝效果的试验中，我们主要看到了研究者研究了以下几种影响因素的不同影响效果：1、酸性介质对氧化铝溶出率的影响姜忠群、于水利[11]等制备出以硫酸、盐酸、硝酸、磷酸为主体的酸化剂的改性聚硅酸铝铁絮凝剂，并对其的絮凝效果进行了比较，得出随pH值升高凝胶挂壁时间降低，对混凝净后水考虑应选pH值较高的稳定的絮凝剂。朱金开、薛笑莉[1]对酸浸反应温度，酸浸反应时间，酸的浓度对絮凝效果影响进行了分析得出结论：随温度提高氧化铝的浸取率升高，但当温度升高到一定温度后氧化铝的浸去率减缓；随着酸浸时间的增加氧化铝的浸出率增加，但当到达一定时间后氧化铝的浸出率不再变化；氧化铝的浸出率随酸的浓度增加而增加，但当到达一定分数后浸出率不再增加。佟志芳，邹燕飞[8]等得出结论硫酸根离子加入进一步增强了絮凝剂的点中和能力和架桥能力，使絮凝剂的絮凝性能提高。2、成分质量比的确定对絮凝效果的影响朱金开、薛笑莉[1]等研究了铝铁质量比和硅铝铁质量比对絮凝效果的影响得出结论铝铁比与硅铝铁比均有一个最佳值此时絮凝效果最好。佟志芳，邹燕飞[8]等研究了酸根离子对絮凝效果的影响得出结论铝与硫酸根离子比值升高剩余浊度呈现先降后增的趋势。3、聚合温度对絮凝效果的影响佟志芳、邹燕飞[8]等研究得出结论去浊率随温度的升高呈现先升后降的趋势。4、硅溶出率的影响张爱丽，王殿宇[12]等对粉煤灰中硅溶出的条件进行了分析得出氢氧化钠浓度对硅溶出率的影响随着氢氧化钠浓度的升高硅溶出率逐渐增加但当氢氧化钠浓度到达一定浓度后其硅的溶出率不再变化，硅的溶出率随反应时间的增加而增加但反应时间到一定时间后硅的溶出率不再增加，硅的溶出量随温度的升高而增加然而增加的量之间相差不大。5、原水pH值对絮凝效果的影响田卫平[6]和周安娜、张文艺[4]等均对原水的pH对絮凝剂絮凝效果的影响进行了分析得出结论认为原水的pH值越高其对絮凝效果的影响越好。2010年6月粉煤灰制备聚硅酸氯化铝铁絮凝剂综述作者简介：宜宾学院化学与化工学院07级2班马忠56、焙烧状态对氧化铝溶出率的影响佟志芳、康立武[13]等和罗道成、陈国安[14]等均对焙烧温度、焙烧时间对聚硅酸絮凝剂的影响进行了研究，得出了结论氧化铝随焙烧温度升高而增加但当到达一定温度后随温度的升高氧化铝的溶出率变化不大，但是应该注意温度越高其耗能越大。氧化铝的溶出率随焙烧时