一种高效矿渣基无机除磷混凝剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高效矿渣基无机除磷混凝剂及其制备方法，混凝剂以粉煤灰为主要原料，同时加入铝土矿以补充铁元素，通过两段式改性方法制备而成，制备方法包括如下步骤：原材料预处理、碱浸提取、酸浸提取、混合和干燥。本发明专利技术产品能结合铁盐絮凝剂的絮体密实、沉降速度快的优势，弥补铝盐絮凝剂的缺点，可大幅度提高磷的去除效果，且具有生产工艺简单、成本低廉、混凝效果显著等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环境保护
，具体涉及一种高效矿渣基无机除磷混凝剂及其制备方法。
技术介绍
混凝剂可以降低污水的浊度、色度等感观指标，去除多种高分子有机物和部分重金属离子，在污水处理中起到了重要作用，因此研发水处理混凝剂具有十分必要的实际应用价值。污水处理中颗粒较大的粗粒悬浮物可利用自然沉淀去除，但更微小的悬浮物，尤其是胶体粒子沉降得很慢，甚至能在污水中长期的保持分散悬浮状态，因此难以用自然沉淀的方法从水中分离除去。而混凝剂的原理就是破坏这些细小颗粒的稳定性，使其互相接触、粘集凝聚在一起，形成絮状物，从而下沉分离以起到净化水体的作用。通常，能使胶体脱稳并形成絮体的药剂统称为混凝剂；而没有凝聚作用，只有絮凝作用的药剂称之为絮凝剂。目前，水处理无机絮/混凝剂是从七十年代到九十年代研究和发展起来的新型化学工业，主要为铝盐（铁盐）絮/混凝剂，在污水处理中起到了重要作用，如广泛应用的聚合氯化铝（PAC），其一般用铝屑、氢氧化铝、氯化铝等作为原材料进行制备，成本较高。而一些工业废渣中含有大量可回收利用的铝铁元素，比如粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废渣，其氧化铝含量通常为20%-35%，最高可达50%，原料易得且价格低廉。国内外有许多学者，用粉煤灰处理各种废水，发现其对废水中的石油类、COD、氨氮、挥发酚等污染物具有较强的吸附作用，可有效去除废水中的污染物。实际中，对用粉煤灰处理废水的研究较多，并且已进入应用研究阶段，有些技术已在工程实例中得到应用，但还存在着很多问题急待解决。我国粉煤灰中铝元素含量高而铁元素含量低（一般为4%-10%），其制备的混凝剂属于铝盐混凝剂，具有絮体松散易碎、沉降速度慢、吸附容量小、投灰量大、泥水分离困难等缺点。同时，当前研究较多的混凝剂多为聚硅酸铝铁液体混凝剂，稳定时间较短，而且除磷混凝效果不够理想，因此，开发一种新型高效的除磷混凝剂以满足环境治理的需要就显得十分必要。生产混凝剂的方法有很多，例如中国专利CN101891287公开的用于污水处理厂二级出水的复合除磷混凝剂及处理方法；中国专利CN101628748公开的一种水净化用复合高分子混凝剂；中国专利CN1762848A公开的一种处理印染废水用混凝剂及其生产方法；中国专利CN102001733公开的固体聚硅酸铁铝混凝剂的制备方法等等。之前做过采用酸改性，并添加含氟化合物作为助溶剂制备除磷混凝剂的研究，但由于酸改性对于铝的浸取率不高，导致资源的浪费，且制备过程中产生的氟化物放到大气中，对环境有一定的污染。为了解决现有的这些问题，需要开发出一种稳定时间长、沉降性能优、磷去除效果好的混凝剂，以改善污水处理效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效矿渣基无机除磷混凝剂及其制备方法，向粉煤灰中加入铝铁含量高且价格低廉的铝土矿以补充铁元素，并采用两段式改性的方法制备，产品能结合铁盐絮凝剂的絮体密实、沉降速度快的优势，弥补铝盐絮凝剂的缺点，可大幅度提高磷的去除效果，且具有生产工艺简单、成本低廉、混凝效果显著等特点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种高效矿渣基无机除磷混凝剂，由粉煤灰和铝土矿经两段式改性方法制备而成。一种高效矿渣基无机除磷混凝剂的制备方法，包括如下步骤：1）原材料预处理：将粉煤灰和铝土矿分别粉碎、研磨、过100目筛后，置于烘箱中烘干；2）碱浸提取：分别称取烘干后的粉煤灰和铝土矿，置于容器中后加入NaOH溶液，搅拌、静置陈化、过滤，得到碱上清液A和滤渣A；3）酸浸提取：将滤渣A用蒸馏水漂洗三遍，加盐酸酸化后，搅拌、静置、过滤，得酸上清液B和滤渣B；4）混合：将碱上清液A和酸上清液B混合，边搅拌边调pH，直至混合液混合均匀；5）干燥：将步骤4）所得混合液放置于电热炉上加热成糊状后，再置于烘箱中干燥，即制得产品。根据以上方案，所述原材料预处理中的烘干温度为103℃-105℃。根据以上方案，所述碱浸提取过程中粉煤灰和铝土矿的质量比为1:1，固液比为1:10；所述酸浸提取过程中的固液比为1:10。根据以上方案，所述碱浸提取中的搅拌在直流数显温控搅拌器上进行，搅拌的转速为250r/min，搅拌温度为100℃，搅拌时间为2h；所述静置陈化的时间为24h。根据以上方案，所述酸浸提取中的搅拌在直流数显温控搅拌器上进行，搅拌的转速为250r/min，搅拌温度为100℃，搅拌时间为2h；所述静置陈化的时间为24h。根据以上方案，所述NaOH溶液的浓度为4mol/L，所述盐酸的浓度为2mol/L。根据以上方案，所述碱上清液A和酸上清液B的混合体积比为1:20-16:1，所述调节pH指将混合液pH调节至0.9-1.1。根据以上方案，所述碱上清液A和酸上清液B的混合体积比为16:1。根据以上方案，所述混合中的搅拌在磁力搅拌器上进行，搅拌时间为20min。根据以上方案，所述电热炉的加热温度为300℃，所述烘箱的干燥温度为103℃-105℃。本专利技术制备的产品以粉煤灰为主要原料，同时加入铝土矿以补充铁元素。在碱浸提取过程中（提取铝元素），铝元素和氢氧化钠反应先生成氢氧化铝沉淀，之后铝元素以偏铝酸根的形式溶出到碱上清液A中；而铁元素以氢氧化铁的形式仍存在于滤渣A中，此时则采用酸浸提取的方式将滤渣A中的铁元素提取出来，过滤得酸上清液B，将碱上清液A和酸上清液B混合，使铁元素和铝元素充分聚合，干燥得高效的除磷混凝剂，这也就是两段式改性方法。本专利技术的有益效果是：1）本专利技术采用向粉煤灰中加入铝铁含量高且价格低廉的铝土矿以补充铁元素，使得制备的混凝剂能在结构上优于单一的铝盐或铁盐混凝剂；2）本专利技术充分利用协同增效的原理，多种组分相加、调配在一起，所产生的作用优于各组分单独应用时作用的总和。因此，所制备的铝铁复合混凝剂能充分发挥两种混凝剂各自的优势，提高了絮凝效果，且能在沉降性能上进一步提升；3）本专利技术的两段式改性引起的多微孔结构固体特征明显，使得粉煤灰的吸附性能大大增强；4）本专利技术的制备方法能够使粉煤灰和铝土矿中的铝、铁元素大量溶出，能够高效率的利用资源，变废为宝，环境友好；5）本专利技术的产品具有较强的架桥吸附功能，除磷效率高，且去浊率高；6）本专利技术制备的混凝剂能够高效处理含磷废水，当混凝剂用量为1g/L时，处理含磷量为2mg/L左右的废水，处理后含磷量为0.026mg/L，远远低于我国城市污水磷的一级A排放标准（磷酸盐以P计，P≤0.5mg/L）7）本专利技术的产品稳定时间长，易于保存和运输，具有非常强的市场竞争力和推广价值；8）本专利技术所用原料来源广泛，使用成本较低，而且生产工艺简单易行，经济，适用。附图说明图1为碱浸时碱浓度对铝含量（以氧化铝计）的影响；图2为碱浸时搅拌时间对铝含量（以氧化铝计）的影响；图3为碱浸时搅拌温度对铝含量（以氧化铝计）的影响；图4为酸浸时酸浓度对铁含量（以总铁计）的影响；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效矿渣基无机除磷混凝剂，其特征在于，由粉煤灰和铝土矿经两段式改性方法制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种高效矿渣基无机除磷混凝剂，其特征在于，由粉煤灰和铝土矿经两段式改性方法制备而成。
2.根据权利要求1所述的高效矿渣基无机除磷混凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）原材料预处理：将粉煤灰和铝土矿分别粉碎、研磨、过100目筛后，置于烘箱中烘干；
2）碱浸提取：分别称取烘干后的粉煤灰和铝土矿，置于容器中后加入NaOH溶液，搅拌、静置陈化、过滤，得到碱上清液A和滤渣A；
3）酸浸提取：将滤渣A用蒸馏水漂洗三遍，加盐酸酸化后，搅拌、静置、过滤，得酸上清液B和滤渣B；
4）混合：将碱上清液A和酸上清液B混合，边搅拌边调pH，直至混合液混合均匀；
5）干燥：将步骤4）所得混合液放置于电热炉上加热成糊状后，再置于烘箱中干燥，即制得产品。
3.根据权利要求2所述的高效矿渣基无机除磷混凝剂的制备方法，其特征在于，所述原材料预处理中的烘干温度为103℃-105℃。
4.根据权利要求2所述的高效矿渣基无机除磷混凝剂的制备方法，其特征在于，所述碱浸提取过程中粉煤灰和铝土矿的质量比为1:1，固液比为1:10；所述酸浸提取过程中的固液比为1:10。
5.根据权利要求2所述的高效矿渣基无机除磷混凝剂的制备方法，其特征在于，所述碱浸提取中的搅拌在直流数显温控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柏林，姚亚，张程琛，梁亚楠，樊航旭，李晔，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42