改性聚合氯化铝铁制备方法

• 混凝剂是城市给水、城市污水和工业废水处理工艺中最基本的处理技术之一，尽管影响混凝效果的因素很多，但混凝剂是决定性的。盐酸钢铁酸洗废液是制备混凝剂聚合氯化铁的理想原料，然而由于铁离子水解聚合性能不甚理想，生成的聚合氯化铁不仅稳定性差，而且混凝效果不甚理想，尤其是处理后的水质由于残余铁的存在色度难以达标，导致聚合氯化铁未能像聚合氯化铝那样为市场所接受。对聚合氯化铁进行适当改性以提高其聚合与混凝性能成聚合氯化铁研发的切入点，聚硅铁混凝剂就是其中的一类。
• 关于聚硅铁混凝剂(或絮凝剂)研究与专利报道中较多，报道采用工业酸洗废液和氧化铁皮为主要原料先制备聚合氯化铁，再加入聚硅酸，在高剪切条件下进一步发生聚合反应，便可制备出稳定的聚硅酸氯化铁絮凝剂；提供了以铁矿石为原料制备优质净水剂聚硅酸硫酸铁，其由硫酸铁制备、聚硅酸制备与聚硅酸硫酸铁制备三部分组成；提供了共聚硅酸盐絮凝剂，该方法是在合成聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合氯化铁或聚合硫酸铁等絮凝剂的中后期或与聚合氯化铝PAC、聚合氯化铝铁、聚合氯化铁或聚合硫酸铁等液体絮凝剂，加入高氯硅烷与上述聚合物发生共聚反应合成共聚硅盐絮凝剂；提供了一种能提高有机物去除能力的氧化型、不同硅铁比的聚硅酸铁混凝剂及其制备工艺，该工艺采用共聚法，原料采用工业产品或工业级副产品，如水玻璃、硫酸亚铁、氯酸钠、次氯酸钠等，制备方法为将低聚合度的活化硅酸和酸性硫酸亚铁溶液混合后，加入氧化剂、添加剂及稳定剂后熟化，制得液体产品，或进一步固化成固形产品。聚硅铁锌混凝剂由水玻璃、稀硫酸溶液、碳酸氢钠、硫酸亚铁、硫酸锌和氧化剂制成，制备聚硅酸溶液、制备聚硅铁锌溶液、采用逆向接触式喷雾干燥法或并流接触式喷雾干燥法将聚硅铁锌溶液干燥，即得产品；制备方法按照如下步骤进行:将水玻璃加入到稀酸溶液中，反应后制得活化硅酸；将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中制备聚合硫酸铁，向聚合硫酸铁中加入制备的活化硅酸，即得到聚硅铁混凝剂；固体型聚合硅酸硫酸铁及生产方法，以硫酸亚铁、硅酸钠为原料，于反应容器中用硝酸将硫酸亚铁氧化为硫酸铁与活性硅酸(用盐酸调节硅酸钠溶液pH值制得)发生共聚反应，在调聚稳定剂的作用下，通入硫酸聚合得到半成品，经陈化、粉碎后即得到固体型聚合硅酸硫酸铁成品。
  总之，上述方法要么是先制备聚硅酸，所制备的聚硅酸再与铁进行聚合制备聚硅铁；要么是先制备聚合铁和聚硅酸，然后将聚硅酸与聚合铁混合成聚硅铁；介绍固体混凝剂聚硅硫酸铁一步法生产方法，在室温条件下，将固体原料一水硫酸亚铁与硅酸钠、硝酸和硫酸混合、搅拌、反应，从而完成原料间发生的氧化、聚合反应，得到固体聚硅硫酸铁产品。该方法首先会有二氧化氮废气产生，其次大量使用硝酸做为氧化剂对操作人员来讲具有一定的危险性，最后大部分药剂为固态的情况下，混合及反应的均匀性、充分性难以得到保障。
• 本目的在于克服聚合氯化铁聚合与混凝效果差，尤其是处理后水质色度难以达标的难题，提供了一种简便、安全、高效的改性聚合氯化铁混凝剂的制备方法。
  为达到上述目的，采用的技术方案是：
  盐酸钢铁酸洗废液的净化:将机械加工行业的盐酸钢铁酸洗废液中加入足量的废铁屑及盐酸钢铁酸洗废液质量1-5%的碳粉，消耗其中的游离盐酸，反应完毕过滤，滤液即为净化后的亚铁离子含量为10-15%的盐酸钢铁酸洗废液，调整滤液pH值为1-5；
  先将工业水玻璃加水配成SiO2的质量浓度为1-5%的溶液，然后向其中加入氯酸钠搅拌均匀即得混合液，在反应器中加入净化后的盐酸钢铁酸洗废液，开启搅拌器，控制搅拌速度为100-500r/min，温度为0-50℃，匀速缓慢加入工业水玻璃与氯酸钠的混合液，控制加料时间为1-5h加料完毕搅拌0.2-1.0h出料，室温陈化24-48h即得改性聚合氯化铁混凝剂，所述的工业水玻璃与氯酸钠的混合液中工业水玻璃及氯酸钠的用量以反应器中亚铁离子的含量为计量依据，分别按照摩尔比硅:铁=1:1-10，氯酸钠:铁=1:6。
• 将工业水玻璃和氯酸钠混合成混合液，在搅拌条件下加入到净化后的盐酸钢铁酸洗废液中，使亚铁氧化后生成的三价铁立即与硅进行互穿网络式聚合，得到聚合性能良好的无机高分子。
• 制备的混凝剂黏稠状产品室温下稳定期超过1个月，可以满足实际需要；原料以盐酸酸洗废液为主要原料，将废弃物资源化与废水处理有机结合，达到以废治废；工业水玻璃来源丰富、价格低廉，氧化剂氯酸钠来源丰富，反应温度低，节省能源；反应步骤少，操作安全简便、无二次污染；用于高岭土模拟水样处理和草浆中段废水的深度处理，混凝沉淀后，浊度、色度等指标去除效果好，且投药量小。所得到的产品适应于饮用水生产以及工业废水深度处理。
• 盐酸钢铁酸洗废液的净化:将机械加工行业的盐酸钢铁酸洗废液中加入足量的废铁屑及盐酸钢铁酸洗废液质量1%的碳粉，消耗其中的游离盐酸，反应完毕过滤，滤液即为净化后的亚铁离子含量为15%的盐酸钢铁酸洗废液，调整滤液pH值为5；
  先将工业水玻璃(模数1.6-2.0)加水配成SiO2的质量浓度为5%的溶液，然后向其中加入氯酸钠(工业品，氯酸钠含量95%以上)搅拌均匀即得混合液，在反应器中加入净化后的盐酸钢铁酸洗废液，开启搅拌器，控制搅拌速度为300r/min，温度为50℃，匀速缓慢加入工业水玻璃与氯酸钠的混合液，控制加料时间为5h加料完毕搅拌0.2h出料，室温陈化24h即得改性聚合氯化铁混凝剂，所述的工业水玻璃与氯酸钠的混合液中工业水玻璃及氯酸钠的用量以反应器中亚铁离子的含量为计量依据，分别按照摩尔比硅:铁=1:10，氯酸钠:铁=1:6。
• 盐酸钢铁酸洗废液的净化:将机械加工行业的盐酸钢铁酸洗废液中加入足量的废铁屑及盐酸钢铁酸洗废液质量3%的碳粉，消耗其中的游离盐酸，反应完毕过滤，滤液即为净化后的亚铁离子含量为10%的盐酸钢铁酸洗废液，调整滤液pH值为1；
  先将工业水玻璃(模数1.6-2.0)加水配成SiO2的质量浓度为3%的溶液，然后向其中加入氯酸钠(工业品，氯酸钠含量95%以上)搅拌均匀即得混合液，在反应器中加入净化后的盐酸钢铁酸洗废液，开启搅拌器，控制搅拌速度为100r/min，温度为0℃，匀速缓慢加入工业水玻璃与氯酸钠的混合液，控制加料时间为1h加料完毕搅拌0.6h出料，室温陈化36h即得改性聚合氯化铁混凝剂，所述的工业水玻璃与氯酸钠的混合液中工业水玻璃及氯酸钠的用量以反应器中亚铁离子的含量为计量依据，分别按照摩尔比硅:铁=1:5，氯酸钠:铁=1:6。
• 盐酸钢铁酸洗废液的净化:将机械加工行业的盐酸钢铁酸洗废液中加入足量的废铁屑及盐酸钢铁酸洗废液质量5%的碳粉，消耗其中的游离盐酸，反应完毕过滤，滤液即为净化后的亚铁离子含量为13%的盐酸钢铁酸洗废液，调整滤液pH值为3；
• 先将工业水玻璃(模数1.6-2.0)加水配成SiO2的质量浓度为1%的溶液，然后向其中加入氯酸钠(工业品，氯酸钠含量95%以上)搅拌均匀即得混合液，在反应器中加入净化后的盐酸钢铁酸洗废液，开启搅拌器，控制搅拌速度为500r/min，温度为25℃，匀速缓慢加入工业水玻璃与氯酸钠的混合液，控制加料时间为3h加料完毕搅拌1.0h出料，室温陈化48h即得改性聚合氯化铁混凝剂，所述的工业水玻璃与氯酸钠的混合液中工业水玻璃及氯酸钠的用量以反应器中亚铁离子的含量为计量依据，分别按照摩尔比硅:铁=1:1，氯酸钠:铁=1:6。
  应用效果对比
  1、对地表水的混凝处理效果
  

  混凝剂	聚合硫酸铁	聚合氯化铝	本发明
  残余浊度(NTU)	5.8	3.5	1.5
  残余色度(倍)	45	3.0	4.0

  注:(1)高岭土模拟水样浊度36NTU；(2)聚合硫酸铁(粉末状，全铁含量19%，盐基度14%)，聚合氯化铝(粉末状，Al2O3 含量:28%；盐基度56%)，(全铁含量12%，固含量58%)；(3)混凝剂投加量:聚合硫酸铁50mg/L；聚合氯化铝50mg/L；本发明75mg/L。
  2、对草浆中段废水的混凝处理效果

  混凝剂	CODcr去除率(%)	SS去除率(%)	色度去除率(%)
  聚合硫酸铁	37	35	25
  聚合氯化铝	45	56	56
  改性聚合氯化铝铁	48	55	54

  注:(1)草浆中段废水二次沉淀池出水水质:CO0cr220mg/L,SS80mg/L，色度75。
  (2)聚合硫酸铁(粉末状，全铁含量19%，盐基度14%)，聚合氯化铝(粉末状，Al2O3含量:28%；盐基度56%)，改性聚合氯化铝铁(固含量58%)
  (3)混凝剂投加量:聚合硫酸铁100mg/L;聚合氯化铝100mg/L:改性聚合氯化铝铁150mg/L。