赤泥制備混凝劑鹽基度及混凝效果研究

姚 珺,趙 野,舒友菊

(洛陽(yáng)理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系，河南 洛陽(yáng) 471023)

赤泥是鋁工業(yè)生產(chǎn)中最重要的廢渣，拜爾法每生產(chǎn)1 t氧化鋁產(chǎn)生1.0～1.5 t赤泥，我國(guó)作為第四大氧化鋁生產(chǎn)國(guó)，每年排放數(shù)百萬(wàn)噸赤泥，大量赤泥廢渣堆放，嚴(yán)重污染了環(huán)境[1]。因此，對(duì)赤泥回收利用不僅可以廢物資源化，同時(shí)還可減輕對(duì)環(huán)境的污染。赤泥中含有較高含量的鋁和鐵[2]，利用赤泥燒制水泥或制備水處理混凝劑是赤泥利用的有效途徑[3]。

作者在前期工作中對(duì)赤泥制備混凝劑的工藝進(jìn)行了研究[4]，在此進(jìn)一步優(yōu)化聚合條件，并對(duì)最佳條件下制備的混凝劑的鹽基度進(jìn)行測(cè)定，考察了其對(duì)廢水中懸浮物的去除效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

赤泥，河南中美鋁業(yè)。

1.2 方法

1.2.1 混凝劑的制備

按照前期工作取得的赤泥制備混凝劑的工藝參數(shù)[4]，將赤泥于600 ℃焙燒1 h,常溫下用3 mol·L-1的鹽酸浸取3 h，鹽酸與赤泥的投加比為10∶1(mL∶g)，過(guò)濾。取濾液在80 ℃、不同的pH值、聚合時(shí)間和碳酸鎂投加量條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)，測(cè)定產(chǎn)物的鹽基度，采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化聚合條件。

正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平見(jiàn)表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平

1.2.2 混凝效果的測(cè)定

混凝實(shí)驗(yàn)用原水為高嶺土配制，濁度176.9 ntu。用正交實(shí)驗(yàn)所制備的1#～9#混凝劑進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，10#為市售PAC(鹽基度38.32%)。每組混凝劑取5 g溶于50 mL水中，將混凝劑配成質(zhì)量濃度為10%的溶液，用吸量管吸取2.5 mL加入600 mL原水中，測(cè)定混凝沉淀后混凝劑對(duì)水中濁度的去除率。

1.2.3 鹽基度調(diào)整劑的選擇

為了考察不同的鹽基度調(diào)整劑對(duì)混凝劑的影響，采用碳酸鎂、碳酸鈣、氫氧化鈣、碳酸鈉4種鹽基度調(diào)整劑，在80 ℃、pH=4、聚合時(shí)間為24 h、投加量為60 g·L-1的最佳聚合條件下制備混凝劑。測(cè)定混凝劑的鹽基度，進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，并與市售PAC進(jìn)行對(duì)比。

混凝實(shí)驗(yàn)用水采用高嶺土配水(濁度為183.15 ntu)和校園大明湖水(濁度為48.45 ntu)二種。

1.3 分析測(cè)定

聚合氯化鋁的鹽基度即其中OH-和Al3+的摩爾比的1/3。對(duì)于一般水體，混凝效果與鹽基度成正比[5]。鹽基度的分析原理是在試樣中加入定量的鹽酸溶液，以氟化鉀掩蔽鋁離子，以氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。

氧化鋁測(cè)定采用EDTA絡(luò)合鋁及其它金屬離子，然后用氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液反滴定。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳聚合條件

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

從表2可以看出，對(duì)赤泥制備混凝劑的鹽基度影響最大的因素是碳酸鎂投加量,其次是聚合時(shí)間、pH值，最佳聚合條件為A2B3C3，即pH值為4、聚合時(shí)間為24 h、碳酸鎂投加量為60 g·L-1。

2.2 混凝劑混凝效果(表3)

表3 混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，市售PAC的濁度去除率最高，為95.33%，其鹽基度為38.32%；8#混凝劑其次，為94.94%，其鹽基度為32.06%。混凝效果與鹽基度有一定的相關(guān)性，隨著鹽基度的增大，混凝效果相應(yīng)提高。

2.3 不同鹽基度調(diào)整劑制備的混凝劑的鹽基度和混凝效果(表4)

表4 不同鹽基度調(diào)整劑制備的混凝劑的鹽基度及混凝效果

從表4可以看出，4種類型鹽基度調(diào)整劑制備的混凝劑的鹽基度均在32%以上，14#(碳酸鈉為調(diào)整劑)的鹽基度最高，為36.96%，混凝效果也最好，與市售混凝劑PAC效果相當(dāng)。由于碳酸鈉的市場(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)低于碳酸鎂，因此，以碳酸鈉作為鹽基度調(diào)整劑是最佳選擇。

3 結(jié)論

根據(jù)鹽基度測(cè)定以及混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)以赤泥為原料制備水處理混凝劑進(jìn)行了研究。以碳酸鎂為鹽基度調(diào)整劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定混凝劑的最佳聚合條件如下：80 ℃下，pH=4,聚合時(shí)間為24 h,鹽基度調(diào)整劑的投加量為60 g·L-1。對(duì)4種鹽基度調(diào)整劑(碳酸鎂、碳酸鈣、氫氧化鈣、碳酸鈉)制備的混凝劑進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以碳酸鈉為調(diào)整劑所制備的混凝劑鹽基度最高，為36.96%，其混凝效果也最好，與市售混凝劑PAC效果相當(dāng)。

[1] 劉嫦娥,李楠,姜怡嬌,等.鋁工業(yè)廢渣——赤泥的綜合利用[J].云南環(huán)境科學(xué),2006,25(3)：39-41．

[2] 王立堂.赤泥利用的有效途徑[J].世界有色金屬，1998，42(8)：46-48.

[3] 姚珺.赤泥處理含磷廢水的研究[J].化學(xué)與生物工程，2008，25(11)：61-63．

[4] 姚珺.用工業(yè)廢渣赤泥制備混凝劑的研究[J].化學(xué)與生物工程,2009，26(11):68-70.

[5] 董申偉,李明玉,陳偉紅,等.聚合氯化鋁的鹽基度與混凝性能關(guān)系研究[J].工業(yè)水處理，2007，27(2)：53-56.