褐煤粉煤灰制無機高分子絮凝劑可行性研究

袁麗偉 李鵬飛(錫林郭勒職業學院，內蒙古 錫林浩特 026000)

褐煤粉煤灰制無機高分子絮凝劑可行性研究

袁麗偉 李鵬飛(錫林郭勒職業學院，內蒙古 錫林浩特 026000)

內蒙古錫林郭勒盟地區具有全世界最大的褐煤儲備量，未來將在此地區建立大型煤電一體化企業、大量的粉煤灰將被生產處理。褐煤粉煤灰的綜合利用也將成為困擾該地區經濟發展的難題。經過分析發現褐煤粉煤灰中含有大量的硅、鋁、鐵元素，可以用來合成無機高分子絮凝劑，是粉煤灰的一種有效利用途徑。

褐煤粉煤灰；絮凝劑；無機高分子；合成

褐煤，是煤化程度較低的煤，具有高水分、中低熱量、易揮發、低密度等特點。褐煤的主要利用方向有動力用煤、貴金屬的提取、及煤化工等方向。褐煤作為動力用煤較大的用量為循環流化床鍋爐中以煤粉的形式燃燒，生成的粉煤灰呈灰色、較干、細灰。大約每三頓褐煤能夠得到一噸粉煤灰。

1 褐煤粉煤灰的理化形式

1.1 褐煤粉煤灰的礦相組成

褐煤粉煤灰與其他粉煤灰一樣，其形成后的主要的礦相組成與鍋爐溫度有關，若循環流化床鍋爐燃燒煤粉，則生成的定形相以石英、莫來石、剛玉為主。而無定形相則以玻璃體為主。取錫盟地區的褐煤粉煤灰進行礦相分析，發現其中約含有莫來石、剛玉、石英組分為31～54%，更多的礦相組成以玻璃體為主。

1.2 褐煤粉煤灰的化學組成

取錫盟三電總排灰，進行化學滴定分析，發現褐煤粉煤灰中含硅量高，可以達到50%以上，含鐵量高于一般粉煤灰，但含鋁量較其他粉煤灰屬于中等水平，但也可以達到20%以上，屬于中鋁灰，具體結果如下：

組成含量（%）SiO251．45 Al2O322．30 Fe2O34．47 CaO 6．63 SO30．75

除此之外，經過分析發現褐煤粉煤灰中還含有其他的貴金屬如鍺、且含有較高含量的的磷、鉀等元素。

2 無機高分子絮凝劑

絮凝劑是工業中污水處理的主要輔助物，絮凝劑根據組成可以分為無機、有機兩種類型。其中無機高分子絮凝劑主要為含硅酸、鋁及鐵的高分子物質，加入水后，水解出多羥基絡合離子，鋁、鐵等加入到水中后會中和了膠體微粒及懸浮物表面的負電荷，起到降低ξ電位的作用，利用聚合硅酸及鋁、鐵等形成的架橋、粘附和交聯作用使膠體碰撞形成絮狀沉淀。其性能雖與有機絮凝劑有一定的差距，但因其價格低廉，且無生物毒性等特點被廣泛使用。

3 褐煤粉煤灰制無機高分子絮凝劑可行性研究

褐煤粉煤灰中含有的硅、鋁、鐵恰恰是合成無機高分子絮凝劑的主要元素，只要將硅、鋁、鐵提取出來，采用合適的方法則有可能合成無機高分子絮凝劑[1]。

3.1 鋁、鐵、硅的提取

循環流化床鍋爐生成的褐煤粉煤灰中鋁及硅主要以莫來石的形式結合在一起，莫來石化學式為3Al2O3·2SiO2，是一種非常穩定的硅鋁酸鹽，莫來石中的硅、鋁結構以穩定的化學鍵結合，即使面對酸堿時仍能維持穩定狀態，所以想要提取硅、鋁必須想辦法打開硅、鋁鍵。有文獻表明，物理及化學方法均可以打開硅鋁鍵：物理方法如研磨等可以幫助打開硅鋁鍵，灰磨細后顆粒表面比自然灰表面更粗糙、如果對磨細灰進行核磁共振，會發現此時粉煤灰中主要起粘結作用的AlO6被打碎成為對稱的小分子結構，分散為更小的結構使其具有更大的活性。而化學方法采用堿金屬、堿土金屬鹽均能夠打開硅鋁鍵，如NaF、Na2CO3、CaSO4，這些物質能夠與粉煤灰中的莫來石發生反應，進而打開硅鋁鍵等。打開硅鋁鍵后，可以采用酸如鹽酸、硫酸等進行酸浸提取其中的鋁、鐵。提取后的鋁、鐵以離子形式溶解在酸浸提取液中。提取后硅成為原硅酸，部分硅已經聚合成為聚合硅酸，透明膠體，若長期放置則形成凝膠狀，失去聚合能力。

3.2 無機高分子絮凝劑的制備種類

鋁、鐵酸浸提取后，根據其合成路線的不同，可以直接使用提取出的硅酸、鋁，合成聚合硅酸鋁鐵、聚合氯化鋁鐵[2]、聚合硫酸鋁鐵、聚合硅酸鋁等。其中聚合硅酸鋁鐵由于聚合硅酸、鋁的存在故其絮凝效果最好，且有鐵的存在，使得生成的膠體厚重，沉降速度快，是較為優異的無機高分子絮凝產品[3]。

3.3 鐵的加入

前已述及，粉煤灰中的鐵含量較低，不能夠滿足合成含有鐵的絮凝劑，故可以加入外加鐵補充劑，彌補鐵含量的不足。考慮到錫盟地區褐煤提取鍺的副產物中含有大量的氧化鐵，可以采取提鍺爐渣補充鐵。廢鐵的價格較低，故加入鐵不會造成過高的成本增加，鐵的存在能夠使絮體厚重，且鐵離子為三價，在降低電位方面有較大優勢，加入后對絮凝劑的性能有較大的提升，實驗表明，鐵加入量比例越高，濁度去除率逐漸向升高的趨勢發展，但加入量不能過高，由于鐵離子是有顏色的離子，加入量過高反而會造成濁度去除率下降、絮后離子殘留等現象。

4 成果的檢驗

將在實驗室合成的聚合硅酸鋁鐵，取當地工業廢水檢驗其絮凝效果，以濁度的去除作為檢驗標準，與市售其它高分子絮凝劑如PAC、PAFC、PAM等進行對比。當投加量為750g/t水時發現其絮凝效果好于市售無機高分子絮凝劑，效果接近有機高分子絮凝劑。以上述投加量沉降20min可以達到89%以上的濁度去除率。

5 結語

褐煤粉煤灰中含有的硅、鋁、鐵等適合作為無機高分子絮凝劑的合成原料，有文獻表明已經在實驗室中實現了合成聚合硅酸鋁鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鋁鐵等無機高分子絮凝劑。合成的絮凝劑可以應用到當地污水處理，也可以產品化，以廢制廢，是褐煤粉煤灰利用的一個較好途徑。

[1]李曉湘.利用粉煤灰研制高效無機絮凝劑聚硅酸鋁鐵[J].環境工程,2002,20(1):51-52,59.

[2]唐銀.用粉煤灰制備聚硅酸氯化鋁鐵絮凝劑的研究[D].齊齊哈爾:齊齊哈爾大學,2012.

[3]顧玲,馬宇鋒.粉煤灰制備PASFC及其在處理中段廢水中的應用[J].中華紙業,2009,30(6):63-66.

錫林郭勒職業學院科研項目《褐煤粉煤灰制煤化工污水絮凝劑可行性研究》ZD2015-02資金支持。

袁麗偉（1984-），內蒙古錫林浩特人，碩士，研究方向三廢處理。