茂名高嶺土漂白酸性廢水的循環回用試驗研究

代 滇，代雷孟，李 坤，王志國

(中非高嶺茂名新材料有限公司，廣東 茂名 525000)

1 前言

高嶺土是高檔涂布造紙必不可少的重要原料之一[1-2]，使用高嶺土可提高紙張的密度、白度和平滑度，改善印刷性能并降低造紙成本。茂名高嶺土資源近幾年被大規模開發利用，已然成為我國重要的造紙涂料高嶺土生產基地之一[3]。

造紙涂布用高嶺土必須滿足造紙對粒度、白度(85%以上)和粘度特性(68%以上)等方面的要求GB/T 14563-2020《高嶺土及其試驗方法》[4]。茂名砂質高嶺土礦屬沉積巖風化殘積亞型礦床，經過風化殘積—搬運自磨—再風化三個階段，其風化完全、粒度細、高嶺石晶形為片狀[5-6]，其自然白度在65～75，需要對高嶺土采用化學漂白處理。目前茂名高嶺土普遍生產工藝為：制漿→分級→漂白→脫水→烘干→產品。化學漂白過程中需加入硫酸、保險粉(連二亞硫酸鈉)等化學藥劑[7]。化學增白的化學反應如下：Fe2O3+Na2S2O4→FeSO4+Na2SO4。漂白后的礦漿因殘留大量酸根離子，pH值通常為2～3。高嶺土經化學漂白后產生的廢水主要污染因子為酸根離子、Fe2+、SS和色度[8]。在實踐中采取中和—沉淀處理法對漂白酸性廢水進行處理(圖1)，處理后外排水的pH值、氨氮、COD、SS均滿足DB44/2155-2019《小東江流域水污染物排放標準》和廣東省DB44/26-2001《水污染物排放限值》。但所產生的外排水與自來水相比，各項指標仍然存在一定差距，在回用于高嶺土生產工藝過程中，產品質量會受到一定影響。

圖1 中和—沉淀法處理漂白酸性廢水流程示意圖

生產廢水經管網進入回收池中沉淀，沉淀后的高嶺土經壓濾重新回到生產線。廢水及壓濾液泵入隔油池中，經重力作用流入調節池中，再經水泵提升至中和池中進行中和反應，隨后流入曝氣池中進行曝氣后將水中Fe2+氧化成Fe3+，與此同時曝氣后使水質更加均勻，最后進入混凝反應區經絮凝反應后生成礬花，進入斜板沉淀池中沉淀分離，斜板上方的清水即為“外排水”，通常經出水堰流入清水池中經檢測合格排放。

目前，國內大部分企業采用對高嶺土漂白酸性廢水處理后外排的方式，但是外排水含鹽量高，對排水口周邊生態及灌溉田地會造成較大潛在威脅[9-10]，減少外排水排放迫在眉睫。同時，露天采礦的地下水和降水會形成蓄水坑，集聚大量“礦坑水”，循環使用外排水和礦坑水可減少自來水用量并改善生態環境。然而，外排水中所含電解質[11-12](即含鹽量)會大大降低高嶺土產品的粘濃度，導致產品不達標。因此，本文探究了外排水和礦坑水的含鹽量對高嶺土粘濃度指標的影響，提出了混合水循環回用的可行性及其環保價值。

2 試驗部分

2.1 儀器和藥品

試驗儀器：攪拌機、pH計、電導率儀、粘度計(NDJ-5S)，白度測定儀。藥劑：濃硫酸、保險粉。試驗用水：自來水、外排水、礦坑水。

2.2 水質質量

礦坑水為茂名山閣高嶺土露天采礦留下的地下水和降水的綜合水，自來水為茂名市市政管道所供給的自來水，外排水為漂白酸性廢水處理后的達標排放水(表1)。

表1 不同水質檢測結果 (單位：mg/L)

2.3 試驗方法

(1)分別使用外排水、礦坑水、自來水對高嶺土用攪拌機進行化漿，化漿濃度為15%，再經過濾、烘干，最后檢測其粘濃度。

(2)外排水和礦坑水按不同比例進行混合，得到不同比例的混合水。這些不同比例的混合水經過高嶺土化漿(化漿濃度為15%)、漂白(其中保險粉用量為12‰，加入適當的硫酸)工藝，分別檢測漂白前后高嶺土樣品的粘濃度及白度。

2.4 測試方法

全鹽量：參考HJ/T 51-1999《水質全鹽量的測定重量法》。

粘濃度：①試樣流動固含量的測定；②最佳分數添加的確定；③粘濃度的測定，按下式進行計算：

式中：S——粘濃度值，%；

S1——測定 1時的固含量(測定值)，%；

S2——測定 2時的固含量(測定值)，%

η1——固含量為S1時測定的粘度值，mPa·s；

η2——固含量為S2時測定的粘度值，mPa·s。

白度：GB/T 14563-2020《高嶺土及其試驗方法》

3 結果與討論

3.1 不同水質對化漿后產品的影響

采用自來水、礦坑水、外排水等不同水質作為介質進行化漿后高嶺土指標見表2。

表2 水質分析及粘濃度值

不同種類的水化漿后的高嶺土粘濃度大小依次為：自來水(69.91%)＞礦坑水(69.50%)＞外排水(69.05%)，對應的水的電導率由70.6μs/cm增大至4 850μs/cm，全鹽量由34.27mg/L變化至3204mg/L。與自來水化漿對高嶺土粘度的影響相比，外排水和礦坑水所產生的粘度變化差值分別為42.6mPa·s和14.0mPa·s，造成3倍的差值變化。原因可能是水中的電解質會吸附于高嶺土表面，壓縮礦物表面雙電層，破環平衡離子層，降低高嶺土產品的粘濃度即增大粘度。降低粘濃度不利于高嶺土應用于造紙涂布。

在高嶺土化漿過程中，使用自來水、礦坑水、外排水化漿所得到的高嶺土粘濃度均＞68.0%，可考慮循環回用于高嶺土生產工藝。但是，單獨使用外排水化漿與使用自來水化漿相比，對高嶺土的產品粘濃度指標會造成一定的差異，粘濃度差值為0.86%。而礦坑水化漿后的粘濃度指標在二者之間，于是考慮將外排水與礦坑水以一定比例混合，探究其對化漿漂白過程的影響。

3.2 混合水化漿對漂白前后高嶺土粘濃度的影響

如圖2所示，混合水由外排水即礦坑水按比例70∶30變化至0∶100進行混合，測定混合水的電導率、混合水化漿/漂白前后高嶺土的粘濃度值和白度(表3)。隨著混合比例外排水：礦坑水由70∶30變化至0∶100，漂白前后粘濃度由69.03%、68.48%變化至69.53%、68.81%。在此過程中，高嶺土產品粘濃度呈上升趨勢并逐漸達到平衡，外排水：礦坑水比例為40∶60是高嶺土產品粘濃度由上升到平衡的一個轉折點。此轉折點對應的混合水的電導率為2 221μs/cm，漂白前后高嶺土粘濃度分別為69.51%和68.79%，且漂白后產品白度為86.3，粘濃度和白度滿足造紙對高嶺土產品的要求。

圖2 混合水化漿后高嶺土的漂白前后粘濃度變化

表3 混合水化漿對產品漂白前后粘濃度的影響

40∶60為外排水與礦坑水混合的最佳比例。混合水比例40∶60與100%礦坑水化漿漂白后產品粘濃度相比差0.02%，電導率差值為1 553μs/cm，可以推測混合水的電導率在668～2 221μs/cm范圍內變化，對高嶺土產品粘濃度不會產生較大影響。此時，對產品指標影響在可控范圍內，且所需的外排水占比最大，能夠達到最大的循環回用經濟價值和環保價值。

60∶40和20∶80比例的混合水與40∶60比例的混合水電導率差值分別為919μs/cm和901μs/cm，差值區別不大。但是漂白前后的粘濃度存在顯著變化，40∶60與60∶40的混合水相比，粘濃度分別上升了0.28%和0.15%；相較于20∶80的混合水漂白前后粘濃度卻無明顯變化。可以推測在一定范圍內，外排水占比的逐漸減少對漂白前后高嶺土粘濃度值不會造成明顯影響。

4 結論

(1)40∶60為外排水與混合水的最佳混合比例，此時高嶺土產品漂白前后粘濃度為69.51%和68.79%，白度為86.3，滿足造紙涂布用高嶺土產品粘濃度的要求。

(2)推測混合水的電導率在668～2 221μs/cm范圍內變化，對高嶺土產品粘濃度不會產生較大影響，高嶺土成品的質量指標不會產生較大波動。

(3)混合水的有效回用，既可解決企業在生產過程大量購水問題，也能解決外排水的排放對排水口周圍生態環境造成影響的問題，對于促進企業發展循環經濟具有重要作用，具有極高的經濟環保價值。