鋁灰和電鍍酸洗液制備聚合氯化鋁鐵

韓文愛， 陳亞鵬， 張雪梅， 張 濱

（1.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，河北 石家莊 050081；2.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，河北 石家莊 050026）

鋁灰是廢鋁再生過程中產(chǎn)生的固體廢物.據(jù)測算，每再生1t鋁制成品，就會副產(chǎn)200kg左右的鋁渣、鋁灰.目前，再生鋁的行業(yè)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到千萬噸級，隨之廢棄的二次鋁灰蓄積量很大，成為難以處理的固體廢棄物.經(jīng)取樣分析，其中約含35%～40%左右的氧化鋁［1－2］.電鍍酸洗廢液中含有大量的鹽酸和亞鐵離子及鐵，腐蝕性很強(qiáng)，已被世界各國作為危險(xiǎn)廢物進(jìn)行管理.隨著鋼鐵工業(yè)以及表面處理行業(yè)的發(fā)展，全國每年酸洗廢液的產(chǎn)生量已經(jīng)超過百萬立方米，其污染危害明顯.對此，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究和探索，提出了直接焙燒、回收鐵鹽、制備鐵磁流體和制備無機(jī)混凝劑等多種綜合利用方法及技術(shù)［3］，然而鑒于成本等諸多因素，這些方法及技術(shù)并未完全普及.

聚合氯化鋁鐵（PAFC）是一種成功用于飲用水、工業(yè)用水及多種工業(yè)廢水處理的新型高效無機(jī)陽離子復(fù)合絮凝劑.本文以傳統(tǒng)處理方法難以實(shí)現(xiàn)無害化處理的酸洗廢液和廢棄鋁灰為原料，制備無機(jī)高分子混凝劑PAFC，既能為酸洗廢液和鋁灰提供一條可行的處理途徑，又能達(dá)到以廢治廢的目的，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益［4－5］.

1 試驗(yàn)研究

1.1 主要原料

鋁灰（取自藁城某化工廠）、電鍍廢酸（河北深州某電鍍廠）、30%氫氧化鈉液堿（工業(yè)級）、二氧化碳（工業(yè)級）、30%濃鹽酸（石家莊東華化工廠）、氫氧化鈣粉（鹿泉某廠）、氧氣、催化劑（復(fù)配）、純凈水.

1.2 主要儀器設(shè)備

自制不銹鋼反應(yīng)裝置、比重計(jì)（余姚芝林玻璃儀表廠）、電子天平（上海恒平科學(xué)儀器有限公司）、自制玻璃反應(yīng)裝置、攪拌器、小型不銹鋼離心機(jī)、酸度計(jì)等.

2 試驗(yàn)方法

2.1 氯化鋁溶液的制備

首先對藁城某化工廠提供的鋁灰進(jìn)行預(yù)處理，水洗除去水溶性鹽類及其他可溶解性雜質(zhì)，曬干后稱重；然后定量稱取鋁灰，與20%的鹽酸溶液逐步混合，分批分次加進(jìn)反應(yīng)容器，投料比（鋁灰∶鹽酸）為3∶15，反應(yīng)溫度控制在60℃左右，鹽酸滴加時(shí)間為2h，攪拌速度為80r／min，反應(yīng)時(shí)間控制在4h左右.

由于前期反應(yīng)劇烈，發(fā)熱量大，水分蒸發(fā)損失較大，因此需要酌情補(bǔ)水并控制反應(yīng)溫度.將反應(yīng)液沉淀濾去不溶物后得到液體氯化鋁，其中含氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～13%，放置備用.

2.2 氯化鐵溶液的制備

取適量鹽酸酸洗廢液，測定二價(jià)鐵離子濃度及游離鹽酸濃度，補(bǔ)加鹽酸使得氫離子與亞鐵離子濃度比為1∶1，放置于三口燒瓶中并置于水浴鍋內(nèi)，在攪拌和一定溫度條件下分批定量投加經(jīng)過復(fù)合配制的催化劑溶液，通氧氣氧化，將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子.氧化結(jié)束（以10%鐵氰化鉀溶液進(jìn)行檢驗(yàn)，顏色由藍(lán)色變?yōu)榫G色或淡黃色即為氧化終點(diǎn)）后，減壓濃縮至比重為1.4左右，此時(shí)氯化鐵溶液的濃度約40%.

2.3 聚合氯化鋁鐵的制備

按一定的質(zhì)量／體積比把氯化鐵溶液和氯化鋁溶液加入到三口燒瓶中，以一定的速度用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌.在攪拌中，將一定量的氫氧化鈉溶液以一定的速度加入到三口燒瓶中，在40℃～60℃下攪拌反應(yīng)一定時(shí)間，調(diào)節(jié)pH值在2.5左右，使物料中的鋁最大限度地與鐵進(jìn)行復(fù)合水解聚合.然后按一定比例（穩(wěn)定劑與鐵和鋁的摩爾比）在濾液中加入適量的穩(wěn)定劑，攪拌、反應(yīng)、陳化24h，即得深褐色的液體PAFC混凝劑，將該絮凝劑于100℃烘干保存，可得固體聚合氯化鋁鐵.PAFC的制備工藝流程如圖1所示.

圖1 PAFC的制備工藝流程

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

（1）鋁灰不能室外露天堆放，也不要受潮，最好放在通風(fēng)干燥處保管，隨用隨拉.反應(yīng)時(shí)注意使鹽酸和鋁灰的總投入量的計(jì)算總體積不超過總?cè)莘e的一半.

（2）氯化鋁溶液制備反應(yīng)時(shí)間控制在4h左右，通過添加洗滌水，調(diào)節(jié)溶液比重在1.25～1.30，并調(diào)節(jié)pH為2.5左右.自然降溫，放置24h，上層清液即為液體氯化鋁.通過調(diào)整鋁灰用量，可以控制氯化鋁溶液中氧化鋁的含量.

（3）從工業(yè)生產(chǎn)角度分析，氧氣催化氧化工藝生產(chǎn)氯化鐵較氯氣氧化法安全、無毒、價(jià)廉.氧氣來源充分，較氯酸鹽、雙氧水氧化法成本低.氧化時(shí)只要配料比準(zhǔn)確，氯化鐵溶液基本不含游離酸，通過濃縮，其含量可以控制在30%～60%，進(jìn)而滿足各行業(yè)不同的需要.

（4）氯化鐵溶液和氯化鋁溶液的量按照制備PAFC絮凝劑系列的要求加入不同比例.用于調(diào)節(jié)堿化度的氫氧化鈉溶液的量根據(jù)所配制溶液的要求計(jì)算得出.添加氫氧化鈉溶液時(shí)要注意滴加速度均勻，過快地加入，生成氫氧化鐵沉淀；過慢地加入，會使反應(yīng)不完全，影響制備效果.

［1］張雪梅，韓文愛.鋁灰的綜合利用技術(shù)研究 ［J］.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，25（6）：22－24.

［2］陳亞鵬，韓文愛.鋁灰提取氫氧化鋁的工藝設(shè)計(jì) ［J］.河北省科學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（1）：63－65.

［3］高和氣，湯峰，許長麗，等.聚合鋁鐵在處理巢湖水中的應(yīng)用［J］.中國給水排水，2003，19（7）：93－94.

［4］邱慈琴，藍(lán)偉，張潔，等.利用鹽酸酸洗廢液制備聚合氯化鋁鐵混凝劑的研究 ［J］.中國給水排水，2009，25（1）：64－67.

［5］石健，畢大冬，張躍.不同pH值條件下天然高分子絮凝劑處理廢水的效果研究［J］.南通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，6（4）：43－46.