酸性廢液循環(huán)使用對(duì)活性白土質(zhì)量的影響

熊 慕 慕

(信陽師范學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)信息與計(jì)算中心，河南 信陽 464000)

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酸性廢液循環(huán)使用對(duì)活性白土質(zhì)量的影響

熊 慕 慕

(信陽師范學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)信息與計(jì)算中心，河南 信陽 464000)

摘要：活性白土是以膨潤土與硫酸經(jīng)高溫反應(yīng)而制得。對(duì)活性白土生產(chǎn)過程中使用的反應(yīng)液(即酸性廢液)的主要成份進(jìn)行了分析，初步討論了酸性廢液循環(huán)活化對(duì)活性白土的活性度、脫色力等主要質(zhì)量指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，酸性廢液循環(huán)使用，既節(jié)約了資源，亦降低了成本，收到了較好的效果。但是，酸性廢液循環(huán)使用不能超過三次，否則將嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：酸性廢液；活性白土；質(zhì)量；影響

活性白土是以膨潤土為原料，硫酸為活化劑制備得到的一種礦物材料，常用于石油的精煉，動(dòng)、植物油的脫色、吸附、除臭，絕緣油的凈化，也是化妝品、醫(yī)藥、涂料的原料。生產(chǎn)方法有濕法、干法和半干法。濕法是生產(chǎn)高效活性白土的主要方法。膨潤土是一種主要由蒙脫石礦物組成的鋁硅酸鹽，在與硫酸的反應(yīng)過程中，僅有20%的硫酸被消耗，余下80%的硫酸存留于反應(yīng)液中[1]。因其含酸量大，需經(jīng)反復(fù)水洗才能使酸含量小于0.2%，以達(dá)到HG/T2569—94產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求。所以活性白土濕法生產(chǎn)中要耗費(fèi)大量的水，一般情況下，生產(chǎn)1噸活性白土產(chǎn)生的廢水量約35噸[2]。該酸性廢液中主要含有膨潤土酸化反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸鋁及未反應(yīng)的硫酸等，若直接排放，不僅浪費(fèi)了水資源、大量原料和礦物資源，而且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，甚至反轉(zhuǎn)過來限制企業(yè)本身的發(fā)展。

近年來，針對(duì)活性白土生產(chǎn)酸性廢液的治理及回收利用已提出了一些方法，如石灰中和法、電石渣中和法、酸性廢液循環(huán)活化法等。石灰中和法、電石渣中和法較好地解決了活性白土生產(chǎn)酸性廢液的治理問題，酸性廢液循環(huán)活化法較好地解決了活性白土生產(chǎn)酸性廢液資源的回收利用問題。但是，酸性廢液不能無限制的循環(huán)利用。本文就酸性廢液循環(huán)活化的次數(shù)對(duì)活性白土質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析，為酸性廢液的再次利用、節(jié)約資源提供一些理論依據(jù)。

1酸性廢液中的主要成份

膨潤土主要化學(xué)成分為硅鋁化合物。當(dāng)硫酸(濃度為15%—20%)與膨潤土在一定溫度下進(jìn)行活化反應(yīng)時(shí)，硫酸主要消耗在與三氧化二鋁反應(yīng)中，不僅蒙脫石層間Al3+和Fe3+被溶出，一部分晶格上的Al3+也被溶出，所以鋁被溶出的最多，其次是鐵，使膨潤土中的正離子和硫酸的負(fù)離子結(jié)合為硫酸鋁和硫酸鐵。其他成分如鈣、鎂、鉀、鈉、鈦等也被溶出。因此，在反應(yīng)酸性廢液中，不僅含有大量的硫酸，還有Fe3+，F(xiàn)e2+，Ca2+，Mg2+，Al3+，K+，Na+等離子。膨潤土酸活化后經(jīng)固液分離得到的酸性廢液中，硫酸的濃度為(1.35~3.15)mol/L，含量約為5%~10%；三氧化二鋁的含量17.65~48.22 g/L，相當(dāng)于硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O為(115.4~315.2) g/L；三氧化二鐵的含量0.38%~0.70%[3]。

2酸性廢液中硫酸循環(huán)再利用

為充分利用活化后未反應(yīng)的硫酸，將酸性廢液回收循環(huán)使用，就是先將從反應(yīng)釜中排出的泥漿懸浮液，經(jīng)離心或壓濾分離的反應(yīng)液，測試硫酸濃度后，按活化配比，替代部分濃硫酸進(jìn)行膨潤土活化反應(yīng)。對(duì)此，我們作了比較試驗(yàn)，結(jié)果如下。

表1　酸性廢液循環(huán)使用前后活性白土的理化指標(biāo)

以上結(jié)果表明(循環(huán)活化小于或等于三次)，用濃硫酸與用回收酸性廢液補(bǔ)加部分濃硫酸對(duì)原料進(jìn)行活化，只要反應(yīng)體系中保持相同的硫酸濃度，所制備的活性白土，無論是化學(xué)性質(zhì)(如三氧化二鋁含量與活性度)，還是物理性質(zhì)(如堆密度和比表面積等)均能滿足質(zhì)量要求，無明顯差異，而脫色力隨著循環(huán)次數(shù)的增加，呈下降趨勢，但幅度不大?？傮w來看，用酸性廢液活化膨潤土制備的活性白土比用清水配制的硫酸液效果還好一些。這是因?yàn)樗峄罨驖櫷習(xí)r，硫酸中的氫離子與膨潤土層間及晶體結(jié)構(gòu)中的金屬離子進(jìn)行交換，使之成為以氫離子為主要的可交換陽離子的膨潤土。反應(yīng)方程式如下：

(Benton)2-Ca+H2SO4→2Benton-H+CaSO4↓

(1)

(Benton)2-Mg+H2SO4→2Benton-H+MgSO4

(2)

2(Benton)3-Fe+3H2SO4→6Benton-H+

Fe2(SO4)3

(3)

2(Benton)3-Al+3H2SO4→6Benton-H+

Al2(SO4)3

(4)

膨潤土活化過程中，這四個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，要生產(chǎn)高活性度和高脫色力的活性白土必須控制反應(yīng)(1)進(jìn)行完全，而其他反應(yīng)又不能過度。采用酸性廢液循環(huán)活化法能滿足這個(gè)要求，因酸性廢液中的大量金屬離子對(duì)反應(yīng)(2)、(3)及(4)有一定的抑制作用，減少了鋁鐵的溶出，保持其晶體結(jié)構(gòu)，從而使活性白土的質(zhì)量進(jìn)一步提高。

3循環(huán)次數(shù)對(duì)活性白土質(zhì)量的影響

3.1　活性度

由表1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)酸性廢液循環(huán)使用大于三次時(shí)，活性白土的活性度下降顯著。這是因?yàn)樗嵝詮U液中除了有過量的硫酸外，還有蒙脫石與硫酸發(fā)生離子交換反應(yīng)置換出的Fe3+，Ca2+，Mg2+，Al3+等離子，每次循環(huán)活化，返回的酸性廢液中的成份只有游離硫酸部分被消耗，其余如硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸鎂等活化膨潤土?xí)r溶出的成份不被消耗，循環(huán)返回累計(jì)到一定程度后，酸性廢液的密度加大，當(dāng)大于1.2時(shí)，硫酸鋁的含量很高，會(huì)使活化反應(yīng)受到抑制。同時(shí)，Si4+和Al3+在反應(yīng)液中呈膠體狀，致使離子交換速度降低，溶液中的分子或離子的運(yùn)動(dòng)速度減慢，于是減少了單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生離子交換反應(yīng)的分子或離子間的有效碰撞次數(shù)，氫離子和金屬離子達(dá)到交換平衡所用時(shí)間延長，使該反應(yīng)不能進(jìn)行到底，從而導(dǎo)致活性度降低。

3.2　脫色力

從對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，活性白土的脫色力隨酸性廢液循環(huán)活化次數(shù)的增加而緩慢下降，當(dāng)循環(huán)次數(shù)大于三次后下降尤其顯著。這是因?yàn)椋环矫?，在回收的酸性廢液中含有一定濃度的Fe3+，Ca2+，Mg2+，Al3+等離子，再用含這些離子的酸性廢液活化膨潤土，部分破壞了膨潤土活化反應(yīng)的平衡，[Benton]-M+nH+→[Benton]-Hn+Mn+，使活化反應(yīng)不完全。另一方面，在回收的酸性廢液中含有一定濃度的鐵離子，它是在生產(chǎn)活性白土過程中影響活性白土質(zhì)量的主要雜質(zhì)離子，隨著循環(huán)利用次數(shù)的增多，酸性廢液中鐵離子的含量不斷增大，使得生產(chǎn)的活性白土的白度下降，進(jìn)而使脫色力下降。當(dāng)酸性廢液中鐵雜質(zhì)的含量達(dá)到1.07%以上時(shí)[4]，就不再適合回收利用生產(chǎn)高活性、高脫色力的活性白土。

4結(jié)語

綜上所述，采用酸性廢液循環(huán)活化法，收到了較好的效果。這是由于酸性廢液中硫酸鹽的存在對(duì)蒙脫石八面體的溶解起抑制作用，使膨潤土的結(jié)構(gòu)不易被破壞，從而提高了活性白土的質(zhì)量，既減少了新鮮硫酸的使用，亦減少了廢酸的排放，硫酸的利用率大幅度提高，同時(shí)還節(jié)約了水資源。據(jù)報(bào)道，硫酸的利用率達(dá)到91%以上，水的減少量為不循環(huán)法的25%[4]，降低了成本，避免了酸污染。但是，酸性廢液循環(huán)使用不能超過三次，否則將嚴(yán)重影響活性白土質(zhì)量。

參考文獻(xiàn):

[1] 周慶紅. 活性白土廢水資源化利用[J].江西化工，2011(1):78-80.

[2] 黃伶俐，于少明，邱勇,等.活性白土生產(chǎn)廢水處理及有用成分回收利用新技術(shù)[J]. 廣東化工，2011(10)：61-62.

[3] 陳濟(jì)美，魯義軍.活性白土酸性廢液的綜合利用研究[J].中國非金屬礦業(yè)導(dǎo)刊，2008(1):44-46.

[4] 吳杰.膨潤土制備活性白土及廢液后處理研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2008.

Influence of Acidic Waste Recycling on the Quality of the Activated Clay

XIONG Mu-mu

(Network Information and Computing Center，Xinyang Normal University, Xinyang 464000，China)

Abstract:The activated clay with bentonite was prepared by high temperature reaction with sulfuric acid. This paper analyzes the main ingredients in the reaction liquid (the acid waste liquid) used by active white production process, and makes a preliminary discussion on the influence of the main quality indexes such as decoloring force, which is produced by the acid waste liquid circulation activation. The results show that the acid waste liquid recycling has received the good effects, such as saving the resources, reducing the cost. However, the number of time of using acid waste liquid circulation is no more than three; otherwise it will seriously affect the quality of the product.

Key words:acid waste liquid, activated clay, quality, impact

中圖分類號(hào)：O231.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-4260(2015)01-0080-02

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2015.01.022

作者簡介：熊慕慕，女，河南信陽市人，信陽師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息與計(jì)算中心高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事非金屬分析及研究。

收稿日期：2014-10-16