一种赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法与流程

1.本发明涉及一种赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，用于烟气脱硫协同制备絮凝剂，属于固废资源化环境保护领域。


背景技术：

2.絮凝剂是目前污水治理中应用最为广泛的一种药剂，絮凝过程是污水处理工艺中不可缺少的关键环节。絮凝剂按其化学成分可分为：无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。其中无机高分子絮凝剂以品种多样和性能多元化占主导地位。广泛使用的无机高分子絮凝剂是在传统的铝盐和铁盐絮凝剂的基础上发展起来的。目前我国无机高分子絮凝剂的生产和应用已取得突破性进展，其中运用最多的是聚合氯化铝和聚合硫酸铁絮凝剂。
3.用户可以依据废水性质不同合理选择絮凝剂。絮凝剂与废水处理设备相结合，使废水处理效果更加，有效解决了废水处理难题。絮凝剂在废水处理中的应用有效的提升了污水处理速率，使废水处理效果显著。絮凝剂的生产工艺主要有：水解法、水溶液聚合法和反相乳液聚合法。聚合硫酸铁絮凝剂处理废水的作用机理主要与协同作用有关，聚合硫酸铁絮凝剂溶于水中，通过溶解和吸水可发生强烈水解，并在水解同时发生各种聚合反应，生成具有较长线性结构的多核轻基聚合物，这些含铁铝的络合物能有效降低或消除溶液中胶体的毛电位，通过电中和，吸附架桥及絮体的卷扫作用使胶体凝聚，并形成聚合度很高的铁铝凝胶，从而形成沉淀去除。
4.赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的强碱性工业固体废物，属于大宗固废。目前，氧化铝产量的逐年增加以及铝土矿品味的逐年降低，必定导致赤泥的排放量增大。赤泥中含有大量的碱性物质，具有很强的碱性，赤泥还含有大量的al
3+
、fe
2+
、fe
3+
等有价金属。


技术实现要素：

5.本发明提供一种赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，通过将赤泥制成脱硫矿浆，用于脱硫，并用脱硫后产生固相再次酸浸，酸浸后固液分离，分离后赤泥废渣可以制备建筑材料或陶瓷材料，后将酸浸液和脱硫液相混合、调节ph值、水解聚合后，生产聚合硫酸铝铁絮凝剂；本发明方法不但解决目前赤泥碱性强，制备絮凝剂过程中酸的需求量大且成本高的问题，也具备使用药剂消耗小、成本低、滤渣无污染且能综合利用的特点，还具备以废治废、制备成本低、絮凝剂性能优异、流程简单、应用范围广等优点。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，将赤泥研磨后过100～200目筛，过筛赤泥与水混合制备赤泥浆液；将含有二氧化硫的烟气通入赤泥浆液中进行赤泥脱硫，去除烟气中的二氧化硫，对烟气进行脱硫，并得到脱硫浆液，固液分离得到脱硫固相和脱硫液相，脱硫固相用硫酸进行酸浸，将更多的al
3+
、fe
2+
、fe
3+
从赤泥中提取出来，再次固液分离，得到的酸浸液与脱硫液相进行混合，进一步提高al
3+
、fe
2+
、fe
3+
、so
32-和so
42-的浓度，
向其中加入naoh，调节ph＝2～3，在水浴温度为50～100℃下发生聚合反应，聚合反应30～50min，搅拌速度100rpm，待液体均匀时，在常温下静置24h，得到深棕色的液体产品，即聚合硫酸铝铁絮凝剂(pafs)。
8.所述赤泥为氧化铝生产过程中产生的废渣，是一种强碱性固体废弃物。
9.所述过筛赤泥与水混合的质量比为1:50～200。
10.所述烟气中含有二氧化硫，包括燃煤烟气、冶金烟气等。
11.所述赤泥脱硫的实验条件为温度50～60℃，气体总流400～600ml/min，so2浓度1000～1500ppm，转速1200～1500rpm。
12.所述脱硫矿浆固液分离时，脱硫效率降至85％。
13.所述脱硫固相用硫酸进行酸浸的条件为：硫酸浓度2～4mol/l，固液比1:7.5g/ml，温度100℃，反应时间1.5～2h，转速600～800rpm。
14.本发明方法处理过程中发生的化学反应为：
15.2al2o3+9so2→
2al2(so4)3+3s
16.cao+2so2+h2o
→
2caso3·
12h2o
17.2cao
·
sio2+so2→
2caso3+sio218.ca(oh)2+so2→
caso3+h2o
19.caso3+12o2→
caso420.na2o+so2→
na2so321.so2+h2o
→
h2so322.2fe2o3+4h2so3+o2→
4feso4+4h2o
23.fe2o3+3h2so4→
fe2(so4)3+3h2o
24.al2o3+3h2so4→
al2(so4)3+3h2o
25.4feso4+o2+2h2so4→
2fe2(so4)3+2h2o
26.fe2(so4)3+nh2o
→
fe2(oh)n(so4)
3-n/2
+n/2h2so427.mfe2(oh)n(so4)
3-n/2
→
[fe2(oh)n(so4)
3-n/2
]m[0028]
al2(so4)3+nh2o
→
al2(oh)n(so4)
3-n/2
+n/2h2so4[0029]
mal2(oh)n(so4)
3-n/2
→
[al2(oh)n(so4)
3-n/2
]m[0030]
本发明流程简单，不仅可以经济、高效地去除烟气中的二氧化硫，更可以将制成聚合硫酸铝铁产品，实现以废治废和资源化利用。
具体实施方式
[0031]
下面结合具体实施实例对本发明作进一步详细说明，但保护范围并不限于以下所述内容。
[0032]
本发明使用的赤泥是氧化铝生产过程中产生的废渣，是一种强碱性固体废弃物，实施例中使用的赤泥来自文山某铝厂。
[0033]
实施例1
[0034]
一种赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，实现烟气脱硫并制备铁铝复合絮凝剂，本实施例中使用的赤泥是拜耳法赤泥，拜耳法赤泥的质量百分比组成为：cao 21.86％、al2o317.84％、sio215.84％、na2o 8.68％、fe2o322.31％、tio29.57％，以及不可避
免的杂质，方法的具体步骤如下；
[0035]
(1)将赤泥固体研磨后过100目筛，将过筛后的赤泥与水按1:50的质量比混合均匀得赤泥浆液；
[0036]
(2)将含有二氧化硫的烟气(冶金烟气)通入赤泥浆液中进行赤泥脱硫，去除烟气中的二氧化硫，对烟气进行脱硫，脱硫装置进口烟气中so2浓度在1000ppm，赤泥浆液温度为60℃，气体总流量：400ml/min，转速：1500rpm，脱硫浆液与so2烟气接触脱硫，当脱硫效率降低至85％(出口二氧化硫与进口二氧化硫浓度的比值)时，排出脱硫浆液；
[0037]
(3)将排出的脱硫浆液通过固液分离，得到脱硫固相和脱硫液相，将分离产生的脱硫固相加入浓度为2mol/l的硫酸，调节固液比：1:7.5g/ml，在温度100℃下，转速：600rpm条件下反应2h进行酸浸；
[0038]
(4)将步骤(3)酸浸后的赤泥废渣与酸浸液进行固液分离，得到的赤泥废渣可以制备一些建筑材料或陶瓷材料，实现固废的资源化利用，将酸浸液与步骤(3)的脱硫液相进行混合，向其中加入naoh，调节ph值至2～3；
[0039]
(5)将调节好ph值的混合液在水浴温度为100℃下发生聚合反应，聚合反应30min，搅拌速度100rpm，待液体均匀时，在常温下静置24h，得到深棕色呈胶状的液体产品，即聚合硫酸铝铁絮凝剂(pafs)。
[0040]
本实施例产品保存20天内未出现凝胶；在200ml浑浊的溶液中加入10ml本实施例产品，20min可完全沉淀，得到澄清的上清液，说明本实施例产品具备优良的絮凝效果。
[0041]
实施例2
[0042]
一种赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，实现烟气脱硫并制备铁铝复合絮凝剂，本实施例中使用的赤泥是拜耳法赤泥，拜耳法赤泥的质量百分比组成为：cao 21.82％、al2o317.13％、sio215.21％、na2o 8.78％、fe2o322.40％、tio29.68％，以及不可避免的杂质，方法的具体步骤如下；
[0043]
(1)将赤泥固体研磨后过200目筛，将过筛后的赤泥与水按1:100的质量比混合均匀得赤泥浆液；
[0044]
(2)将含有二氧化硫的烟气(冶金烟气)通入赤泥浆液中进行赤泥脱硫，去除烟气中的二氧化硫，对烟气进行脱硫，脱硫装置进口烟气中so2浓度在1000ppm，赤泥浆液温度为50℃，气体总流量：500ml/min，转速：1000rpm，脱硫浆液与so2烟气接触脱硫，当脱硫效率降低至85％(出口二氧化硫与进口二氧化硫浓度的比值)时，排出脱硫浆液；
[0045]
(3)将排出的脱硫浆液通过固液分离，得到脱硫固相和脱硫液相，将分离产生的脱硫固相加入浓度为3mol/l的硫酸，调节固液比：1:7.5g/ml，在温度100℃下，转速：700rpm条件下反应1.5h进行酸浸；
[0046]
(4)将步骤(3)酸浸后的赤泥废渣与酸浸液进行固液分离，得到的赤泥废渣可以制备一些建筑材料或陶瓷材料，实现固废的资源化利用，将酸浸液与步骤(3)的脱硫液相进行混合，向其中加入naoh，调节ph值至2～3；
[0047]
(5)将调节好ph值的混合液在水浴温度为60℃下发生聚合反应，聚合反应40min，搅拌速度100rpm，待液体均匀时，在常温下静置24h，得到深棕色呈胶状的液体产品，即聚合硫酸铝铁絮凝剂(pafs)。
[0048]
本实施例产品保存20天内未出现凝胶；在200ml浑浊的溶液中加入10ml实施例产
品，20min可完全沉淀，得到澄清的上清液，说明本实施例产品具备优良的絮凝效果。
[0049]
实施例3
[0050]
一种赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，实现烟气脱硫并制备铁铝复合絮凝剂，本实施例中使用的赤泥是拜耳法赤泥，拜耳法赤泥的质量百分比组成为：cao 20.72％、al2o316.75％、sio215.56％、na2o 8.21％、fe2o322.12％、tio29.45％，以及不可避免的杂质，方法的具体步骤如下；
[0051]
(1)将赤泥固体研磨后过150目筛，将过筛后的赤泥与水按1:200的质量比混合均匀得赤泥浆液；
[0052]
(2)将含有二氧化硫的烟气(燃煤烟气)通入赤泥浆液中进行赤泥脱硫，去除烟气中的二氧化硫，对烟气进行脱硫，脱硫装置进口烟气中so2浓度在1000ppm，赤泥浆液温度为55℃，气体总流量：600ml/min，转速：1200rpm，脱硫浆液与so2烟气接触脱硫，当脱硫效率降低至85％(出口二氧化硫与进口二氧化硫浓度的比值)时，排出脱硫浆液；
[0053]
(3)将排出的脱硫浆液通过固液分离，得到脱硫固相和脱硫液相，将分离产生的脱硫固相加入浓度为4mol/l的硫酸，调节固液比：1:7.5g/ml，在温度100℃下，转速：800rpm条件下反应1.5h进行酸浸；
[0054]
(4)将步骤(3)酸浸后的赤泥废渣与酸浸液进行固液分离，得到的赤泥废渣可以制备一些建筑材料或陶瓷材料，实现固废的资源化利用，将酸浸液与步骤(3)的脱硫液相进行混合，向其中加入naoh，调节ph值至2～3；
[0055]
(5)将调节好ph值的混合液在水浴温度为50℃下发生聚合反应，聚合反应50min，搅拌速度100rpm，待液体均匀时，在常温下静置24h，得到深棕色呈胶状的液体产品，即聚合硫酸铝铁絮凝剂(pafs)。
[0056]
本实施例产品保存20天内未出现凝胶；在200ml浑浊的溶液中加入10ml实施例产品，20min可完全沉淀，得到澄清的上清液，说明本实施例产品具备优良的絮凝效果。

技术特征：
1.一种赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于，将赤泥研磨后过100～200目筛，过筛赤泥与水混合制备赤泥浆液；将含有二氧化硫的烟气通入赤泥浆液中进行赤泥脱硫，得到脱硫浆液，固液分离得到脱硫固相和脱硫液相，脱硫固相用硫酸进行酸浸后，再次固液分离得到的酸浸液与脱硫液相进行混合，加入naoh，调节ph＝2～3，在50～100℃下发生聚合反应，聚合反应30～50min，搅拌速度100rpm，待液体均匀时，在常温下静置24h，得到深棕色的液体产品，即聚合硫酸铝铁絮凝剂。2.根据权利要求1所述赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于，所述过筛赤泥与水混合的质量比为1:50～200。3.根据权利要求1所述赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于，所述赤泥脱硫的温度为50～60℃，气体流速为400～600ml/min，so2浓度为1000～1500ppm，搅拌转速为1200～1500rpm。4.根据权利要求1所述赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于，脱硫浆液固液分离时，脱硫效率降至85％。5.根据权利要求1所述赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，其特征在于，所述脱硫固相用硫酸进行酸浸的条件为：硫酸浓度为2～4mol/l，固液比为1:7.5g/ml，温度为100℃，反应时间为1.5～2h，搅拌转速为600～800rpm。

技术总结
本发明提供一种赤泥脱硫耦合制备聚合硫酸铝铁絮凝剂的方法，将赤泥研磨后过筛，过筛后赤泥与水混合制备赤泥浆液，再将含有二氧化硫的烟气通入赤泥浆液以脱除烟气中的二氧化硫并促使Al


技术研发人员：李彬 刘帅 曾和平 宁平 朱恒希 张晓跃 王建城
受保护的技术使用者：滨州魏桥国科高等技术研究院
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/16