粉煤灰与氧化铁皮制备复合型混凝剂及混凝性能研究

发布时间：2020-08-22 21:04

【摘要】：粉煤灰是典型的工业固体废弃物,长久以来巨大的堆存量不仅严重威胁着生态平衡,且极大浪费了这类可再生资源。目前,粉煤灰利用大多集中于建材和回填等领域,在精细利用方向利用率偏低。氧化铁皮由高温轧钢过程脱落产生,铁含量较高,一般返回冶金流程再利用。利用准格尔高铝粉煤灰和莱钢氧化铁皮为原料提取其中铝铁硅,分别制备了聚硅氯化铝(PASC)和聚硅酸铝铁(PSAF)混凝剂,并对其微观结构和混凝性能进行了研究。粉煤灰-碳酸钠焙烧酸溶优化实验条件为:焙烧温度900℃、时间3h、n(Na2CO3):n(Si02)为 0.8,盐酸浓度 3mol/L、酸浸时间 0.5h、温度 40℃,铝铁硅溶出率分别达96.4%、97.64%和98%,残留渣率仅为2.6%。700 ℃～900 ℃温度下焙烧酸浸渣表征测试:XRD分析得粉煤灰中难溶相先后与碳酸钠反应生成了霞石和铝酸钠;SEM图显示粉煤灰中球状玻璃体表面形成较多孔洞结构;FT-IR图显示出峰位置所对应化学成键结构与物相分析结果一致。动力学研究表明铝铁酸浸速率均受边界层扩散和化学反应混合控制。以共聚法分别制备了 PASC和PSAF混凝剂,PASC优化合成条件为:n(Si):n(A1)为6、碱化度为1、聚合温度45℃、时间2.5h,响应面优化PSAF合成条件为:n(Al):n(Fe)为1.38、碱化度为0.5、聚合温度39.2℃、时间1.36h。产品XRD分析表明聚硅酸与金属离子及其水解产物形成了新的无定形聚合物;FT-IR图在1037cm-1和950cn-1处显示为Si-O-Al、Si-O-Fe特征吸收峰;SEM-EDS图表明合适的铝铁硅摩尔配比和碱化度下产品的聚集度及枝化度较强;TEM-EDS图显示产品具有丰富的空间网状结构;TG图显示各失重区域分别对应DSC图中相应吸热峰,750℃(PASC)/700℃(PSAF)附近化学键断裂,产品残重近50%,稳定性较好。Me-Ferron逐时络合比色法研究得出:最佳条件下,PASC中Alb含量为54.57%;PSAF 中 Alb含量为 53.58%、Feb 含量为 44.82%,Alb+Feb 达 98.4%,Fe的引入降低了 Alb含量,但总混凝有效组分含量大幅增加,处理效果增强。混凝实验表明:浊度和有机物去除率均随混凝剂投加量增加先增大后趋于稳定,随废水pH增大、混凝时间延长均先增加后减小,且三种混凝剂处理顺序为PSAFPASCPAC,混凝过程受多重混凝作用共同控制。絮体粒度和分形维数的变化均与混凝指标成正比,澄清区高度与分形维数成反比;混凝絮体zeta电位|ζ|均先不断减小,超过零电点后,|ζ|呈增大趋势。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ536.4;X703
【图文】：

、、、、为主的工业固体废物如钢渣、氧化铁皮、硫铁矿尾渣、钢铁酸洗废水等［８］。逡逑大量资料证实，聚硅酸铝铁比传统的铝盐、铁盐混凝剂效果要好，根据逡逑近年来人们对Ａｌ３＋和Ｆｅ３＋的水解－聚合－沉淀的化学行为、聚合机理、聚合物逡逑形态分布特征及转化规律的深入研宄可知，铝盐和铁盐作为混凝剂有各自的逡逑优缺点。为了综合铝和铁类混凝剂产品的优点，克服单独使用时的缺点，相逡逑当多的学者在开发聚硅酸复盐类混凝剂方向作出了大量科学研宄［２５？］。逡逑现阶段粉煤灰制备无机高分子混凝剂工艺大多采用酸溶、碱溶、碱熔和逡逑碱加压浸出来溶出含有的铝铁硅有效成分，进而在合适的工艺条件下聚合。逡逑以氧化铁皮为原料制备无机高分子混凝剂工艺一般较简单，可采用直接酸溶逡逑法最大限度的浸取所含的铁元素，从而很好的弥补粉煤灰中铁含量不足的现逡逑实，使制备的聚硅酸铝铁产品铝铁摩尔比更加合理，混凝剂产品性能更加稳逡逑定。由于氧化铁皮中铁易于浸出，而粉煤灰中的物相耐酸碱腐蚀性均较强，逡逑这里仅讨论粉煤灰制备聚硅酸铝铁混凝剂的工艺，主要包括以下五种：逡逑（１）直接酸溶－碱溶－聚合逡逑

图２－２助溶剂酸溶－碱溶－聚合工艺图逡逑

调聚剂逦加酸聚合逡逑图２－２助溶剂酸溶－碱溶－聚合工艺图逡逑加助溶剂与酸一起溶解有用元素的方法目前研宄较多，尤其对于煤粉锅逡逑炉产生的飞灰酸溶反应活性差，可利用ＮａＣｌ等类似的助溶剂，在高温下增逡逑强其反应活性，促进反应正方向进行，以打开Ａｌ－Ｓｉ键，使莫来石和刚玉等逡逑难溶相转化为活性的Ａ１Ｃ１３。其它种类的助溶剂还包括ＣａＯ、ＣａＣ０３、Ｎａ２Ｃ０３逡逑等。此外，氟化物作为助溶剂也能够有效提高铝、铁的浸出率，因为在酸性逡逑介质范围内，氟离子能够同复盐铝玻璃体红柱石中的氧化硅发生反应最终形逡逑成氟硅化合物，这个过程中也同时加快了铝的溶出率。需要注意的是加入含逡逑氟化合物会造成二次污染，需要外加除氟工艺。逡逑（３）机械活化－酸溶－碱加压浸出－聚合逡逑粉煤灰｜逦机械活化逡逑Ｖ逦逡逑—酸溶逡逑＿＿ｉ＿逦水洗过滤逦】逡逑滤液逦滤澄逡逑N加碱聚合逦Ｉ逡逑｜聚合＾铁｜逦｜碱加Ｓ浸出＾逡逑聚合硅酸铝铁

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本文编号：2801148