以多晶硅殘液與赤泥為原料制備聚合氯化鋁

陰艷華，蔡 瓊，郭 杰，李厚濤

(武漢科夢環境工程有限公司，湖北 武漢 430074)

目前，多晶硅生產主要采用改良西門子法，每生產1 t多晶硅約產生14～15 t的副產物SiCl4及1 t左右的氯硅烷殘液[1]，殘液的處理主要是利用燒堿和石灰乳進行中和、絮凝、沉淀、過濾等，不僅浪費燒堿、石灰，而且會產生大量殘渣，造成新的固體廢物污染。

赤泥是制取氧化鋁時排放的堿性廢渣，含有大量的鋁、鐵等有效成分，一般每生產1 t氧化鋁約副產0.7～1.8 t赤泥[2]。中國是世界第4大氧化鋁生產國，每年排放的赤泥高達數百萬噸，大面積的堆積不僅污染環境，而且有效成分也沒有得到充分合理的利用。

無機高分子絮凝劑因無毒、高效、使用方便而在水處理中得到廣泛應用。作者在此以多晶硅殘液與赤泥為主要原料，利用多晶硅殘液中的有效成分與水反應，經過富集得到較高濃度的鹽酸，溶解赤泥中的氧化鋁等物質，通過進一步處理得到新型無機高分子水處理劑——聚合氯化鋁，對鹽酸質量分數、反應時間、反應溫度等工藝條件進行優化，并將其應用于高嶺土模擬廢水的絮凝處理，以期為多晶硅殘液和赤泥的綜合利用提供新途徑。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

多晶硅殘液；赤泥，主要成分為Al2O325.89%、Fe2O37.28%、CaO 11.3%、SiO213.22%、其它42.31%。所用試劑均為分析純。

752N型紫外可見分光光度計，PHB-1型筆式pH計。

1.2 方法

1.2.1 多晶硅殘液的處理

將多晶硅殘液通過洗滌塔進行洗滌、分離，得到二氧化硅和鹽酸，鹽酸再經過富集后得到15%～20%(質量分數，下同)的鹽酸。

1.2.2 聚合氯化鋁的制備

將上述15%～20%的鹽酸加入到1000 mL三口燒瓶中，再加入一定量的赤泥，加熱回流一定時間后，倒出反應液，離心過濾，將濾液在70～90 ℃加熱聚合，多余的鹽酸以氯化氫氣體揮發出來(冷凝回收后可重復利用)，液體部分經干燥得到紅棕色的聚合氯化鋁。

2 結果與討論

2.1 鹽酸質量分數對鋁溶出率的影響

在反應時間為60 min、反應溫度為80 ℃的條件下，考察鹽酸質量分數對鋁溶出率的影響，結果見圖1。

圖1 鹽酸質量分數對鋁溶出率的影響

由圖1可看出，隨著鹽酸質量分數的增大，赤泥中鋁的溶出率逐漸升高；當鹽酸質量分數超過15%后，鋁溶出率趨于穩定；繼續增大鹽酸質量分數，鋁溶出率升高不明顯。因此，從成本考慮，選擇鹽酸質量分數為15%。

2.2 反應時間對鋁溶出率的影響

在鹽酸質量分數為15%、反應溫度為80 ℃的條件下，考察反應時間對鋁溶出率的影響，結果見圖2。

圖2 反應時間對鋁溶出率的影響

由圖2可看出，隨著反應時間的延長，鋁溶出率逐漸升高；反應60 min后，鋁溶出率趨于穩定。這是因為，反應初期，鹽酸濃度較大，反應較快；隨著反應時間的延長，鹽酸濃度降低，未溶出的鋁含量也降低，所以，繼續延長反應時間對鋁溶出率影響不大。因此，選擇反應時間為60 min。

2.3 反應溫度對鋁溶出率的影響

在鹽酸質量分數為15%、反應時間為60 min的條件下，考察反應溫度對鋁溶出率的影響，結果見圖3。

圖3 反應溫度對鋁溶出率的影響

由圖3可看出，隨著反應溫度的升高，鋁溶出率逐漸升高；反應溫度超過80 ℃后，由于鹽酸容易揮發，參與反應的鹽酸濃度降低，導致赤泥中鋁溶出率下降。因此，選擇反應溫度為80 ℃。

2.4 聚合氯化鋁的性能

參照GB 15892-2009[3]，對在最佳實驗條件下(鹽酸質量分數15%、反應時間60 min、反應溫度80 ℃)制備的聚合氯化鋁固體進行性能測試，結果見表1。

表1 聚合氯化鋁的性能指標

2.5 對高嶺土模擬廢水的絮凝實驗

將制備的聚合氯化鋁固體絮凝劑在常溫下用水溶解配制成3%的溶液，用于高嶺土模擬廢水的絮凝實驗。結果表明，在pH值為6～9的范圍內，模擬廢水的濁度去除率可達80%以上。

3 結論

以多晶硅殘液與赤泥為主要原料，制得水處理絮凝劑——聚合氯化鋁；在鹽酸質量分數為15%、反應時間為60 min、反應溫度為80 ℃的條件下，制得的聚合氯化鋁各項指標均符合國家標準，對高嶺土模擬廢水的濁度去除率達到80%以上。該方法實現了多晶硅殘液及赤泥的綜合利用，以廢治廢，同時生產出的聚合氯化鋁無機高分子絮凝劑的各項指標均達到國家標準，具有較好的應用前景。

[1] 郭平.淺析多晶硅副產物的綜合利用與循環技術[J].有色金屬加工，2009，38(4):49-52.

[2] 朱軍,蘭建凱.赤泥的綜合回收與利用[J].礦產保護與利用，2008，(2)：52-54.

[3] GB 15892-2009，生活飲用水用聚氯化鋁[S].