酸性廢液循環使用對活性白土質量的影響

熊 慕 慕

(信陽師范學院 網絡信息與計算中心，河南 信陽 464000)

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酸性廢液循環使用對活性白土質量的影響

熊 慕 慕

(信陽師范學院 網絡信息與計算中心，河南 信陽 464000)

摘要：活性白土是以膨潤土與硫酸經高溫反應而制得。對活性白土生產過程中使用的反應液(即酸性廢液)的主要成份進行了分析，初步討論了酸性廢液循環活化對活性白土的活性度、脫色力等主要質量指標的影響。結果表明，酸性廢液循環使用，既節約了資源，亦降低了成本，收到了較好的效果。但是，酸性廢液循環使用不能超過三次，否則將嚴重影響產品質量。

關鍵詞：酸性廢液；活性白土；質量；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、植物油的脫色、吸附、除臭，絕緣油的凈化，也是化妝品、醫藥、涂料的原料。生產方法有濕法、干法和半干法。濕法是生產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，在與硫酸的反應過程中，僅有20%的硫酸被消耗，余下80%的硫酸存留于反應液中[1]。因其含酸量大，需經反復水洗才能使酸含量小于0.2%，以達到HG/T2569—94產品標準的要求。所以活性白土濕法生產中要耗費大量的水，一般情況下，生產1噸活性白土產生的廢水量約35噸[2]。該酸性廢液中主要含有膨潤土酸化反應產生的硫酸鋁及未反應的硫酸等，若直接排放，不僅浪費了水資源、大量原料和礦物資源，而且對環境產生嚴重污染，甚至反轉過來限制企業本身的發展。

近年來，針對活性白土生產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酸性廢液的治理問題，酸性廢液循環活化法較好地解決了活性白土生產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利用。本文就酸性廢液循環活化的次數對活性白土質量的影響進行了分析，為酸性廢液的再次利用、節約資源提供一些理論依據。

1酸性廢液中的主要成份

膨潤土主要化學成分為硅鋁化合物。當硫酸(濃度為15%—20%)與膨潤土在一定溫度下進行活化反應時，硫酸主要消耗在與三氧化二鋁反應中，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離子結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，在反應酸性廢液中，不僅含有大量的硫酸，還有Fe3+，Fe2+，Ca2+，Mg2+，Al3+，K+，Na+等離子。膨潤土酸活化后經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再利用

為充分利用活化后未反應的硫酸，將酸性廢液回收循環使用，就是先將從反應釜中排出的泥漿懸浮液，經離心或壓濾分離的反應液，測試硫酸濃度后，按活化配比，替代部分濃硫酸進行膨潤土活化反應。對此，我們作了比較試驗，結果如下。

表1　酸性廢液循環使用前后活性白土的理化指標

以上結果表明(循環活化小于或等于三次)，用濃硫酸與用回收酸性廢液補加部分濃硫酸對原料進行活化，只要反應體系中保持相同的硫酸濃度，所制備的活性白土，無論是化學性質(如三氧化二鋁含量與活性度)，還是物理性質(如堆密度和比表面積等)均能滿足質量要求，無明顯差異，而脫色力隨著循環次數的增加，呈下降趨勢，但幅度不大。總體來看，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。這是因為酸活化膨潤土時，硫酸中的氫離子與膨潤土層間及晶體結構中的金屬離子進行交換，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，這四個反應同時進行，要生產高活性度和高脫色力的活性白土必須控制反應(1)進行完全，而其他反應又不能過度。采用酸性廢液循環活化法能滿足這個要求，因酸性廢液中的大量金屬離子對反應(2)、(3)及(4)有一定的抑制作用，減少了鋁鐵的溶出，保持其晶體結構，從而使活性白土的質量進一步提高。

3循環次數對活性白土質量的影響

3.1　活性度

由表1數據可知，當酸性廢液循環使用大于三次時，活性白土的活性度下降顯著。這是因為酸性廢液中除了有過量的硫酸外，還有蒙脫石與硫酸發生離子交換反應置換出的Fe3+，Ca2+，Mg2+，Al3+等離子，每次循環活化，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時溶出的成份不被消耗，循環返回累計到一定程度后，酸性廢液的密度加大，當大于1.2時，硫酸鋁的含量很高，會使活化反應受到抑制。同時，Si4+和Al3+在反應液中呈膠體狀，致使離子交換速度降低，溶液中的分子或離子的運動速度減慢，于是減少了單位時間內發生離子交換反應的分子或離子間的有效碰撞次數，氫離子和金屬離子達到交換平衡所用時間延長，使該反應不能進行到底，從而導致活性度降低。

3.2　脫色力

從對比實驗結果來看，活性白土的脫色力隨酸性廢液循環活化次數的增加而緩慢下降，當循環次數大于三次后下降尤其顯著。這是因為，一方面，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的平衡，[Benton]-M+nH+→[Benton]-Hn+Mn+，使活化反應不完全。另一方面，在回收的酸性廢液中含有一定濃度的鐵離子，它是在生產活性白土過程中影響活性白土質量的主要雜質離子，隨著循環利用次數的增多，酸性廢液中鐵離子的含量不斷增大，使得生產的活性白土的白度下降，進而使脫色力下降。當酸性廢液中鐵雜質的含量達到1.07%以上時[4]，就不再適合回收利用生產高活性、高脫色力的活性白土。

4結語

綜上所述，采用酸性廢液循環活化法，收到了較好的效果。這是由于酸性廢液中硫酸鹽的存在對蒙脫石八面體的溶解起抑制作用，使膨潤土的結構不易被破壞，從而提高了活性白土的質量，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，同時還節約了水資源。據報道，硫酸的利用率達到91%以上，水的減少量為不循環法的25%[4]，降低了成本，避免了酸污染。但是，酸性廢液循環使用不能超過三次，否則將嚴重影響活性白土質量。

參考文獻:

[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.活性白土生產廢水處理及有用成分回收利用新技術[J]. 廣東化工，2011(10)：61-62.

[3] 陳濟美，魯義軍.活性白土酸性廢液的綜合利用研究[J].中國非金屬礦業導刊，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，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：O231.9

文獻標識碼：A

文章編號：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，信陽師范學院網絡信息與計算中心高級實驗師，主要從事非金屬分析及研究。

收稿日期：2014-10-16