利用工業廢棄物赤泥制取無機復合絮凝劑的研究

鞏恩輝

摘 要：工業廢料赤泥中含有大量重金屬，不合理的處理不僅污染環境，還造成了資源的浪費。本文利用赤泥制備出一種無機高分子復合絮凝劑用于水質的凈化。介紹了制備方法，測試了產物的絮凝效果并探究了最佳反應條件。

關鍵詞：赤泥；無機高分子；絮凝劑

1 引言

赤泥是工業生產氯化鋁時產生的主要廢料，含有大量重金屬。工業生產中該廢料的產量很大，但卻缺乏處理，通常將赤泥干式或濕式露天堆放，而堆放過程中重金屬會逐漸滲入土壤，對環境造成污染，此外，風干的赤泥受風會產生大量粉塵，造成空氣污染。經過國內外學者的研究，對赤泥中的重金屬進行單獨提取，其工藝復雜，效率低下，不具有經濟價值。經過對赤泥中組分分析發現，赤泥中富含的鋁離子和鐵離子是制備無機高分子絮凝劑的理想材料。在鋁鐵聚合物中，聚合硅酸鋁鐵在水中產生的鋁離子和鐵離子使雜質膠束失穩沉降，同時聚硅酸可以使失穩膠束交聯形成三維結構，不僅能提高沉降速率，交聯結構還具有吸附性，可進一步提高絮凝效率，相對于其他鋁鐵聚合物具有好的作用效果，且其制備簡單，成本低廉，有望實現工業應用。

2 實驗部分

2.1 實驗材料

鹽酸（HCl），硅酸鈉（NaSiO3），氫氧化鈉（NaOH）（以上材料均為化學純），去離子水（實驗室制備），赤泥（工業廢料）。

2.2 聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備

將赤泥置于燒瓶中，加入一定濃度的HCl溶液，加熱攪拌回流24h；多次過濾后除去濾渣，得到赤泥浸出液。涉及主要反應如下：

Al2O3+HCl+9H2O→2[Al（H2O）6]Cl3

Fe2O3+HCl+9H2O→2[Fe（H2O）6]Cl3

稱取適量NaSiO3置于燒杯中，加入去離子并攪拌；取適量HCl溶于去離子水，將充分溶解的NaSiO3溶液緩慢滴加至HCl溶液中，調節pH值后置于恒溫磁力攪拌鍋中，在一定溫度下反應，直至溶液呈現淡藍色熒光狀。按一定比例加入赤泥浸出液，調節pH并充分攪拌，于60℃熟化蒸干，得到聚合硅酸鋁鐵（PSAF）絮凝劑。

2.3 絮凝效果測試

為測試產物的絮凝效果，利用紫外分光光度計對廢水水樣的吸光度進行測試，記錄數據X1后向水樣中加入一定量的PSAF，靜置一段時間后由液體中層取樣進行吸光度測試，記錄測試結果X2，由公式（1）計算色度去除率R，作為衡量產物絮凝效果的指標。

2.4 產物的制備優化

在利用赤泥制備PSAF過程中，反應溫度、反應時間和pH值是影響產物生成的主要因素，以制備出的絮凝劑對廢水的色度去除率為指標，利用正交試驗進行探究，以得出最佳反應條件。

3 實驗結果與討論

3.1 絮凝效果測試結果與討論

實驗發現，將產物加入廢水試樣中后，廢水中的雜質逐漸沉降，最終出現上部溶液澄清，下部為絮狀沉淀的結果。其原因為廢水中的雜質通常帶有負電荷，而產物溶于水中產生的Al3+和Fe3+可以中和雜質的電性，使其失去穩定性相互吸附橋接形成絮凝體，同時，產物在水中產生的聚硅酸可以使絮凝體交聯形成三維網絡結構逐漸沉降，而形成的三維結構對于雜質具有較強的吸附作用，從而進一步促進水中的雜質沉降。

3.2 正交試驗結果與討論

表1為正交試驗結果，由試驗數據中可以看出，不同的實驗條件制備的產物對于污水的絮凝作用有一定差別。由極差分析結果可以看出，對于產物絮凝性能影響最大的實驗條件為pH值，在合理范圍內，較高的pH值更有利于提高產物的絮凝性能；此外，反應時間對于產物絮凝效果影響較小，說明在1h內反應基本已經完全進行，繼續增加反應時間對于產物的絮凝效果提高極小；而反應溫度對于產物性能的影響主要表現在反應活性方面，較高的反應溫度可以提高反應物活性，從而提高反應速率和反應程度。

4 結論

本研究針對工業廢料赤泥的回收處理，提出利用赤泥中的鋁離子和鐵離子制備聚合硅酸鋁鐵絮凝劑用于水質凈化。介紹了赤泥中鋁離子和鐵離子的提取方法和聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備方法，測試了產物的色度去除率，同時，利用正交試驗優化了制備條件。所制備出的產物對廢水具有較好的凈化效果，此外，提取后的赤泥濾渣沒有了重金屬污染，可以用其制磚，進一步提高廢物利用價值。

參考文獻：

[1]馬方通，高利坤.赤泥制備無機高分子絮凝劑的研究進展[J].化學世界，2017，58（06）：379-384.