海外矿拜尔法赤泥制备PACF新工艺

王 锋，高建阳

（1.上海交通大学，上海200240；2.中国铝业山东分公司，山东淄博255065）

海外矿拜尔法赤泥制备PACF新工艺

王 锋1，2，高建阳2

（1.上海交通大学，上海200240；2.中国铝业山东分公司，山东淄博255065）

实验室采用DTA-TG，SEM-EDS等手段对海外矿拜尔法赤泥合成聚合氯化铝铁进行了研究，重点试验了原料配比、助剂种类条件，工艺过程影响因素，确定PACF的最佳制备条件，最后对实验室合成的PACF进行了混凝对比，表明采用海外矿拜耳法赤泥合成的PACF浊度去除率高达92%，略优于市售PAC产品混凝效果，此技术的成功研发为赤泥综合利用开辟了一套新的途径。

拜尔法赤泥；PACF；聚合；混凝

赤泥是以铝土矿为原料生产Al2O3过程中产生的强碱性固体废料，生产1tAl2O3约产出赤泥0.8～2.0t，预计到2015年，我国赤泥累计堆存量将达到3.5亿t。中铝山东分公司采用海外矿生产Al2O3，外排赤泥约240万t，赤泥的排放和堆存已经成为影响企业发展的瓶颈问题，且现有赤泥堆场也已成为企业重要的危险源。作者有效利用拜尔法赤泥中的Fe3O4和Al2O3合成制备聚合氯化铝铁，既解决了废赤泥占用大量土地、污染地下水、危害人类健康等问题，又可以制备出混凝剂聚合氯化铝铁，达到赤泥循环利用的目的。

聚合氯化铝铁（PAFC）是无机高分子混凝剂的一种。该混凝剂既有聚合氯化铝盐基度高、形成絮凝体大、对原水适应性强的特点,又有聚合氯化铁密度大、絮体沉降速度快的优点，且除色度比聚铁好，除浊效果和絮体沉降性能优于聚铝，是一种理想的水处理剂。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

拜尔法赤泥成分见表1。

表1 拜耳法赤泥成分Tab.1 Bayer red mud composition

ZBCX-50型高压反应釜；DZKW-4型电子恒温水浴锅（黄骅市新兴仪器厂）；VIS-723型分光光度计（北京分析仪器厂）。

1.2 溶出试验

称取500g赤泥滤饼（35%水分）+100g A（lOH）3+300mL水打浆，加入到盐酸溶液中，采用均分试验法分析HCl浓度、加热温度及反应时间对赤泥溶出的影响，并得出最优溶出条件并进行复证。

1.3 聚合试验

分别选取Al2CaO4、NaCO3、复配聚合药剂3种聚合助剂，加入到750mL溶出液中，合成盐基度70%的混凝剂，比较混凝剂稳定性，选择最佳聚合药剂。

使用复配聚合药剂采用均分试验法分析聚合温度、聚合时间及聚合助剂加入量对聚合反映的影响，并得出最优聚合条件并进行复证。

1.4 混凝试验

作者采用Al2CaO4、Na2CO3及复配聚合药剂在最佳聚合条件下制的混凝剂，测定盐基度，进行混凝试验，并与市售聚合氯化铝进行对比试验。

实验用水使用赤泥悬浊液（浊度176.23ntu）和猪龙河水（浊度56.14ntu）两种。

2 结果与讨论

2.1 溶出条件

2.1.1 HCl浓度对赤泥溶出的影响选取HCl溶液浓度（%）：10、15、20、25、30、36。实验结果见图1。

图1 盐酸浓度对赤泥溶出的影响Fig.1 Effect of concentration of hydrochloric acid on the leaching of red mud

从图1可知，HCl浓度较低直接影响赤泥溶出效果，随着HCl浓度的升高溶出效果明显，但浓度升高到20%以后溶出效果变化不大，反而会因HCl浓度过高，导致HCl挥发，造成有效成分的浪费。

2.1.2 反应温度对赤泥溶出的影响选取加热温度（℃）：60、70、80、90、100、110。实验结果见图2。

图2 反应温度对赤泥溶出的影响Fig.2 Effect of reaction temperature on the leaching of red mud

从图2反应温度较低时Fe2O3、Al2O3溶出效果不好，但在温度高于100℃后，溶出率变化不明显，部分有害成分的过度溶出影响反而聚合反应的效果。

2.1.3 反应时间对赤泥溶出的影响选取反应时间（h）：1、1.5、2、2.5、3、3.5。实验结果见图3。

图3 反应时间对赤泥溶出的影响Fig.3 Effect of reaction time on the leaching of red mud

从图3可知反应时间较短时赤泥溶出效果不佳，反应时间过长，溶出率变化不明显。

根据以上试验条件摸索最后得出最优适用赤泥溶出条件为：20%HCl、加热至100℃、反应2h。对该试验条件进行复证实验得到溶出液，溶出液成分见表2。

表2 溶出液成分Tab.2 Stripping solution composition

2.2 聚合条件

2.2.1 聚合药剂的选择80℃反应温度条件下分别将Al2CaO4、NaCO3、复配聚合药剂加入到溶出液750mL中，制备盐基度70%混凝剂，比较混凝剂稳定性，见表3。

表3 混凝稳定性比较Tab.3 Comparison of coagulation stability

从表3可以看出，现场合成70%盐基度混凝剂都透明稳定，但随时间推移，Ca（ClO3）2、碳酸钠调整的混凝剂出现不同程度的浑浊现象，存放20d后只有使用复配聚合药剂合成的混凝剂表征稳定。

2.2.2 聚合温度对盐基度的影响聚合温度（℃）：60、70、80、90、100、110。

实验结果见图4、5。

图4 聚合温度对混凝剂盐基度的影响Fig.4 Effect of polymerization temperature on the coagulant of basicity

图5 聚合温度对混凝剂组分及pH值影响Fig.5 Effect of polymerization temperature on coagulant composition and pH

从图4、5综合来看，温度低时配位反应不充分致使聚合液成分中铝铁较低。随着温度升高铁铝聚合度升高，盐基度升高，但盐基度超过75%后，冷却聚合液中会出现絮状物，产品不稳定。

2.2.3 反应时间对聚合反应的影响反应时间（h）：1、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5，影响因素见表4。

表4 反应时间对聚合反应的影响Tab.4 Influence of reaction time on the polymerization reaction

从表4可以看出，随着聚合时间的不断延长，聚合液中的硅逐步与铁铝空位结合，生成蛋清装凝胶。

2.2.4 聚合药剂加入量对聚合反应影响聚合药剂加入量（g）：150、160、170、180、190、200，加入量影响因素见表5。

表5 加入量对聚合反应的影响Tab.5 Effect of dosage on polymerization

从表5可知，随着助剂加入量得不断升高，pH值随之升高，聚合氯化铝水解会生成Al（OH）3形成沉淀。

最后得出最优适用条件为：80℃加热搅拌2h，聚合助剂加入量180g、助剂复配聚合药剂。对该实验条件进行复证实验，得到聚合溶液成分见表6。

表6 聚合溶液成分Tab.6 Polymerization solution composition

2.3 混凝对比试验

实验室使用Al2CaO4、NaCO3、复配聚合药剂制备混凝剂对两种浊水对进行了混凝评价：不同混凝剂对比见图6与市售PAC对比见图7。

图6 不同混凝剂对效果Fig.6 Effect of different coagulants

图7 与市场销售PAC混凝效果Fig.7 Sales and marketing of PAC coagulation effect

从图6、7可看出，合成的聚合氯化铝铁混凝效果好，浊度去除率>94%，且高于市售产品。

3 结论

（1）使用20%HCl加热至100℃溶出溶出反应2h，赤泥中Fe2O3、Al2O3溶出率最高，分别为51.84%、42.3%。

（2）对Al2CaO4、Na2CO3、复配聚合药剂制备混凝剂进行对比，结果发现采用复配聚合药剂制备混凝剂盐基度最高且最稳定，加入复配聚合药剂（240g· L-1）加热至80℃聚合反应2h，盐基度最高到74%，其混凝效果最好，且优于市售PAC产品混凝效果。

（3）作者利用拜耳法赤泥研究合成聚合氯化铝铁，原具有原料为生产废料，生产成本低，产品质量忧的特点，对赤泥综合利用及循环经济发展具有深远意义。

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New process of PACF preparation of overseas mineral bayer red mud system

WANG Feng1，2，GAO Jian-yang2
（1.Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240,China；2.Shandong Corporation of China Aluminum Co.,Ltd, Zibo 255065,China）

The DTA-TG,SEM-EDS and other means of overseas mineral Bayer red mud synthetic polymeric aluminum ferric chloride was studied,on the ratio of raw materials,additives,factors of effect of process,to determine the optimum preparation conditions of PACF,the synthesis of PACF lab for coagulation contrast,showed that the removal rate of up to 92%the overseas mineral Bayer red mud synthetic PACF turbidity,slightly better than the similar commercial PAC products,the effect of coagulation,the successful development of this technology has opened up a new way for the comprehensive utilization of red mud.

Bayer red mud；PACF；polymerization；coagulation

TQ314.253

A

1002-1124（2014）10-0069-04

2014-06-25

王锋（1982-），男，汉族，工程师，2006年毕业山东农业大学应用化学专业，在职攻读上海交通大学工业管理工程硕士研究生，从事赤泥产品技术开发工作。