利用工业废弃物赤泥制取无机复合絮凝剂的研究

巩恩辉

摘 要：工业废料赤泥中含有大量重金属，不合理的处理不仅污染环境，还造成了资源的浪费。本文利用赤泥制备出一种无机高分子复合絮凝剂用于水质的净化。介绍了制备方法，测试了产物的絮凝效果并探究了最佳反应条件。

关键词：赤泥；无机高分子；絮凝剂

1 引言

赤泥是工业生产氯化铝时产生的主要废料，含有大量重金属。工业生产中该废料的产量很大，但却缺乏处理，通常将赤泥干式或湿式露天堆放，而堆放过程中重金属会逐渐渗入土壤，对环境造成污染，此外，风干的赤泥受风会产生大量粉尘，造成空气污染。经过国内外学者的研究，对赤泥中的重金属进行单独提取，其工艺复杂，效率低下，不具有经济价值。经过对赤泥中组分分析发现，赤泥中富含的铝离子和铁离子是制备无机高分子絮凝剂的理想材料。在铝铁聚合物中，聚合硅酸铝铁在水中产生的铝离子和铁离子使杂质胶束失稳沉降，同时聚硅酸可以使失稳胶束交联形成三维结构，不仅能提高沉降速率，交联结构还具有吸附性，可进一步提高絮凝效率，相对于其他铝铁聚合物具有好的作用效果，且其制备简单，成本低廉，有望实现工业应用。

2 实验部分

2.1 实验材料

盐酸（HCl），硅酸钠（NaSiO3），氢氧化钠（NaOH）（以上材料均为化学纯），去离子水（实验室制备），赤泥（工业废料）。

2.2 聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备

将赤泥置于烧瓶中，加入一定浓度的HCl溶液，加热搅拌回流24h；多次过滤后除去滤渣，得到赤泥浸出液。涉及主要反应如下：

Al2O3+HCl+9H2O→2[Al（H2O）6]Cl3

Fe2O3+HCl+9H2O→2[Fe（H2O）6]Cl3

称取适量NaSiO3置于烧杯中，加入去离子并搅拌；取适量HCl溶于去离子水，将充分溶解的NaSiO3溶液缓慢滴加至HCl溶液中，调节pH值后置于恒温磁力搅拌锅中，在一定温度下反应，直至溶液呈现淡蓝色荧光状。按一定比例加入赤泥浸出液，调节pH并充分搅拌，于60℃熟化蒸干，得到聚合硅酸铝铁（PSAF）絮凝剂。

2.3 絮凝效果测试

为测试产物的絮凝效果，利用紫外分光光度计对废水水样的吸光度进行测试，记录数据X1后向水样中加入一定量的PSAF，静置一段时间后由液体中层取样进行吸光度测试，记录测试结果X2，由公式（1）计算色度去除率R，作为衡量产物絮凝效果的指标。

2.4 产物的制备优化

在利用赤泥制备PSAF过程中，反应温度、反应时间和pH值是影响产物生成的主要因素，以制备出的絮凝剂对废水的色度去除率为指标，利用正交试验进行探究，以得出最佳反应条件。

3 实验结果与讨论

3.1 絮凝效果测试结果与讨论

实验发现，将产物加入废水试样中后，废水中的杂质逐渐沉降，最终出现上部溶液澄清，下部为絮状沉淀的结果。其原因为废水中的杂质通常带有负电荷，而产物溶于水中产生的Al3+和Fe3+可以中和杂质的电性，使其失去稳定性相互吸附桥接形成絮凝体，同时，产物在水中产生的聚硅酸可以使絮凝体交联形成三维网络结构逐渐沉降，而形成的三维结构对于杂质具有较强的吸附作用，从而进一步促进水中的杂质沉降。

3.2 正交试验结果与讨论

表1为正交试验结果，由试验数据中可以看出，不同的实验条件制备的产物对于污水的絮凝作用有一定差别。由极差分析结果可以看出，对于产物絮凝性能影响最大的实验条件为pH值，在合理范围内，较高的pH值更有利于提高产物的絮凝性能；此外，反应时间对于产物絮凝效果影响较小，说明在1h内反应基本已经完全进行，继续增加反应时间对于产物的絮凝效果提高极小；而反应温度对于产物性能的影响主要表现在反应活性方面，较高的反应温度可以提高反应物活性，从而提高反应速率和反应程度。

4 结论

本研究针对工业废料赤泥的回收处理，提出利用赤泥中的铝离子和铁离子制备聚合硅酸铝铁絮凝剂用于水质净化。介绍了赤泥中铝离子和铁离子的提取方法和聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，测试了产物的色度去除率，同时，利用正交试验优化了制备条件。所制备出的产物对废水具有较好的净化效果，此外，提取后的赤泥滤渣没有了重金属污染，可以用其制砖，进一步提高废物利用价值。

参考文獻：

[1]马方通，高利坤.赤泥制备无机高分子絮凝剂的研究进展[J].化学世界，2017，58（06）：379-384.