茂名高岭土漂白酸性废水的循环回用试验研究

代 滇，代雷孟，李 坤，王志国

(中非高岭茂名新材料有限公司，广东 茂名 525000)

1 前言

高岭土是高档涂布造纸必不可少的重要原料之一[1-2]，使用高岭土可提高纸张的密度、白度和平滑度，改善印刷性能并降低造纸成本。茂名高岭土资源近几年被大规模开发利用，已然成为我国重要的造纸涂料高岭土生产基地之一[3]。

造纸涂布用高岭土必须满足造纸对粒度、白度(85%以上)和粘度特性(68%以上)等方面的要求GB/T 14563-2020《高岭土及其试验方法》[4]。茂名砂质高岭土矿属沉积岩风化残积亚型矿床，经过风化残积—搬运自磨—再风化三个阶段，其风化完全、粒度细、高岭石晶形为片状[5-6]，其自然白度在65～75，需要对高岭土采用化学漂白处理。目前茂名高岭土普遍生产工艺为：制浆→分级→漂白→脱水→烘干→产品。化学漂白过程中需加入硫酸、保险粉(连二亚硫酸钠)等化学药剂[7]。化学增白的化学反应如下：Fe2O3+Na2S2O4→FeSO4+Na2SO4。漂白后的矿浆因残留大量酸根离子，pH值通常为2～3。高岭土经化学漂白后产生的废水主要污染因子为酸根离子、Fe2+、SS和色度[8]。在实践中采取中和—沉淀处理法对漂白酸性废水进行处理(图1)，处理后外排水的pH值、氨氮、COD、SS均满足DB44/2155-2019《小东江流域水污染物排放标准》和广东省DB44/26-2001《水污染物排放限值》。但所产生的外排水与自来水相比，各项指标仍然存在一定差距，在回用于高岭土生产工艺过程中，产品质量会受到一定影响。

图1 中和—沉淀法处理漂白酸性废水流程示意图

生产废水经管网进入回收池中沉淀，沉淀后的高岭土经压滤重新回到生产线。废水及压滤液泵入隔油池中，经重力作用流入调节池中，再经水泵提升至中和池中进行中和反应，随后流入曝气池中进行曝气后将水中Fe2+氧化成Fe3+，与此同时曝气后使水质更加均匀，最后进入混凝反应区经絮凝反应后生成矾花，进入斜板沉淀池中沉淀分离，斜板上方的清水即为“外排水”，通常经出水堰流入清水池中经检测合格排放。

目前，国内大部分企业采用对高岭土漂白酸性废水处理后外排的方式，但是外排水含盐量高，对排水口周边生态及灌溉田地会造成较大潜在威胁[9-10]，减少外排水排放迫在眉睫。同时，露天采矿的地下水和降水会形成蓄水坑，集聚大量“矿坑水”，循环使用外排水和矿坑水可减少自来水用量并改善生态环境。然而，外排水中所含电解质[11-12](即含盐量)会大大降低高岭土产品的粘浓度，导致产品不达标。因此，本文探究了外排水和矿坑水的含盐量对高岭土粘浓度指标的影响，提出了混合水循环回用的可行性及其环保价值。

2 试验部分

2.1 仪器和药品

试验仪器：搅拌机、pH计、电导率仪、粘度计(NDJ-5S)，白度测定仪。药剂：浓硫酸、保险粉。试验用水：自来水、外排水、矿坑水。

2.2 水质质量

矿坑水为茂名山阁高岭土露天采矿留下的地下水和降水的综合水，自来水为茂名市市政管道所供给的自来水，外排水为漂白酸性废水处理后的达标排放水(表1)。

表1 不同水质检测结果 (单位：mg/L)

2.3 试验方法

(1)分别使用外排水、矿坑水、自来水对高岭土用搅拌机进行化浆，化浆浓度为15%，再经过滤、烘干，最后检测其粘浓度。

(2)外排水和矿坑水按不同比例进行混合，得到不同比例的混合水。这些不同比例的混合水经过高岭土化浆(化浆浓度为15%)、漂白(其中保险粉用量为12‰，加入适当的硫酸)工艺，分别检测漂白前后高岭土样品的粘浓度及白度。

2.4 测试方法

全盐量：参考HJ/T 51-1999《水质全盐量的测定重量法》。

粘浓度：①试样流动固含量的测定；②最佳分数添加的确定；③粘浓度的测定，按下式进行计算：

式中：S——粘浓度值，%；

S1——测定 1时的固含量(测定值)，%；

S2——测定 2时的固含量(测定值)，%

η1——固含量为S1时测定的粘度值，mPa·s；

η2——固含量为S2时测定的粘度值，mPa·s。

白度：GB/T 14563-2020《高岭土及其试验方法》

3 结果与讨论

3.1 不同水质对化浆后产品的影响

采用自来水、矿坑水、外排水等不同水质作为介质进行化浆后高岭土指标见表2。

表2 水质分析及粘浓度值

不同种类的水化浆后的高岭土粘浓度大小依次为：自来水(69.91%)＞矿坑水(69.50%)＞外排水(69.05%)，对应的水的电导率由70.6µs/cm增大至4 850µs/cm，全盐量由34.27mg/L变化至3204mg/L。与自来水化浆对高岭土粘度的影响相比，外排水和矿坑水所产生的粘度变化差值分别为42.6mPa·s和14.0mPa·s，造成3倍的差值变化。原因可能是水中的电解质会吸附于高岭土表面，压缩矿物表面双电层，破环平衡离子层，降低高岭土产品的粘浓度即增大粘度。降低粘浓度不利于高岭土应用于造纸涂布。

在高岭土化浆过程中，使用自来水、矿坑水、外排水化浆所得到的高岭土粘浓度均＞68.0%，可考虑循环回用于高岭土生产工艺。但是，单独使用外排水化浆与使用自来水化浆相比，对高岭土的产品粘浓度指标会造成一定的差异，粘浓度差值为0.86%。而矿坑水化浆后的粘浓度指标在二者之间，于是考虑将外排水与矿坑水以一定比例混合，探究其对化浆漂白过程的影响。

3.2 混合水化浆对漂白前后高岭土粘浓度的影响

如图2所示，混合水由外排水即矿坑水按比例70∶30变化至0∶100进行混合，测定混合水的电导率、混合水化浆/漂白前后高岭土的粘浓度值和白度(表3)。随着混合比例外排水：矿坑水由70∶30变化至0∶100，漂白前后粘浓度由69.03%、68.48%变化至69.53%、68.81%。在此过程中，高岭土产品粘浓度呈上升趋势并逐渐达到平衡，外排水：矿坑水比例为40∶60是高岭土产品粘浓度由上升到平衡的一个转折点。此转折点对应的混合水的电导率为2 221µs/cm，漂白前后高岭土粘浓度分别为69.51%和68.79%，且漂白后产品白度为86.3，粘浓度和白度满足造纸对高岭土产品的要求。

图2 混合水化浆后高岭土的漂白前后粘浓度变化

表3 混合水化浆对产品漂白前后粘浓度的影响

40∶60为外排水与矿坑水混合的最佳比例。混合水比例40∶60与100%矿坑水化浆漂白后产品粘浓度相比差0.02%，电导率差值为1 553µs/cm，可以推测混合水的电导率在668～2 221µs/cm范围内变化，对高岭土产品粘浓度不会产生较大影响。此时，对产品指标影响在可控范围内，且所需的外排水占比最大，能够达到最大的循环回用经济价值和环保价值。

60∶40和20∶80比例的混合水与40∶60比例的混合水电导率差值分别为919µs/cm和901µs/cm，差值区别不大。但是漂白前后的粘浓度存在显著变化，40∶60与60∶40的混合水相比，粘浓度分别上升了0.28%和0.15%；相较于20∶80的混合水漂白前后粘浓度却无明显变化。可以推测在一定范围内，外排水占比的逐渐减少对漂白前后高岭土粘浓度值不会造成明显影响。

4 结论

(1)40∶60为外排水与混合水的最佳混合比例，此时高岭土产品漂白前后粘浓度为69.51%和68.79%，白度为86.3，满足造纸涂布用高岭土产品粘浓度的要求。

(2)推测混合水的电导率在668～2 221µs/cm范围内变化，对高岭土产品粘浓度不会产生较大影响，高岭土成品的质量指标不会产生较大波动。

(3)混合水的有效回用，既可解决企业在生产过程大量购水问题，也能解决外排水的排放对排水口周围生态环境造成影响的问题，对于促进企业发展循环经济具有重要作用，具有极高的经济环保价值。