赤泥制备混凝剂盐基度及混凝效果研究

姚 珺,赵 野,舒友菊

(洛阳理工学院化学与环境工程系，河南 洛阳 471023)

赤泥是铝工业生产中最重要的废渣，拜尔法每生产1 t氧化铝产生1.0～1.5 t赤泥，我国作为第四大氧化铝生产国，每年排放数百万吨赤泥，大量赤泥废渣堆放，严重污染了环境[1]。因此，对赤泥回收利用不仅可以废物资源化，同时还可减轻对环境的污染。赤泥中含有较高含量的铝和铁[2]，利用赤泥烧制水泥或制备水处理混凝剂是赤泥利用的有效途径[3]。

作者在前期工作中对赤泥制备混凝剂的工艺进行了研究[4]，在此进一步优化聚合条件，并对最佳条件下制备的混凝剂的盐基度进行测定，考察了其对废水中悬浮物的去除效果。

1 实验

1.1 材料

赤泥，河南中美铝业。

1.2 方法

1.2.1 混凝剂的制备

按照前期工作取得的赤泥制备混凝剂的工艺参数[4]，将赤泥于600 ℃焙烧1 h,常温下用3 mol·L-1的盐酸浸取3 h，盐酸与赤泥的投加比为10∶1(mL∶g)，过滤。取滤液在80 ℃、不同的pH值、聚合时间和碳酸镁投加量条件下进行聚合反应，测定产物的盐基度，采用正交实验优化聚合条件。

正交实验的因素与水平见表1。

表1 正交实验的因素与水平

1.2.2 混凝效果的测定

混凝实验用原水为高岭土配制，浊度176.9 ntu。用正交实验所制备的1#～9#混凝剂进行混凝实验，10#为市售PAC(盐基度38.32%)。每组混凝剂取5 g溶于50 mL水中，将混凝剂配成质量浓度为10%的溶液，用吸量管吸取2.5 mL加入600 mL原水中，测定混凝沉淀后混凝剂对水中浊度的去除率。

1.2.3 盐基度调整剂的选择

为了考察不同的盐基度调整剂对混凝剂的影响，采用碳酸镁、碳酸钙、氢氧化钙、碳酸钠4种盐基度调整剂，在80 ℃、pH=4、聚合时间为24 h、投加量为60 g·L-1的最佳聚合条件下制备混凝剂。测定混凝剂的盐基度，进行混凝实验，并与市售PAC进行对比。

混凝实验用水采用高岭土配水(浊度为183.15 ntu)和校园大明湖水(浊度为48.45 ntu)二种。

1.3 分析测定

聚合氯化铝的盐基度即其中OH-和Al3+的摩尔比的1/3。对于一般水体，混凝效果与盐基度成正比[5]。盐基度的分析原理是在试样中加入定量的盐酸溶液，以氟化钾掩蔽铝离子，以氢氧化钠标准溶液滴定。

氧化铝测定采用EDTA络合铝及其它金属离子，然后用氯化锌标准溶液反滴定。

2 结果与讨论

2.1 最佳聚合条件

正交实验结果与分析见表2。

表2 正交实验结果与分析

从表2可以看出，对赤泥制备混凝剂的盐基度影响最大的因素是碳酸镁投加量,其次是聚合时间、pH值，最佳聚合条件为A2B3C3，即pH值为4、聚合时间为24 h、碳酸镁投加量为60 g·L-1。

2.2 混凝剂混凝效果(表3)

表3 混凝实验结果

从表3可以看出，市售PAC的浊度去除率最高，为95.33%，其盐基度为38.32%；8#混凝剂其次，为94.94%，其盐基度为32.06%。混凝效果与盐基度有一定的相关性，随着盐基度的增大，混凝效果相应提高。

2.3 不同盐基度调整剂制备的混凝剂的盐基度和混凝效果(表4)

表4 不同盐基度调整剂制备的混凝剂的盐基度及混凝效果

从表4可以看出，4种类型盐基度调整剂制备的混凝剂的盐基度均在32%以上，14#(碳酸钠为调整剂)的盐基度最高，为36.96%，混凝效果也最好，与市售混凝剂PAC效果相当。由于碳酸钠的市场价格远低于碳酸镁，因此，以碳酸钠作为盐基度调整剂是最佳选择。

3 结论

根据盐基度测定以及混凝实验结果，对以赤泥为原料制备水处理混凝剂进行了研究。以碳酸镁为盐基度调整剂，通过正交实验确定混凝剂的最佳聚合条件如下：80 ℃下，pH=4,聚合时间为24 h,盐基度调整剂的投加量为60 g·L-1。对4种盐基度调整剂(碳酸镁、碳酸钙、氢氧化钙、碳酸钠)制备的混凝剂进行对比，结果发现以碳酸钠为调整剂所制备的混凝剂盐基度最高，为36.96%，其混凝效果也最好，与市售混凝剂PAC效果相当。

[1] 刘嫦娥,李楠,姜怡娇,等.铝工业废渣——赤泥的综合利用[J].云南环境科学,2006,25(3)：39-41．

[2] 王立堂.赤泥利用的有效途径[J].世界有色金属，1998，42(8)：46-48.

[3] 姚珺.赤泥处理含磷废水的研究[J].化学与生物工程，2008，25(11)：61-63．

[4] 姚珺.用工业废渣赤泥制备混凝剂的研究[J].化学与生物工程,2009，26(11):68-70.

[5] 董申伟,李明玉,陈伟红,等.聚合氯化铝的盐基度与混凝性能关系研究[J].工业水处理，2007，27(2)：53-56.