以多晶硅残液与赤泥为原料制备聚合氯化铝

阴艳华，蔡 琼，郭 杰，李厚涛

(武汉科梦环境工程有限公司，湖北 武汉 430074)

目前，多晶硅生产主要采用改良西门子法，每生产1 t多晶硅约产生14～15 t的副产物SiCl4及1 t左右的氯硅烷残液[1]，残液的处理主要是利用烧碱和石灰乳进行中和、絮凝、沉淀、过滤等，不仅浪费烧碱、石灰，而且会产生大量残渣，造成新的固体废物污染。

赤泥是制取氧化铝时排放的碱性废渣，含有大量的铝、铁等有效成分，一般每生产1 t氧化铝约副产0.7～1.8 t赤泥[2]。中国是世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨，大面积的堆积不仅污染环境，而且有效成分也没有得到充分合理的利用。

无机高分子絮凝剂因无毒、高效、使用方便而在水处理中得到广泛应用。作者在此以多晶硅残液与赤泥为主要原料，利用多晶硅残液中的有效成分与水反应，经过富集得到较高浓度的盐酸，溶解赤泥中的氧化铝等物质，通过进一步处理得到新型无机高分子水处理剂——聚合氯化铝，对盐酸质量分数、反应时间、反应温度等工艺条件进行优化，并将其应用于高岭土模拟废水的絮凝处理，以期为多晶硅残液和赤泥的综合利用提供新途径。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

多晶硅残液；赤泥，主要成分为Al2O325.89%、Fe2O37.28%、CaO 11.3%、SiO213.22%、其它42.31%。所用试剂均为分析纯。

752N型紫外可见分光光度计，PHB-1型笔式pH计。

1.2 方法

1.2.1 多晶硅残液的处理

将多晶硅残液通过洗涤塔进行洗涤、分离，得到二氧化硅和盐酸，盐酸再经过富集后得到15%～20%(质量分数，下同)的盐酸。

1.2.2 聚合氯化铝的制备

将上述15%～20%的盐酸加入到1000 mL三口烧瓶中，再加入一定量的赤泥，加热回流一定时间后，倒出反应液，离心过滤，将滤液在70～90 ℃加热聚合，多余的盐酸以氯化氢气体挥发出来(冷凝回收后可重复利用)，液体部分经干燥得到红棕色的聚合氯化铝。

2 结果与讨论

2.1 盐酸质量分数对铝溶出率的影响

在反应时间为60 min、反应温度为80 ℃的条件下，考察盐酸质量分数对铝溶出率的影响，结果见图1。

图1 盐酸质量分数对铝溶出率的影响

由图1可看出，随着盐酸质量分数的增大，赤泥中铝的溶出率逐渐升高；当盐酸质量分数超过15%后，铝溶出率趋于稳定；继续增大盐酸质量分数，铝溶出率升高不明显。因此，从成本考虑，选择盐酸质量分数为15%。

2.2 反应时间对铝溶出率的影响

在盐酸质量分数为15%、反应温度为80 ℃的条件下，考察反应时间对铝溶出率的影响，结果见图2。

图2 反应时间对铝溶出率的影响

由图2可看出，随着反应时间的延长，铝溶出率逐渐升高；反应60 min后，铝溶出率趋于稳定。这是因为，反应初期，盐酸浓度较大，反应较快；随着反应时间的延长，盐酸浓度降低，未溶出的铝含量也降低，所以，继续延长反应时间对铝溶出率影响不大。因此，选择反应时间为60 min。

2.3 反应温度对铝溶出率的影响

在盐酸质量分数为15%、反应时间为60 min的条件下，考察反应温度对铝溶出率的影响，结果见图3。

图3 反应温度对铝溶出率的影响

由图3可看出，随着反应温度的升高，铝溶出率逐渐升高；反应温度超过80 ℃后，由于盐酸容易挥发，参与反应的盐酸浓度降低，导致赤泥中铝溶出率下降。因此，选择反应温度为80 ℃。

2.4 聚合氯化铝的性能

参照GB 15892-2009[3]，对在最佳实验条件下(盐酸质量分数15%、反应时间60 min、反应温度80 ℃)制备的聚合氯化铝固体进行性能测试，结果见表1。

表1 聚合氯化铝的性能指标

2.5 对高岭土模拟废水的絮凝实验

将制备的聚合氯化铝固体絮凝剂在常温下用水溶解配制成3%的溶液，用于高岭土模拟废水的絮凝实验。结果表明，在pH值为6～9的范围内，模拟废水的浊度去除率可达80%以上。

3 结论

以多晶硅残液与赤泥为主要原料，制得水处理絮凝剂——聚合氯化铝；在盐酸质量分数为15%、反应时间为60 min、反应温度为80 ℃的条件下，制得的聚合氯化铝各项指标均符合国家标准，对高岭土模拟废水的浊度去除率达到80%以上。该方法实现了多晶硅残液及赤泥的综合利用，以废治废，同时生产出的聚合氯化铝无机高分子絮凝剂的各项指标均达到国家标准，具有较好的应用前景。

[1] 郭平.浅析多晶硅副产物的综合利用与循环技术[J].有色金属加工，2009，38(4):49-52.

[2] 朱军,兰建凯.赤泥的综合回收与利用[J].矿产保护与利用，2008，(2)：52-54.

[3] GB 15892-2009，生活饮用水用聚氯化铝[S].