酸性废液循环使用对活性白土质量的影响

熊 慕 慕

(信阳师范学院 网络信息与计算中心，河南 信阳 464000)



酸性废液循环使用对活性白土质量的影响

熊 慕 慕

(信阳师范学院 网络信息与计算中心，河南 信阳 464000)

摘要：活性白土是以膨润土与硫酸经高温反应而制得。对活性白土生产过程中使用的反应液(即酸性废液)的主要成份进行了分析，初步讨论了酸性废液循环活化对活性白土的活性度、脱色力等主要质量指标的影响。结果表明，酸性废液循环使用，既节约了资源，亦降低了成本，收到了较好的效果。但是，酸性废液循环使用不能超过三次，否则将严重影响产品质量。

关键词：酸性废液；活性白土；质量；影响

活性白土是以膨润土为原料，硫酸为活化剂制备得到的一种矿物材料，常用于石油的精炼，动、植物油的脱色、吸附、除臭，绝缘油的净化，也是化妆品、医药、涂料的原料。生产方法有湿法、干法和半干法。湿法是生产高效活性白土的主要方法。膨润土是一种主要由蒙脱石矿物组成的铝硅酸盐，在与硫酸的反应过程中，仅有20%的硫酸被消耗，余下80%的硫酸存留于反应液中[1]。因其含酸量大，需经反复水洗才能使酸含量小于0.2%，以达到HG/T2569—94产品标准的要求。所以活性白土湿法生产中要耗费大量的水，一般情况下，生产1吨活性白土产生的废水量约35吨[2]。该酸性废液中主要含有膨润土酸化反应产生的硫酸铝及未反应的硫酸等，若直接排放，不仅浪费了水资源、大量原料和矿物资源，而且对环境产生严重污染，甚至反转过来限制企业本身的发展。

近年来，针对活性白土生产酸性废液的治理及回收利用已提出了一些方法，如石灰中和法、电石渣中和法、酸性废液循环活化法等。石灰中和法、电石渣中和法较好地解决了活性白土生产酸性废液的治理问题，酸性废液循环活化法较好地解决了活性白土生产酸性废液资源的回收利用问题。但是，酸性废液不能无限制的循环利用。本文就酸性废液循环活化的次数对活性白土质量的影响进行了分析，为酸性废液的再次利用、节约资源提供一些理论依据。

1酸性废液中的主要成份

膨润土主要化学成分为硅铝化合物。当硫酸(浓度为15%—20%)与膨润土在一定温度下进行活化反应时，硫酸主要消耗在与三氧化二铝反应中，不仅蒙脱石层间Al3+和Fe3+被溶出，一部分晶格上的Al3+也被溶出，所以铝被溶出的最多，其次是铁，使膨润土中的正离子和硫酸的负离子结合为硫酸铝和硫酸铁。其他成分如钙、镁、钾、钠、钛等也被溶出。因此，在反应酸性废液中，不仅含有大量的硫酸，还有Fe3+，Fe2+，Ca2+，Mg2+，Al3+，K+，Na+等离子。膨润土酸活化后经固液分离得到的酸性废液中，硫酸的浓度为(1.35~3.15)mol/L，含量约为5%~10%；三氧化二铝的含量17.65~48.22 g/L，相当于硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O为(115.4~315.2) g/L；三氧化二铁的含量0.38%~0.70%[3]。

2酸性废液中硫酸循环再利用

为充分利用活化后未反应的硫酸，将酸性废液回收循环使用，就是先将从反应釜中排出的泥浆悬浮液，经离心或压滤分离的反应液，测试硫酸浓度后，按活化配比，替代部分浓硫酸进行膨润土活化反应。对此，我们作了比较试验，结果如下。

表1　酸性废液循环使用前后活性白土的理化指标

以上结果表明(循环活化小于或等于三次)，用浓硫酸与用回收酸性废液补加部分浓硫酸对原料进行活化，只要反应体系中保持相同的硫酸浓度，所制备的活性白土，无论是化学性质(如三氧化二铝含量与活性度)，还是物理性质(如堆密度和比表面积等)均能满足质量要求，无明显差异，而脱色力随着循环次数的增加，呈下降趋势，但幅度不大。总体来看，用酸性废液活化膨润土制备的活性白土比用清水配制的硫酸液效果还好一些。这是因为酸活化膨润土时，硫酸中的氢离子与膨润土层间及晶体结构中的金属离子进行交换，使之成为以氢离子为主要的可交换阳离子的膨润土。反应方程式如下：

(Benton)2-Ca+H2SO4→2Benton-H+CaSO4↓

(1)

(Benton)2-Mg+H2SO4→2Benton-H+MgSO4

(2)

2(Benton)3-Fe+3H2SO4→6Benton-H+

Fe2(SO4)3

(3)

2(Benton)3-Al+3H2SO4→6Benton-H+

Al2(SO4)3

(4)

膨润土活化过程中，这四个反应同时进行，要生产高活性度和高脱色力的活性白土必须控制反应(1)进行完全，而其他反应又不能过度。采用酸性废液循环活化法能满足这个要求，因酸性废液中的大量金属离子对反应(2)、(3)及(4)有一定的抑制作用，减少了铝铁的溶出，保持其晶体结构，从而使活性白土的质量进一步提高。

3循环次数对活性白土质量的影响

3.1　活性度

由表1数据可知，当酸性废液循环使用大于三次时，活性白土的活性度下降显著。这是因为酸性废液中除了有过量的硫酸外，还有蒙脱石与硫酸发生离子交换反应置换出的Fe3+，Ca2+，Mg2+，Al3+等离子，每次循环活化，返回的酸性废液中的成份只有游离硫酸部分被消耗，其余如硫酸铝、硫酸铁、硫酸镁等活化膨润土时溶出的成份不被消耗，循环返回累计到一定程度后，酸性废液的密度加大，当大于1.2时，硫酸铝的含量很高，会使活化反应受到抑制。同时，Si4+和Al3+在反应液中呈胶体状，致使离子交换速度降低，溶液中的分子或离子的运动速度减慢，于是减少了单位时间内发生离子交换反应的分子或离子间的有效碰撞次数，氢离子和金属离子达到交换平衡所用时间延长，使该反应不能进行到底，从而导致活性度降低。

3.2　脱色力

从对比实验结果来看，活性白土的脱色力随酸性废液循环活化次数的增加而缓慢下降，当循环次数大于三次后下降尤其显著。这是因为，一方面，在回收的酸性废液中含有一定浓度的Fe3+，Ca2+，Mg2+，Al3+等离子，再用含这些离子的酸性废液活化膨润土，部分破坏了膨润土活化反应的平衡，[Benton]-M+nH+→[Benton]-Hn+Mn+，使活化反应不完全。另一方面，在回收的酸性废液中含有一定浓度的铁离子，它是在生产活性白土过程中影响活性白土质量的主要杂质离子，随着循环利用次数的增多，酸性废液中铁离子的含量不断增大，使得生产的活性白土的白度下降，进而使脱色力下降。当酸性废液中铁杂质的含量达到1.07%以上时[4]，就不再适合回收利用生产高活性、高脱色力的活性白土。

4结语

综上所述，采用酸性废液循环活化法，收到了较好的效果。这是由于酸性废液中硫酸盐的存在对蒙脱石八面体的溶解起抑制作用，使膨润土的结构不易被破坏，从而提高了活性白土的质量，既减少了新鲜硫酸的使用，亦减少了废酸的排放，硫酸的利用率大幅度提高，同时还节约了水资源。据报道，硫酸的利用率达到91%以上，水的减少量为不循环法的25%[4]，降低了成本，避免了酸污染。但是，酸性废液循环使用不能超过三次，否则将严重影响活性白土质量。

参考文献:

[1] 周庆红. 活性白土废水资源化利用[J].江西化工，2011(1):78-80.

[2] 黄伶俐，于少明，邱勇,等.活性白土生产废水处理及有用成分回收利用新技术[J]. 广东化工，2011(10)：61-62.

[3] 陈济美，鲁义军.活性白土酸性废液的综合利用研究[J].中国非金属矿业导刊，2008(1):44-46.

[4] 吴杰.膨润土制备活性白土及废液后处理研究[D].吉林：吉林大学，2008.

Influence of Acidic Waste Recycling on the Quality of the Activated Clay

XIONG Mu-mu

(Network Information and Computing Center，Xinyang Normal University, Xinyang 464000，China)

Abstract:The activated clay with bentonite was prepared by high temperature reaction with sulfuric acid. This paper analyzes the main ingredients in the reaction liquid (the acid waste liquid) used by active white production process, and makes a preliminary discussion on the influence of the main quality indexes such as decoloring force, which is produced by the acid waste liquid circulation activation. The results show that the acid waste liquid recycling has received the good effects, such as saving the resources, reducing the cost. However, the number of time of using acid waste liquid circulation is no more than three; otherwise it will seriously affect the quality of the product.

Key words:acid waste liquid, activated clay, quality, impact

中图分类号：O231.9

文献标识码：A

文章编号：1007-4260(2015)01-0080-02

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2015.01.022

作者简介：熊慕慕，女，河南信阳市人，信阳师范学院网络信息与计算中心高级实验师，主要从事非金属分析及研究。

收稿日期：2014-10-16