褐煤粉煤灰制无机高分子絮凝剂可行性研究

2017-09-11袁丽伟李鹏飞锡林郭勒职业学院内蒙古锡林浩特026000

化工管理 2017年23期

袁丽伟李鹏飞(锡林郭勒职业学院，内蒙古锡林浩特 026000)

褐煤粉煤灰制无机高分子絮凝剂可行性研究

袁丽伟李鹏飞(锡林郭勒职业学院，内蒙古锡林浩特 026000)

内蒙古锡林郭勒盟地区具有全世界最大的褐煤储备量，未来将在此地区建立大型煤电一体化企业、大量的粉煤灰将被生产处理。褐煤粉煤灰的综合利用也将成为困扰该地区经济发展的难题。经过分析发现褐煤粉煤灰中含有大量的硅、铝、铁元素，可以用来合成无机高分子絮凝剂，是粉煤灰的一种有效利用途径。

褐煤粉煤灰；絮凝剂；无机高分子；合成

褐煤，是煤化程度较低的煤，具有高水分、中低热量、易挥发、低密度等特点。褐煤的主要利用方向有动力用煤、贵金属的提取、及煤化工等方向。褐煤作为动力用煤较大的用量为循环流化床锅炉中以煤粉的形式燃烧，生成的粉煤灰呈灰色、较干、细灰。大约每三顿褐煤能够得到一吨粉煤灰。

1 褐煤粉煤灰的理化形式

1.1 褐煤粉煤灰的矿相组成

褐煤粉煤灰与其他粉煤灰一样，其形成后的主要的矿相组成与锅炉温度有关，若循环流化床锅炉燃烧煤粉，则生成的定形相以石英、莫来石、刚玉为主。而无定形相则以玻璃体为主。取锡盟地区的褐煤粉煤灰进行矿相分析，发现其中约含有莫来石、刚玉、石英组分为31～54%，更多的矿相组成以玻璃体为主。

1.2 褐煤粉煤灰的化学组成

取锡盟三电总排灰，进行化学滴定分析，发现褐煤粉煤灰中含硅量高，可以达到50%以上，含铁量高于一般粉煤灰，但含铝量较其他粉煤灰属于中等水平，但也可以达到20%以上，属于中铝灰，具体结果如下：

组成含量（%）SiO251．45 Al2O322．30 Fe2O34．47 CaO 6．63 SO30．75

除此之外，经过分析发现褐煤粉煤灰中还含有其他的贵金属如锗、且含有较高含量的的磷、钾等元素。

2 无机高分子絮凝剂

絮凝剂是工业中污水处理的主要辅助物，絮凝剂根据组成可以分为无机、有机两种类型。其中无机高分子絮凝剂主要为含硅酸、铝及铁的高分子物质，加入水后，水解出多羟基络合离子，铝、铁等加入到水中后会中和了胶体微粒及悬浮物表面的负电荷，起到降低ξ电位的作用，利用聚合硅酸及铝、铁等形成的架桥、粘附和交联作用使胶体碰撞形成絮状沉淀。其性能虽与有机絮凝剂有一定的差距，但因其价格低廉，且无生物毒性等特点被广泛使用。

3 褐煤粉煤灰制无机高分子絮凝剂可行性研究

褐煤粉煤灰中含有的硅、铝、铁恰恰是合成无机高分子絮凝剂的主要元素，只要将硅、铝、铁提取出来，采用合适的方法则有可能合成无机高分子絮凝剂[1]。

3.1 铝、铁、硅的提取

循环流化床锅炉生成的褐煤粉煤灰中铝及硅主要以莫来石的形式结合在一起，莫来石化学式为3Al2O3·2SiO2，是一种非常稳定的硅铝酸盐，莫来石中的硅、铝结构以稳定的化学键结合，即使面对酸碱时仍能维持稳定状态，所以想要提取硅、铝必须想办法打开硅、铝键。有文献表明，物理及化学方法均可以打开硅铝键：物理方法如研磨等可以帮助打开硅铝键，灰磨细后颗粒表面比自然灰表面更粗糙、如果对磨细灰进行核磁共振，会发现此时粉煤灰中主要起粘结作用的AlO6被打碎成为对称的小分子结构，分散为更小的结构使其具有更大的活性。而化学方法采用碱金属、碱土金属盐均能够打开硅铝键，如NaF、Na2CO3、CaSO4，这些物质能够与粉煤灰中的莫来石发生反应，进而打开硅铝键等。打开硅铝键后，可以采用酸如盐酸、硫酸等进行酸浸提取其中的铝、铁。提取后的铝、铁以离子形式溶解在酸浸提取液中。提取后硅成为原硅酸，部分硅已经聚合成为聚合硅酸，透明胶体，若长期放置则形成凝胶状，失去聚合能力。

3.2 无机高分子絮凝剂的制备种类

铝、铁酸浸提取后，根据其合成路线的不同，可以直接使用提取出的硅酸、铝，合成聚合硅酸铝铁、聚合氯化铝铁[2]、聚合硫酸铝铁、聚合硅酸铝等。其中聚合硅酸铝铁由于聚合硅酸、铝的存在故其絮凝效果最好，且有铁的存在，使得生成的胶体厚重，沉降速度快，是较为优异的无机高分子絮凝产品[3]。

3.3 铁的加入

前已述及，粉煤灰中的铁含量较低，不能够满足合成含有铁的絮凝剂，故可以加入外加铁补充剂，弥补铁含量的不足。考虑到锡盟地区褐煤提取锗的副产物中含有大量的氧化铁，可以采取提锗炉渣补充铁。废铁的价格较低，故加入铁不会造成过高的成本增加，铁的存在能够使絮体厚重，且铁离子为三价，在降低电位方面有较大优势，加入后对絮凝剂的性能有较大的提升，实验表明，铁加入量比例越高，浊度去除率逐渐向升高的趋势发展，但加入量不能过高，由于铁离子是有颜色的离子，加入量过高反而会造成浊度去除率下降、絮后离子残留等现象。