[发明专利]一种黄磷炉渣和粉煤灰制备聚硅酸盐絮凝剂的方法

说明书

技术领域

本发明属工业固体废弃物利用领域，具体涉及一种黄磷炉渣和粉煤灰制备聚硅酸盐絮凝剂的方法。

背景技术

聚硅酸盐是一类新型无机高分子絮凝剂，是在聚硅酸(即活化硅酸)及传统的铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合产物。由于该类絮凝剂同时具有电中和及吸附架桥作用，絮凝效果好，且易于制备，价格便宜，成了国内外无机高分子絮凝剂发展的重要方向。

黄磷炉渣是电炉法生产黄磷时产出的固体废弃物，工业上每生产1吨黄磷可产出8~10吨炉渣，根据我国目前黄磷的生产现状，我国黄磷企业每年产出黄磷炉渣约600～700万吨。黄磷炉渣的主要成份为SiO₂和CaO，二者的含量在80~90%，同时含有P、F、Fe、Al、Mg等元素，可作为二次资源用于生产硅、钙及其它相关产品。而粉煤灰是燃煤电厂从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰固体废物，是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着我国的能源电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，现阶段我国粉煤灰年排渣量已达3亿吨。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等，其颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，颗粒粒径范围为0.5-300μm,并且珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50~80%，因此具有很高的吸附和反应活性，同样可作为二次资源综合利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种黄磷炉渣和粉煤灰制备聚硅酸盐絮凝剂的方法，该方法提供了一条利用工业废弃物生产具有广阔应用前景的无机高分子絮凝剂聚硅酸盐的工艺技术路线，可达到二次资源综合利用，实现循环经济、节能减排目的。

本发明以黄磷炉渣和粉煤灰为原料，分别采用硝酸溶液和经硫酸沉钙转换得到的硝酸溶液浸取，分离原料中的活性二氧化硅和铁、铝，然后经聚合、合成、活化、分离得到聚硅酸盐絮凝剂。

本发明黄磷炉渣和粉煤灰制备聚硅酸盐絮凝剂的方法，具体操作如下：

（1）在质量浓度为10~20%的硝酸溶液中加入黄磷炉渣，于室温下搅拌浸取0.5~1.0h，然后在室温及静置条件下陈化1.0~2.0h，过滤，得到聚硅酸固相物料和浸出液，其中硝酸溶液和黄磷炉渣的液固质量比为5~10:1；

（2）在室温、搅拌下，向步骤（1）得到的浸出液中缓慢加入质量浓度为40~60%的硫酸溶液，并搅拌反应1～2h，然后过滤，得到固体沉淀物和沉淀滤液，将固体沉淀物洗涤，并于240~260℃下干燥2.0~3.0h，得到硫酸钙产品，其中浸出液中Ca²⁺与硫酸溶液中SO₄^2- 的摩尔比为1:1.0～1.2；

（3）按照粉煤灰与碳酸钠的质量比1:0.6~1.0，分别称取粉煤灰和碳酸钠，混合均匀后在600~800℃下煅烧2～3h，然后冷却至室温后研磨，研磨至物料全部通过120目标准筛；

（4）向步骤（2）得到的沉淀滤液中加入浓硝酸调节沉淀滤液中硝酸的质量浓度为10~15%，然后将沉淀滤液加热至70~90℃，再向沉淀滤液中加入步骤（3）研磨后的粉煤灰烧结物料，并于70~90℃下搅拌浸取4~6h，然后过滤，得到浸出渣和浸取液，其中研磨后的粉煤灰烧结物料与沉淀滤液的固液质量比为1:8～12；

（5）在室温、搅拌下，向步骤（4）的浸取液中加入步骤（1）的聚硅酸固相物料，并搅拌反应2.0~3.0h，然后向反应后的溶液中加入质量浓度为10~15%的氢氧化钠溶液调整溶液pH为5.5~7.5，并在室温及静置条件下陈化6.0~8.0h，过滤，得到聚硅酸盐絮凝剂和反应滤液；

（6）将步骤（5）得到的反应滤液返回步骤（1），配制硝酸溶液。

所述步骤（1）、步骤（2）、步骤（4）和步骤（5）中的搅拌转速均为300～500rpm。

所述黄磷炉渣是指在高温电炉中采用磷矿石、硅石、焦碳等为原料，生产工业黄磷时产出的固体废弃物。

所述粉煤灰为燃煤电厂从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰固体废物。

本发明具有下列优点和效果：

（1）本发明可有效利用黄磷炉渣和粉煤灰中含有的主要有价成分SiO₂和铁、铝等，合成在水处理领域具有高效、无毒、对胶体颗粒具有良好絮凝效果、应用前景广阔的无机高分子絮凝剂聚硅酸盐，为黄磷炉渣和粉煤灰的应用提供一条新的途径。