粉煤灰是燃煤電廠排出的固體廢棄物，粉煤灰堆存不僅占用大量土地，而且污染環(huán)境。粉煤灰中有許多有用成分得不到合理利用，造成了資源的浪費。因此對粉煤灰的綜合利用是解決環(huán)境污染，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的根本途徑。
粉煤灰中含有鋁、鐵，可以用其制備聚合氯化鋁鐵，聚合氯化鋁鐵是一種新型高效鋁鐵復合絮凝劑，該絮凝劑既有聚合鋁鹽基度高，對原水適應性強的特點，又有聚合鐵密度大、絮凝沉降快的優(yōu)點，在水處理行業(yè)應用廣泛，制備關(guān)鍵是如何破壞粉煤灰中的SiO2—Al2O3鍵。國內(nèi)外學者對此進行了大量研究，獲得了許多有效破壞SiO2—Al2O3鍵的方法，目前常采用的方法有酸溶沉淀法、堿石灰燒結(jié)法和石灰燒結(jié)法。我們采用赤泥代替CaCO3進行燒結(jié)反應，對粉煤灰進行改性，然后經(jīng)酸溶、陳化得到聚合氯化鋁鐵。
1實驗部分
1．1主要原料和試劑
原料:1)粉煤灰，內(nèi)蒙古托縣發(fā)電廠排出的固體廢棄物，主要分:w(Al2O3)=9．04%，w(Fe2O3)=3．30%，w(SiO2)=45．63%，w(CaO)=0．98%，w(其他)=11．05%。2)赤泥，采用石灰石燒結(jié)法制得，主要成分:w(Al2O3)=2．56%，w(Fe2O3)=10．21%，w(SiO2)=27．8%，w(CaO)=44．50%，w(其他)=15．23%。試劑:HC1(AR)，NaClO(AR)。
1．2、聚合氯化鋁鐵的制備
將粉煤灰和赤泥分別研磨至粒度≤122μm，將粉煤灰和赤泥按質(zhì)量比為0．3混合均勻，在750℃下燒結(jié)改性，得到的燒結(jié)物經(jīng)自粉化冷卻得到改性粉煤灰。將改性粉煤灰和鹽酸溶液按液固比為3．5mL/g混合(其中鹽酸濃度為7mol/L)，置于85℃水浴中，在充分攪拌下加熱回流反應2h，冷卻過濾，得到堿式氯化鋁和堿式氯化鐵溶液。將溶液陳化18h，堿式氯化鋁和堿式氯化鐵溶液自聚，生成聚合氯化鋁鐵。所得溶液在一定溫度下濃縮，可得到固體產(chǎn)品聚合氯化鋁鐵。在反應開始時加入一定量NaClO溶液，防止反應過程中Fe3+被還原為Fe2+。采用絡(luò)合滴定法分析溶出液中Al3+和Fe3+的含量，由此計算出鋁鐵浸出率。
1．3、聚合氯化鋁鐵的絮凝性能測試
取一定量高嶺土加入適量水配成濁度小于150NTU的懸濁液，用稀HCl和NaOH調(diào)節(jié)水樣pH。取100mL水樣，加入一定量PAFC絮凝劑，在150r/min轉(zhuǎn)速下快速攪拌1min，然后在50r/min轉(zhuǎn)速下慢速攪拌15min，靜置20min。在距液面3cm處吸取澄清液，測定其濁度、色度、COD。
觀察結(jié)果：
1、粉煤灰活化最佳條件的確定
1.1、在其他條件不變的情況下，改變粉煤灰與赤泥的質(zhì)量比(簡稱配料比)，將制得的PAFC對水樣進行處理，分析水樣的COD去除率和透光率，以確定配料比的最佳值。
1.2、其他條件不變，考察焙燒溫度對鋁鐵溶出率的影響。
1.3、其他條件不變，考察焙燒時間對鋁鐵溶出率的影響。
觀察結(jié)果如下圖：
2、酸溶最佳條件的確定
2.1、固定條件:反應溫度為85℃、反應時間為2h、鹽酸與改性粉煤灰的液固比為3．5mL/g。考察鹽酸濃度對鋁鐵溶出率的影響，結(jié)果見圖2a。
2.2、其他條件同上，考察反應溫度對鋁鐵溶出率的影響，結(jié)果見圖2b。
2.3、其他條件同上，考察反應時間對鋁鐵溶出率的影響，結(jié)果見圖2c。
2.4、其他條件同上，考察液固比對鋁鐵溶出率的影響，結(jié)果見圖2d。
3、陳化時間的確定
將溶出液陳化不同的時間，考察其對水樣的COD的去除率，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，隨著陳化時間的延長，COD去除率呈上升趨勢，在18h之后變化不大。這是由于，堿式氯化鋁和堿式氯化鐵溶液自聚生成聚合氯化鋁鐵是一個緩慢的過程，18h時自聚反應基本結(jié)束。故確定陳化時間為18h。
4、絮凝實驗結(jié)果
用自制的聚合氯化鋁鐵和市場銷售的PAC及PFC，在相同條件下進行絮凝實驗，結(jié)果見表1。由表1可以看出，聚合硫酸鐵對水樣的濁度去除率、COD去除率、色度去除率均比PAC和PFC好，且PAFC具有生成絮體速度快、沉降速度快的優(yōu)點。
| 絮凝劑 | 濁度去除率/% | COD 去除率/% | 色度去除率% | 沉降速度 |
| 聚合氯化鋁鐵 | 91． 50 | 86． 32 | 68 | 快 |
| PAC | 90． 46 | 84． 29 | 54 | 慢 |
| PFC | 89． 57 | 82． 18 | 51 | 慢 |
本文研究了用粉煤灰制備聚合氯化鋁鐵的方法和最佳合成條件，產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標準，而且性能優(yōu)于PAC、PFC，解決了環(huán)境污染問題。