袁麗偉 李鵬飛(錫林郭勒職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

褐煤粉煤灰制無機(jī)高分子絮凝劑可行性研究

袁麗偉 李鵬飛(錫林郭勒職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

內(nèi)蒙古錫林郭勒盟地區(qū)具有全世界最大的褐煤儲備量，未來將在此地區(qū)建立大型煤電一體化企業(yè)、大量的粉煤灰將被生產(chǎn)處理。褐煤粉煤灰的綜合利用也將成為困擾該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的難題。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)褐煤粉煤灰中含有大量的硅、鋁、鐵元素，可以用來合成無機(jī)高分子絮凝劑，是粉煤灰的一種有效利用途徑。

褐煤粉煤灰；絮凝劑；無機(jī)高分子；合成

褐煤，是煤化程度較低的煤，具有高水分、中低熱量、易揮發(fā)、低密度等特點(diǎn)。褐煤的主要利用方向有動(dòng)力用煤、貴金屬的提取、及煤化工等方向。褐煤作為動(dòng)力用煤較大的用量為循環(huán)流化床鍋爐中以煤粉的形式燃燒，生成的粉煤灰呈灰色、較干、細(xì)灰。大約每三頓褐煤能夠得到一噸粉煤灰。

1 褐煤粉煤灰的理化形式

1.1 褐煤粉煤灰的礦相組成

褐煤粉煤灰與其他粉煤灰一樣，其形成后的主要的礦相組成與鍋爐溫度有關(guān)，若循環(huán)流化床鍋爐燃燒煤粉，則生成的定形相以石英、莫來石、剛玉為主。而無定形相則以玻璃體為主。取錫盟地區(qū)的褐煤粉煤灰進(jìn)行礦相分析，發(fā)現(xiàn)其中約含有莫來石、剛玉、石英組分為31～54%，更多的礦相組成以玻璃體為主。

1.2 褐煤粉煤灰的化學(xué)組成

取錫盟三電總排灰，進(jìn)行化學(xué)滴定分析，發(fā)現(xiàn)褐煤粉煤灰中含硅量高，可以達(dá)到50%以上，含鐵量高于一般粉煤灰，但含鋁量較其他粉煤灰屬于中等水平，但也可以達(dá)到20%以上，屬于中鋁灰，具體結(jié)果如下：

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

除此之外，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)褐煤粉煤灰中還含有其他的貴金屬如鍺、且含有較高含量的的磷、鉀等元素。

2 無機(jī)高分子絮凝劑

絮凝劑是工業(yè)中污水處理的主要輔助物，絮凝劑根據(jù)組成可以分為無機(jī)、有機(jī)兩種類型。其中無機(jī)高分子絮凝劑主要為含硅酸、鋁及鐵的高分子物質(zhì)，加入水后，水解出多羥基絡(luò)合離子，鋁、鐵等加入到水中后會(huì)中和了膠體微粒及懸浮物表面的負(fù)電荷，起到降低ξ電位的作用，利用聚合硅酸及鋁、鐵等形成的架橋、粘附和交聯(lián)作用使膠體碰撞形成絮狀沉淀。其性能雖與有機(jī)絮凝劑有一定的差距，但因其價(jià)格低廉，且無生物毒性等特點(diǎn)被廣泛使用。

3 褐煤粉煤灰制無機(jī)高分子絮凝劑可行性研究

褐煤粉煤灰中含有的硅、鋁、鐵恰恰是合成無機(jī)高分子絮凝劑的主要元素，只要將硅、鋁、鐵提取出來，采用合適的方法則有可能合成無機(jī)高分子絮凝劑[1]。

3.1 鋁、鐵、硅的提取

循環(huán)流化床鍋爐生成的褐煤粉煤灰中鋁及硅主要以莫來石的形式結(jié)合在一起，莫來石化學(xué)式為3Al2O3·2SiO2，是一種非常穩(wěn)定的硅鋁酸鹽，莫來石中的硅、鋁結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定的化學(xué)鍵結(jié)合，即使面對酸堿時(shí)仍能維持穩(wěn)定狀態(tài)，所以想要提取硅、鋁必須想辦法打開硅、鋁鍵。有文獻(xiàn)表明，物理及化學(xué)方法均可以打開硅鋁鍵：物理方法如研磨等可以幫助打開硅鋁鍵，灰磨細(xì)后顆粒表面比自然灰表面更粗糙、如果對磨細(xì)灰進(jìn)行核磁共振，會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)粉煤灰中主要起粘結(jié)作用的AlO6被打碎成為對稱的小分子結(jié)構(gòu)，分散為更小的結(jié)構(gòu)使其具有更大的活性。而化學(xué)方法采用堿金屬、堿土金屬鹽均能夠打開硅鋁鍵，如NaF、Na2CO3、CaSO4，這些物質(zhì)能夠與粉煤灰中的莫來石發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而打開硅鋁鍵等。打開硅鋁鍵后，可以采用酸如鹽酸、硫酸等進(jìn)行酸浸提取其中的鋁、鐵。提取后的鋁、鐵以離子形式溶解在酸浸提取液中。提取后硅成為原硅酸，部分硅已經(jīng)聚合成為聚合硅酸，透明膠體，若長期放置則形成凝膠狀，失去聚合能力。

3.2 無機(jī)高分子絮凝劑的制備種類

鋁、鐵酸浸提取后，根據(jù)其合成路線的不同，可以直接使用提取出的硅酸、鋁，合成聚合硅酸鋁鐵、聚合氯化鋁鐵[2]、聚合硫酸鋁鐵、聚合硅酸鋁等。其中聚合硅酸鋁鐵由于聚合硅酸、鋁的存在故其絮凝效果最好，且有鐵的存在，使得生成的膠體厚重，沉降速度快，是較為優(yōu)異的無機(jī)高分子絮凝產(chǎn)品[3]。

3.3 鐵的加入

前已述及，粉煤灰中的鐵含量較低，不能夠滿足合成含有鐵的絮凝劑，故可以加入外加鐵補(bǔ)充劑，彌補(bǔ)鐵含量的不足。考慮到錫盟地區(qū)褐煤提取鍺的副產(chǎn)物中含有大量的氧化鐵，可以采取提鍺爐渣補(bǔ)充鐵。廢鐵的價(jià)格較低，故加入鐵不會(huì)造成過高的成本增加，鐵的存在能夠使絮體厚重，且鐵離子為三價(jià)，在降低電位方面有較大優(yōu)勢，加入后對絮凝劑的性能有較大的提升，實(shí)驗(yàn)表明，鐵加入量比例越高，濁度去除率逐漸向升高的趨勢發(fā)展，但加入量不能過高，由于鐵離子是有顏色的離子，加入量過高反而會(huì)造成濁度去除率下降、絮后離子殘留等現(xiàn)象。

4 成果的檢驗(yàn)

將在實(shí)驗(yàn)室合成的聚合硅酸鋁鐵，取當(dāng)?shù)毓I(yè)廢水檢驗(yàn)其絮凝效果，以濁度的去除作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，與市售其它高分子絮凝劑如PAC、PAFC、PAM等進(jìn)行對比。當(dāng)投加量為750g/t水時(shí)發(fā)現(xiàn)其絮凝效果好于市售無機(jī)高分子絮凝劑，效果接近有機(jī)高分子絮凝劑。以上述投加量沉降20min可以達(dá)到89%以上的濁度去除率。

5 結(jié)語

褐煤粉煤灰中含有的硅、鋁、鐵等適合作為無機(jī)高分子絮凝劑的合成原料，有文獻(xiàn)表明已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了合成聚合硅酸鋁鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鋁鐵等無機(jī)高分子絮凝劑。合成的絮凝劑可以應(yīng)用到當(dāng)?shù)匚鬯幚?，也可以產(chǎn)品化，以廢制廢，是褐煤粉煤灰利用的一個(gè)較好途徑。

[1]李曉湘.利用粉煤灰研制高效無機(jī)絮凝劑聚硅酸鋁鐵[J].環(huán)境工程,2002,20(1):51-52,59.

[2]唐銀.用粉煤灰制備聚硅酸氯化鋁鐵絮凝劑的研究[D].齊齊哈爾:齊齊哈爾大學(xué),2012.

[3]顧玲,馬宇鋒.粉煤灰制備PASFC及其在處理中段廢水中的應(yīng)用[J].中華紙業(yè),2009,30(6):63-66.

錫林郭勒職業(yè)學(xué)院科研項(xiàng)目《褐煤粉煤灰制煤化工污水絮凝劑可行性研究》ZD2015-02資金支持。

袁麗偉（1984-），內(nèi)蒙古錫林浩特人，碩士，研究方向三廢處理。