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酸浸拜耳法赤泥制取聚合氯化铝铁并处理工业废水试验研究

文档作者：路坊海文档来源： 1．贵州理工学院材料科学与冶金工程学院 2．贵州省特种功能材料2011协同创新中心		点击数：	更新时间： 2024年06月06日
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上一篇：天然存在的低水平放射性废物处置的工程设计

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第34卷第1期(总第139期)
2015年2月
湿法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．34 No．1(Sum．139)
Feb。2015
酸浸拜耳法赤泥制取聚合氯化铝铁并
处理工业废水试验研究
路坊海
(1．贵州理工学院材料科学与冶金工程学院，贵州贵阳550003；
2．贵州省特种功能材料2011协同创新中心，贵州贵阳550003)
摘要：研究了以拜耳法赤泥和工业盐酸为原料制备聚氯化铝铁(PFAC)，考察了液固体积质量比、浸出时间、
浸出温度及盐酸浓度对赤泥中Alz0。和Fez0。浸出率的影响及PFAC处理工业废水的絮凝效果。试验结果
表明，在盐酸浓度6 mol／L、反应时间3．5 h、温度85℃、液固体积质量比4 mL／1 g的最优条件下，Fe203和
Alz0。浸出率分别为94．11％和84．33％，此时溶液中m(Fe)／m(A1)一0．55；用制得的液态聚氯化铝铁
(PFAC)处理工业废水，絮凝效果较好。
关键词：拜耳法赤泥；盐酸；聚氯化铝铁；废水；处理
中图分类号：TF803．2；X703 文献标志码：A 文章编号：1009—2617(2015)01—0079—04
DOI：10．13355／j．cnki．sfyj．2015．01．20
赤泥是氧化铝冶炼过程中排出的固体废弃
物，每生产1 t氧化铝会产出1．0～1．8 t赤
泥[1{]。目前，我国赤泥累计堆存量已达3．5亿
t[3嵋]。贵州某铝厂碱性赤泥年产量约140万t，堆
存占用大量土地，而且对环境有一定危害，其中的
许多有价成分得不到合理回收。该企业污水排放
量约1 200万t，主要采用絮凝法处理，年处理费
用约400万元。近年来，利用赤泥、煤矸石、钢厂
废渣等工业废物制备聚氯化铝铁(PAFC)的研究
受到广泛关注[7d⋯。聚氯化铝铁吸附能力强、絮
体大、沉降速度快，用其处理工业废水，用量小，吸
附效果好[1卜1 4|。试验研究了用工业盐酸与拜耳法
赤泥为原料制备液体聚氯化铝铁并用其处理工业
废水，以期为拜耳法赤泥的资源化和工业废水的
处理找到一条有效途径。
1 试验部分
1．1试验原料
试验用赤泥取自贵州某拜耳法氧化铝厂。该
厂赤泥以干法堆存，取样点为压滤机新鲜压滤赤
泥，放置30 d，烘干磨细过160目筛，其主要成分
见表1。
工业盐酸，密度为1．19 g／cm3，HCl质量分
数约为38％。
表1赤泥主要成分％
1．2试验仪器
试验用主要仪器包括DHG9070A型电热恒
温鼓风干燥烘箱，PB-IO型酸度计，SHZ—llI型循
环水真空泵，Kratos AXIS Ultra DLD型X射线
光电子能谱仪，DR2700型HACH分光光度计，
DRB200型HACH数字消解器，WGZ一10型散射
式光电浊度仪，XMTB型数显控温仪。
1．3试验方法
取赤泥i00 g，加入适量工业盐酸，搅拌升温，
加热过程中添加适量氧化剂(如HNO。)及催化
剂，控制m(Fe)／m(A1)一1／(9～10)，恒温一定时
收稿日期：2014—07—02
基金项目：贵州省科学技术基金资助项目(黔科合J字[201412083号)；贵州理工学院自然科学基金资助项目(XJ2K20130809)。
作者简介：路坊海(1979一)，男，贵州毕节人，硕士，工程师，主要研究方向为冶金环保。E-mail：lufanghai2006@163．com。
万方数据
· 80 · 湿法冶金2015年2月
间后过滤，滤液在一定条件下加NaOH调pH进
行聚合，得到液体聚氯化铝铁(PAFC)。用制得
的PAFC对企业生产过程中产生的污水进行处
理，测定PAFC的絮凝性能。
1．4试验原理
铁、铝性质相似，它们的盐可通过交叉共聚形
成多核、更长、更稳定的分子链[1⋯。聚氯化铝铁
是氯化铝和氯化铁通过水溶液中羟基架桥而形成
的无机高分子絮凝剂，既具有聚合氯化铝的优良
絮凝性能和强大的电荷中和作用，又具有聚合氯
化铁的吸附性强、沉淀速度快的特性。
反应机制：赤泥中的A1。O。、Fe。O。与盐酸在
加热、搅拌条件下反应生成A1C1。和FeCl。；在
pH为3．5～4．5条件下，溶液中的A1C1。和
FeCl。发生水解和聚合反应生成液态聚氯化铝铁
EAl。(OH)72C1。。]m·EFe2(0H)nCl。。]优(1≤船≤
5，仇≤10)[1引。反应过程中加入一定量硝酸，将赤
泥中的少量二价铁氧化为三价铁。主要化学反应
为：
Fe203+6HCl——2FeCl3+3H20， (1)
Fe2++NO；-+2H+——Fe3++N02十+
H20。(2)
赤泥中的铝主要以A1。0。形式存在，与盐酸
的反应为
A1203+6HCl—2AICl3+3H20。(3)
2试验结果与讨论
2．1 液固体积质量比对铝、铁浸出率的影响
控制温度为80℃，反应时间为2．5 h，盐酸浓
度为5 mol／L，液固体积质量比对Fe。0。和
A1。o。浸出率的影响试验结果如图1所示。
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图1液固体积质量比对铝、铁浸出率的影响
从图1看出：随液固体积质量比增大，铝、铁
浸出率均升高}液固体积质量比为4 mL／t g时，
Fe。0。、Al。0。浸出率最大，分别为93．02％和
82．5％；之后，Fe：O。、Al。03浸出率变化不大。随
液固体积质量比增大，体系中液、固相接触界面增
多，反应更加完全；但液固体积质量比增大意味着
盐酸用量加大，在获得高浸出率的同时也会引起
盐基度下降，导致产品碱化度降低；再者，液固体
积质量比过大，酸耗量增大，产品中游离酸增多，
用浸出液制备聚合物时，过量的余酸会使聚合时
碱的耗量增大，导致生产成本增加：因此，液固体
积质量比以控制在4 mL／1 gN宜。
2．2浸出温度对铝、铁浸出率的影响
控制浸出时间为3．5 h，液固体积质量比为
4 mL：1 g，盐酸浓度为5 mol／L，浸出温度对铝、
铁浸出率的影响试验结果如图2所示。
图2浸出温度对铝、铁浸出率的影响
由图2看出：随温度升高，Fe。0。和Al。O。浸
出率均相应升高；85℃时，Al。o。和Fe：O。的浸
出率达到最大，分别为91．12％和80．25％；温度
高于85℃后，浸出率开始下降。从热力学角度考
虑，温度升高强化了反应程度，但温度过高易造成
盐酸挥发，并加快Al”、Fe3+水解反应速率，导致
浸出率降低。所以，确定反应温度以85℃为宜。
2．3浸出时间对铝、铁浸出率的影响
控制温度为85℃，液固体积质量比为
4 mL／1 g，盐酸浓度为5 tool／L，浸出时间对铝、铁
浸出率的影响试验结果如图3所示。可以看出：随
酸浸时间延长，Al。03和Fe。03浸出率均相应升
高；当反应时间达3．5 h时，Fe203和～：03浸出率
分别为90．1l％和81．33％；继续延长反应时问，两
者浸出率增大幅度均变小，且盐酸挥发损失增加。
这是因为反应开始阶段酸浓度相应较高，反应速度
相应较快，随着反应的进行，酸浓度逐渐降低，溶液
万方数据
第34卷第1期路坊海：酸浸拜耳法赤泥制取PFAC并处理工业废水试验研究·81·
中A13+和Fe3+浓度相应升高，抑制了浸出反应的
进一步进行。适宜的浸出时间确定为3．5 h。
圈3浸出时间对铝、铁浸出率的影响
2．4盐酸浓度对铝、铁浸出率的影响
控制浸出时间为3．5 h，温度为85℃，液固体
积质量比为4 mL／1 g，盐酸浓度对铝、铁浸出率
的影响试验结果如图4所示。
图4盐酸浓度对铝、铁浸出率的影响
从图4看出：随盐酸浓度增大，赤泥中铁、铝
浸出率升高；盐酸浓度大于6 mol／L时，FezOs和
Al。O。浸出率开始下降。从经济成本和操作环境
两方面考虑，确定盐酸浓度以6 mol／L为宜。
综上所述，盐酸浸出赤泥的最适宜条件为：反
应时间3．5 h，温度85℃，液固体积质量比
4 mL／1 g，盐酸浓度6 mol／L。该条件下，Fe。O。
和Al。O。的浸出率分别为94．11％和84．33％，此
时溶液中m(Fe)／m(A1)=0．55。
3聚氯化铝铁的制备和絮凝性能的测试
聚氯化铝铁(PFAC)的絮凝机制为[1川：铝离
子水解生成一种高聚体——Al，。AlO。(OH)剐其
表面络合铁离子使絮体呈正电性，而通常废水中
的悬浮物及胶体呈负电性，絮凝剂通过压缩双电
层及电中和作用，使废水中的悬浮物粘连、架桥形
成网状，在下沉过程中，对颗粒发生网捕作用。
取适量优化条件下的赤泥酸浸液，用NaOH
溶液调pH制备聚合氯化铝铁。以聚合温度、
pH、反应时间和NaOH溶液浓度4因素进行正
交试验，考察各因素对制备聚合氯化铝铁的影响。
试验结果表明，制备聚氯化铝铁的最佳条件为：聚
合时间3 h，pH一3．5，温度70℃，NaOH溶液浓
度0．25 mol／L。该条件下，得到棕红色聚氯化铝
铁液体，其中Fe。O。质量分数为4．76％，Al。O。
质量分数为5．57％，盐基度为31．6％，密度为
1．13 g／cm3。
选用试验制备的聚氯化铝铁(PFAC)及企业
现正使用的聚合氯化铁(PAF)和聚合氯化铝
(PAC)对氧化铝系统产出的污水进行处理，考察
絮凝性能。废水体积1 000 mL，药剂投加量均为
0．05 0A，快速搅拌均匀后静置30 min，取上层2～
3 cm处清液测定悬浮物SS及pH，并计算COD
去除率。试验结果见表2。
表2絮凝性能比较试验结果
由表2看出，试验制备的聚合氯化铝铁
(PFAC)的絮凝性能优于单一聚合氯化铁(PAF)
和聚合氯化铝(PAC)的絮凝效果。
4 结论
常压条件下，以拜耳法赤泥和工业盐酸为原
料制备的聚氯化铝铁絮凝剂(PAFC)技术上是可
行的，所制备的产品对工业废水的絮凝效果很好。
赤泥中Fe。O。和A1。O。可以用盐酸浸出，最优条
件下，Fe。0。和AI。O。浸出率分别为94．Il％和
84．33％，溶液中m(Fe)／m(A1)一0．55。
用赤泥酸浸液制备聚氯化铝铁絮凝剂(PAFC)
处理工业废水，比用聚氯化铁及聚氯化铝的效果更
好。铝铁共聚物兼具两者的优点，反应速度快，沉
降迅速，絮体粗大、致密，除浊效果好。
万方数据
·82· 湿法冶金2015年2月
为降低生产成本，实际生产中可用工业废酸
代替工业盐酸。工业化阶段，可将赤泥酸浸液制
备的聚氯化铝铁通过流量计控制的管道输送至污
水处理池直接使用。
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[173皮新华．PAFC给水处理的试验研究In]．上海：同济大学，
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Preparing of PFAC With Bayer Red Mud and Hydrochloric Acid
and Treating Industrial Wastewater
LU Fanghai
(1．School of Materials Science and Metallurgical Engineering，Guizhou Institute of Technology，
Guiyang 550003，China；
2．Special Functional Materials of Guizhou Province，2011 Collaborative Innovation Center，
Guizhou Institute of Technology，Guiyang 550003，China)
Abstract：Polyaluminium ferric chloride(PFAC)was prepared with Bayer red mud and hydrochloric
acid．The effects of liquid—solid ratio，leaching time，leaching temperature and hydrochloric acid
concentration on the lcaching rate of Alz 03 and Fe2 03 from red mud were discussed．At the optimum
conditions of hydrochloric acid concentration of 6 mol／L，leaching time of 3．5 h，leaching temperature
of 85℃，liquid—solid ratio of 4 mL／l g，the leaching rate of A1203 and Fe203 are 94．11％and 84．33％，
respectively，m(Fe)／m(A1)一0．55 in the solutions．The polyaluminium ferric chloride has higer
floccu】ation effect for industial wastewater．
Key words：Bayer red mud；hydrochloric acid；polyaluminum ferrie chloride(PFAC)；wastewater；
treatment
m
嗍
网
嘲
嘲

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