铝灰和电镀酸洗液制备聚合氯化铝铁

韩文爱， 陈亚鹏， 张雪梅， 张 滨

（1.石家庄职业技术学院 化学工程系，河北 石家庄 050081；2.河北化工医药职业技术学院 化学工程系，河北 石家庄 050026）

铝灰是废铝再生过程中产生的固体废物.据测算，每再生1t铝制成品，就会副产200kg左右的铝渣、铝灰.目前，再生铝的行业规模已经达到千万吨级，随之废弃的二次铝灰蓄积量很大，成为难以处理的固体废弃物.经取样分析，其中约含35%～40%左右的氧化铝［1－2］.电镀酸洗废液中含有大量的盐酸和亚铁离子及铁，腐蚀性很强，已被世界各国作为危险废物进行管理.随着钢铁工业以及表面处理行业的发展，全国每年酸洗废液的产生量已经超过百万立方米，其污染危害明显.对此，国内外学者进行了大量的研究和探索，提出了直接焙烧、回收铁盐、制备铁磁流体和制备无机混凝剂等多种综合利用方法及技术［3］，然而鉴于成本等诸多因素，这些方法及技术并未完全普及.

聚合氯化铝铁（PAFC）是一种成功用于饮用水、工业用水及多种工业废水处理的新型高效无机阳离子复合絮凝剂.本文以传统处理方法难以实现无害化处理的酸洗废液和废弃铝灰为原料，制备无机高分子混凝剂PAFC，既能为酸洗废液和铝灰提供一条可行的处理途径，又能达到以废治废的目的，具有很好的经济效益、社会效益和环境效益［4－5］.

1 试验研究

1.1 主要原料

铝灰（取自藁城某化工厂）、电镀废酸（河北深州某电镀厂）、30%氢氧化钠液碱（工业级）、二氧化碳（工业级）、30%浓盐酸（石家庄东华化工厂）、氢氧化钙粉（鹿泉某厂）、氧气、催化剂（复配）、纯净水.

1.2 主要仪器设备

自制不锈钢反应装置、比重计（余姚芝林玻璃仪表厂）、电子天平（上海恒平科学仪器有限公司）、自制玻璃反应装置、搅拌器、小型不锈钢离心机、酸度计等.

2 试验方法

2.1 氯化铝溶液的制备

首先对藁城某化工厂提供的铝灰进行预处理，水洗除去水溶性盐类及其他可溶解性杂质，晒干后称重；然后定量称取铝灰，与20%的盐酸溶液逐步混合，分批分次加进反应容器，投料比（铝灰∶盐酸）为3∶15，反应温度控制在60℃左右，盐酸滴加时间为2h，搅拌速度为80r／min，反应时间控制在4h左右.

由于前期反应剧烈，发热量大，水分蒸发损失较大，因此需要酌情补水并控制反应温度.将反应液沉淀滤去不溶物后得到液体氯化铝，其中含氧化铝的质量分数为11%～13%，放置备用.

2.2 氯化铁溶液的制备

取适量盐酸酸洗废液，测定二价铁离子浓度及游离盐酸浓度，补加盐酸使得氢离子与亚铁离子浓度比为1∶1，放置于三口烧瓶中并置于水浴锅内，在搅拌和一定温度条件下分批定量投加经过复合配制的催化剂溶液，通氧气氧化，将二价铁离子氧化为三价铁离子.氧化结束（以10%铁氰化钾溶液进行检验，颜色由蓝色变为绿色或淡黄色即为氧化终点）后，减压浓缩至比重为1.4左右，此时氯化铁溶液的浓度约40%.

2.3 聚合氯化铝铁的制备

按一定的质量／体积比把氯化铁溶液和氯化铝溶液加入到三口烧瓶中，以一定的速度用磁力搅拌器进行搅拌.在搅拌中，将一定量的氢氧化钠溶液以一定的速度加入到三口烧瓶中，在40℃～60℃下搅拌反应一定时间，调节pH值在2.5左右，使物料中的铝最大限度地与铁进行复合水解聚合.然后按一定比例（稳定剂与铁和铝的摩尔比）在滤液中加入适量的稳定剂，搅拌、反应、陈化24h，即得深褐色的液体PAFC混凝剂，将该絮凝剂于100℃烘干保存，可得固体聚合氯化铝铁.PAFC的制备工艺流程如图1所示.

图1 PAFC的制备工艺流程

3 试验结果及讨论

（1）铝灰不能室外露天堆放，也不要受潮，最好放在通风干燥处保管，随用随拉.反应时注意使盐酸和铝灰的总投入量的计算总体积不超过总容积的一半.

（2）氯化铝溶液制备反应时间控制在4h左右，通过添加洗涤水，调节溶液比重在1.25～1.30，并调节pH为2.5左右.自然降温，放置24h，上层清液即为液体氯化铝.通过调整铝灰用量，可以控制氯化铝溶液中氧化铝的含量.

（3）从工业生产角度分析，氧气催化氧化工艺生产氯化铁较氯气氧化法安全、无毒、价廉.氧气来源充分，较氯酸盐、双氧水氧化法成本低.氧化时只要配料比准确，氯化铁溶液基本不含游离酸，通过浓缩，其含量可以控制在30%～60%，进而满足各行业不同的需要.

（4）氯化铁溶液和氯化铝溶液的量按照制备PAFC絮凝剂系列的要求加入不同比例.用于调节碱化度的氢氧化钠溶液的量根据所配制溶液的要求计算得出.添加氢氧化钠溶液时要注意滴加速度均匀，过快地加入，生成氢氧化铁沉淀；过慢地加入，会使反应不完全，影响制备效果.

［1］张雪梅，韩文爱.铝灰的综合利用技术研究 ［J］.石家庄职业技术学院学报，2013，25（6）：22－24.

［2］陈亚鹏，韩文爱.铝灰提取氢氧化铝的工艺设计 ［J］.河北省科学院学报，2014（1）：63－65.

［3］高和气，汤峰，许长丽，等.聚合铝铁在处理巢湖水中的应用［J］.中国给水排水，2003，19（7）：93－94.

［4］邱慈琴，蓝伟，张洁，等.利用盐酸酸洗废液制备聚合氯化铝铁混凝剂的研究 ［J］.中国给水排水，2009，25（1）：64－67.

［5］石健，毕大冬，张跃.不同pH值条件下天然高分子絮凝剂处理废水的效果研究［J］.南通大学学报：自然科学版，2007，6（4）：43－46.