用铁尾矿制备聚硅铁铝的方法.pdf

本发明提供了一种用铁尾矿制备聚硅铁铝的方法，属于絮凝剂制备技术领域。该制备方法的主要内容如下：首先对铁尾矿进行酸解，将酸解反应产物过滤除去沉淀物，提取上清液，再用过氧化氢进行氧化，使体系中的Fe(II)全部转化为Fe(III)，将氧化后的体系放置水浴中自行水解、聚合制得聚硅铁铝。本发明所提供的制备方法是以铁矿山尾矿为主要原料，所制得的聚硅铁铝适用于处理高浊度悬浮液、生活污水和工业废水，该制备方法成本低，过程简单，减少了资源浪费及环境污染，具有显著的经济效益及社会效益。

1、  用铁尾矿制备聚硅铁铝的方法，其特征在于该制备方法的具体步骤如下：
(1)定量称取铁尾矿放入耐酸的反应容器中；
(2)配制好确定浓度的硫酸：适宜的硫酸质量百分浓度为25％～40％；
(3)根据铁尾矿的化学组成，按酸与尾矿反应所需的化学计量过量1.2—2倍量取酸溶液；
(4)将酸溶液在室温下缓慢倒入反应釜中对铁尾矿进行酸解，并不断搅拌，待反应体系冷却至室温并无气泡产生，并且pH值趋于稳定值，酸解反应结束，酸解时间控制在3h左右，酸解时温度控制在80～90℃；
(5)将反应产物过滤去除沉淀物，提取上清液，用10％的氢氧化钠调整溶液的pH值为2.0左右，再用30％的过氧化氢氧化，使体系中的Fe(II)全部转化为Fe(III)；
(6)将氧化后的体系放置水浴加热2～3h，保持温度在80℃左右，过程中体系自行水解、聚合，调节pH值为2.0～2.2，出现红棕色的液体产品，延长此过程时间，制得黄色固体产品，即为聚硅铁铝絮凝剂。

用铁尾矿制备聚硅铁铝的方法
技术领域：
本发明属于絮凝剂制备技术领域，具体涉及用铁尾矿制备聚硅铁铝的方法。
背景技术：
现有制备聚硅铁铝的原料大多为硅酸钠、硫酸铁和硫酸铝，或含铁、铝离子较多的矿物质，制备方法是将硅酸钠酸化制备聚硅酸后，再引入铁、铝离子聚合而成。该制备方法需要价格不菲的化工原料或有限的矿物资源为主要原料，成本较高。
发明内容：
针对上述现有制备方法中存在的问题，本发明提供一种以铁矿山尾矿(简称铁尾矿)为原料制备聚硅铁铝的方法。
现将本制备方法所涉及的原料、制备原理以及具体制备方法如下。
1、制备聚硅铁铝的主要原料与理化特性
本发明所涉及的主要制备原料为铁尾矿。铁尾矿是原矿经过磁选—重选—浮选工艺选别后的矿石，其金属矿物以磁铁矿、半假象赤铁矿、假象赤铁矿为主，其次是黄铁矿、菱铁矿等，脉石矿物主要有石英、白云石、方解石、磷灰石及高岭土等粘土矿物。其典型的化学成分见表1，该铁尾矿中的硅、铁、铝氧化物占总组分的65％以上，为该方法制备聚硅铁铝絮凝剂提供了硅、铁、铝来源。
表1  铁尾矿的化学成分

2、制备原理
由于铁尾矿中含有丰富的硅、铁、铝元素，在硫酸的作用下，可将氧化物中的硅、铁、铝等氧化物溶解，并在一定条件下进行水解聚合，从而形成混酸性的聚硅铁铝絮凝剂。主要酸溶、氧化、聚合反应为：
(n₁FeO·n₂Fe₂O₃·n₃Al₂O₃·n₄MgO·n₅CaO·n₆SiO₂)+(n₁+3n₂+3n₃+n₄+n₅)H₂SO₄→n₁Fe²⁺+n₂Fe³⁺+n₃Al₂³⁺+n₄Mg²⁺+n₅CaSO₄↓+n₆H₄SiO₄+(n₁+3n₂+3n₃+n₄+n₅)SO₄²-+(n₁+3n₂+3n₃+n₄+n₅—2n₆)H₂O             (1)
2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺＝2Fe³⁺+2H₂O                                                          (2)
(1-x)Fe³⁺+xAl³⁺+ySO₄^2-+zH₄SiO₄+(2y-3)H⁺＝AlxFe_1-x(OH)_3-2y(SO₄)y·zSiO₂+(2y+2z-3)H₂O   (3)
n[Al_xFe_1-x(OH)_3-2y(SO4)_y·zSiO₂]＝[Al_xFe_1-x(OH)_3-2y(SO₄)_y·zSiO₂]_n                     (4)
3、制备方法具体步骤如下：
(1)定量称取铁尾矿放入耐酸的反应容器中。
(2)配制好确定浓度的硫酸：
适宜的硫酸浓度范围：w＝25％～40％。(w为质量百分浓度)
(3)根据尾矿的化学组成，按尾矿与酸反应所需的化学计量关系[见反应(1)]过量1.2—2倍量取硫酸溶液。
(4)将酸溶液在室温下缓慢倒入反应釜中对铁尾矿进行酸解，并不断搅拌，待反应体系冷却至室温并无气泡产生，并且pH值趋于稳定值，酸解反应结束，酸解时温度控制在80～90℃。
(5)将反应产物过滤去除沉淀物(主要为酸不溶物和硫酸钙)，提取上清液(主要为亚铁盐、三价铁盐、铝盐和水合硅酸为主的混合溶液)，用10％的氢氧化钠调整溶液的pH值为2.0，再用30％的过氧化氢氧化，使体系中的Fe(II)全部转化为Fe(III)。氧化反应在室温下进行，氧化Fe(II)的过程其氧化终点用铁氰化钾来确定。
(6)将氧化后的体系放置在80℃的恒温水浴中加热2～3h，过程中体系自行水解、聚合，调节体系pH值为2.0～2.2，出现红棕色的透明溶液，将其置于105～110℃烘箱中烘干，可得到黄色固体粉末，即为聚硅铁铝产品。
本发明是以铁尾矿作为主要原料生产高附加值产品聚硅铁铝，所制得的聚硅铁铝适用于处理高浊度悬浊液、生活污水和工业废水。由于制备所用的主要原料是尾矿，减少了资源浪费，同时也减轻了其直接排放入环境中所造成的污染。该制备方法原料来源广、制备过程简单、成本低廉，具有显著的经济社会效益。
具体实施方式：
实施例1：先配制浓度为25％的硫酸溶液，备用。取70g铁尾矿于反应容器中，量取25％的硫酸溶液442.3mL，将酸缓慢加入铁尾矿中，酸解温度控制在80℃，反应时间控制在3h，过程中不断搅拌。待尾矿酸解完全后，将其进行抽滤，然后将滤液取出置于烧杯中，备用。配制10％NaOH溶液，调节滤液pH值为2.0。当把pH值调节好以后，就在已配制好的溶液中逐滴加入30％H₂O₂，氧化终点利用铁氰化钾检测法来控制(取出少量溶液滴加在铁氰化钾固体上，如亚铁离子已全部氧化为三价铁离子，则不变色；如亚铁离子没有被完全氧化，则会生成蓝色络合物)。在反应初期要进行充分搅拌，搅拌时间控制在30min。将上步已经配制好的溶液放入80℃左右的恒温水浴中使其聚合，当体系出现红棕色粘稠液体时，用10％NaOH溶液调节体系pH值到2.2，继续在恒温水浴中放置3小时，其充分聚合，形成红黄絮状色颗粒。将其置于105℃烘箱中烘干，便可得到黄色固体产品—聚硅铁铝。
实施例2：先配制浓度为40％的硫酸溶液，备用。取70g铁尾矿于反应容器中，量取40％的硫酸溶液211.7mL，将酸缓慢加入铁尾矿中，酸解温度控制在90℃，反应时间控制在3h。待尾矿酸解完全后，将其进行抽滤，然后将滤液取出置于烧杯中，备用。配制10％NaOH溶液调节滤液pH值到2.0。当把pH值调节好以后，就在已配制好的溶液中逐滴加入30％H₂O₂，氧化终点利用铁氰化钾检测法来控制(取出少量溶液滴加在铁氰化钾固体上，如亚铁离子已全部氧化为三价铁离子，则不变色；如亚铁离子没有被完全氧化，则会生成蓝色络合物)。在反应初期要进行充分搅拌，搅拌时间控制在30min。将上步已经配制好的溶液放入80℃左右的恒温水浴中使其聚合，当体系出现红棕色粘稠液体时，用10％NaOH溶液调节体系pH值到2.0，继续在恒温水浴中放置2小时，其充分聚合，形成红黄絮状色颗粒。然后可将其在恒温水浴中继续放置蒸发水分，直至成为黄色固体状态，即为聚硅铁铝产品。