利用钢材酸洗废液和含铝废料制备聚合氯化铝铁混凝剂的方法
技术领域
本发明涉及无机高分子水处理药剂制备技术领域，尤其指一种利用钢材酸洗废液和含铝废料制备聚合氯化铝铁混凝剂的方法。
背景技术
钢材酸洗废液是一种难处理、腐蚀性强的废水，该废液含有大量的游离态的酸和金属离子。若直接排放到市政管道或受纳水体，造成水体污染的同时也浪费了废液中可以回收利用的金属离子。因此，酸洗废液资源化处理已经受到许多专家学者的关注。钢材在加工前，通常要浸泡在具有一定浓度的酸中，或者在其表面喷洒一定浓度的酸，目的是为了去除钢材表面的氧化层，该过程称为酸洗工艺。酸洗工艺可以改善钢材表面的性质，酸洗后排出的废液也就是酸洗废液。根据所用酸的不同，酸洗废液分为盐酸酸洗废液、硫酸酸洗废液和硝酸酸洗废液。目前排放量最多的主要是盐酸和硫酸酸洗废液。钢材酸洗废液中含有大量的氢离子和亚铁离子，其成分说明了钢材酸洗废液是一种危险性废液。未处理的废液排入了管道或者受纳水体，会造成严重的环境污染问题。废液中游离的酸和金属离子（铁离子等）的排放会污染受纳水体以及土壤，废液进入水体后会毒害水中的动植物；进入土壤后会破坏土壤结构、危害农作物的生长。废液还会对腐蚀管道和钢筋混凝土结构等一系列的水工构筑物，破坏水中微生物的生长等。
为此，需要将钢材酸洗废液资源化利用，寻求一种有效的方法回收利用钢铁酸洗废水使之变废为宝。目前，其资源化处理技术在文献中已有相关研究，主要有高温焙烧法、蒸发法、结晶法、离子交换法、膜处理法等物理法以及化学转化法。这些处理方法工艺复杂，反应条件严苛，成本较高，难以实际应用。化学转化法使废酸中的残留酸与金属离子均得到有效回收利用，可用于生产工业原料和水处理药剂，具有不错的环境、经济和社会效益。
聚合氯化铝铁兼具聚铁和聚铝混凝剂的优点，既有铁系混凝剂沉降快、pH适应范围广、易分离和低温处理性能优越等优点，又有铝系混凝剂絮体大、除浊性能号、设备管路腐蚀性低等优点。因此，聚合氯化铝铁可广泛应用于不同水质废水的处理或预处理，对水中的各种有毒有害物质均具有较好的去除效果，是一种综合性能较高的水处理药剂。
现有的利用钢材酸洗废液制备聚合氯化铝铁混凝剂的方法存在工艺复杂、条件苛刻，生产效率低、资源化效率低的缺点。
发明内容
针对上述现有技术存在的技术问题，本发明提供一种工艺简单、成本低、减少废酸排放、聚合效率高的利用钢材酸洗废液和含铝废料制备聚合氯化铝铁混凝剂的方法。
为了达成上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用钢材酸洗废液和含铝废料制备聚合氯化铝铁混凝剂的方法，包括以下步骤：
(1) 将钢材酸洗废液过滤，得到过滤酸液；所述钢材酸洗废液中Fe(II)的浓度为100g/L-250g/L；
（2）向步骤（1）得到的过滤酸液中加入氧化剂，充分搅拌，得到氧化酸液；所述氧化剂与所述过滤酸液的体积比为(1-20):200；
（3）将含铝废料加入步骤(2)得到的氧化酸液中，充分混匀，得到铝铁混合溶液；所述含铝废料中铝的含量为50%-80%；所述铝铁混合溶液中铝元素和铁元素的摩尔比为(5-9)：(5-1)；通过所述含铝废料的加入量来控制所述铝铁混合溶液的pH为0.8-1.5；
(4) 将步骤(3)的铝铁混合溶液投入耐腐蚀反应釜内，加入NaOH调节铝铁混合溶液的pH值为1.5-4.5；
(5) 控制所述耐腐蚀反应釜的温度为30-100℃，并控制所述耐腐蚀反应釜内的压力为0.1-0.4MPa，加入聚合剂，搅拌1-8h得到聚合溶液；
(6)将步骤（5）得到的聚合溶液进行离心分离，静置熟化4-32h，得到聚合氯化铝铁混凝剂。
进一步地，所述步骤（2）中采用电动搅拌器搅拌，所述电动搅拌器的转速为50-350r/min，所述搅拌时间为5-60min。
进一步地，所述步骤（3）中含铝废料包括铝材生产加工过程中产生的边角料和渣屑。
进一步地，所述步骤(5)中聚合剂为NaOH、铝酸钙、氧化钙中的任意一种。
进一步地，所述步骤(5)中搅拌的速度为50-150r/min。
进一步地，所述步骤(6)中离心的时间为5-30min。
进一步地，所述氧化剂为空气、氧气、氯气、硝酸、亚硝酸钠和过氧化氢中的任意一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1) 本发明利用钢材酸洗废液和含铝废料为制备主要材料，在减少有害废酸液排放和保护环境的同时，极大的降低了生产聚合氯化铝铁的成本，间接地降低了废水处理的成本；
(2) 本发明利用氧化剂预先氧化钢材酸洗废液，能将废酸液中的Fe(II)充分氧化为Fe(III)，从而增强了所制备的聚合氯化铝铁的稳定性；
(3) 本发明先调控盐基度，而后再氧化聚合，所制备混凝剂盐基度可控；
(4)本发明利用利用所投加的含铝废料使得到的溶液的pH自发上升，减少了初期调节pH所消耗的碱量；
(5) 本发明操作工艺简单，工艺条件易于达到，可以通过控制铝铁的摩尔比，制备适用不同废水的混凝剂。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
取钢材酸洗废液于1000ml烧杯中，按过氧化氢与酸洗废液体积比13:200加入浓度为27.5%的过氧化氢溶液，电动搅拌器以350r/min搅拌60min以充分氧化废酸液中的Fe(II)；取铝含量为70%的铝材废料120.5g，使得n(Al):n(Fe)=7:3，溶液的pH上升至0.8；继续投加1M/L的NaOH溶液调节pH至1.5；控制反应釜温度为80℃，加入氯酸钠20g，将反应釜的压力控制在0.4MPa，以150r/min的搅拌速度搅拌4h，对所得溶液离心30min，而后静置熟化32h，即得到盐基度为0.52，Al2O3含量≥11.2%，Fe2O3含量≥2.5%的聚合氯化铝铁混凝剂。
实施例2：
取钢材酸洗废液于1000ml烧杯中，按过氧化氢与酸洗废液体积比14:200加入浓度为27.5%的过氧化氢溶液，电动搅拌器以200r/min搅拌5min以充分氧化废酸液中的Fe(II)；取铝含量为50%的铝材废料241g，使得n(Al):n(Fe)=5:1，溶液的pH上升至1.5；继续投加1M/L的NaOH溶液调节pH至4.5；控制反应釜温度为60℃，加入氯酸钠15g，将反应釜的压力控制在0.1MPa，以50r/min的搅拌速度搅拌8h，对所得溶液离心5min，而后静置熟化4h，即得到盐基度为0.46，Al2O3含量≥10.5%，Fe2O3含量≥1.8%的聚合氯化铝铁混凝剂。
实施例3：
取钢材酸洗废液于1000ml烧杯中，按过氧化氢与酸洗废液体积比16:200加入浓度为27.5%的过氧化氢溶液，电动搅拌器以350r/min搅拌5min以充分氧化废酸液中的Fe(II)；取铝含量为80%的铝材废料81.4g，使得n(Al):n(Fe)=9:5，溶液的pH上升至1.0；继续投加1M/L的NaOH溶液调节pH至4.5；控制反应釜温度为90℃，加入氯酸钠15g，将反应釜的压力控制在0.2MPa，以100r/min的搅拌速度搅拌8h，对所得溶液离心30min，而后静置熟化16h，即得到盐基度为0.65，Al2O3含量≥12.6%，Fe2O3含量≥3.8%的聚合氯化铝铁混凝剂。
从以上实施例可以看出，本发明方法工艺简单、工艺条件易于达到、聚合效率高、二次污染小、在减少有害废酸液排放和保护环境的同时，极大的降低了生产聚合氯化铝铁的成本，间接地降低了废水处理的成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的简单修改或变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
