以多晶硅殘液與赤泥為原料制備聚合氯化鋁

陰艷華，蔡 瓊，郭 杰，李厚濤

(武漢科夢環(huán)境工程有限公司，湖北 武漢 430074)

目前，多晶硅生產(chǎn)主要采用改良西門子法，每生產(chǎn)1 t多晶硅約產(chǎn)生14～15 t的副產(chǎn)物SiCl4及1 t左右的氯硅烷殘液[1]，殘液的處理主要是利用燒堿和石灰乳進行中和、絮凝、沉淀、過濾等，不僅浪費燒堿、石灰，而且會產(chǎn)生大量殘渣，造成新的固體廢物污染。

赤泥是制取氧化鋁時排放的堿性廢渣，含有大量的鋁、鐵等有效成分，一般每生產(chǎn)1 t氧化鋁約副產(chǎn)0.7～1.8 t赤泥[2]。中國是世界第4大氧化鋁生產(chǎn)國，每年排放的赤泥高達數(shù)百萬噸，大面積的堆積不僅污染環(huán)境，而且有效成分也沒有得到充分合理的利用。

無機高分子絮凝劑因無毒、高效、使用方便而在水處理中得到廣泛應用。作者在此以多晶硅殘液與赤泥為主要原料，利用多晶硅殘液中的有效成分與水反應，經(jīng)過富集得到較高濃度的鹽酸，溶解赤泥中的氧化鋁等物質，通過進一步處理得到新型無機高分子水處理劑——聚合氯化鋁，對鹽酸質量分數(shù)、反應時間、反應溫度等工藝條件進行優(yōu)化，并將其應用于高嶺土模擬廢水的絮凝處理，以期為多晶硅殘液和赤泥的綜合利用提供新途徑。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

多晶硅殘液；赤泥，主要成分為Al2O325.89%、Fe2O37.28%、CaO 11.3%、SiO213.22%、其它42.31%。所用試劑均為分析純。

752N型紫外可見分光光度計，PHB-1型筆式pH計。

1.2 方法

1.2.1 多晶硅殘液的處理

將多晶硅殘液通過洗滌塔進行洗滌、分離，得到二氧化硅和鹽酸，鹽酸再經(jīng)過富集后得到15%～20%(質量分數(shù)，下同)的鹽酸。

1.2.2 聚合氯化鋁的制備

將上述15%～20%的鹽酸加入到1000 mL三口燒瓶中，再加入一定量的赤泥，加熱回流一定時間后，倒出反應液，離心過濾，將濾液在70～90 ℃加熱聚合，多余的鹽酸以氯化氫氣體揮發(fā)出來(冷凝回收后可重復利用)，液體部分經(jīng)干燥得到紅棕色的聚合氯化鋁。

2 結果與討論

2.1 鹽酸質量分數(shù)對鋁溶出率的影響

在反應時間為60 min、反應溫度為80 ℃的條件下，考察鹽酸質量分數(shù)對鋁溶出率的影響，結果見圖1。

圖1 鹽酸質量分數(shù)對鋁溶出率的影響

由圖1可看出，隨著鹽酸質量分數(shù)的增大，赤泥中鋁的溶出率逐漸升高；當鹽酸質量分數(shù)超過15%后，鋁溶出率趨于穩(wěn)定；繼續(xù)增大鹽酸質量分數(shù)，鋁溶出率升高不明顯。因此，從成本考慮，選擇鹽酸質量分數(shù)為15%。

2.2 反應時間對鋁溶出率的影響

在鹽酸質量分數(shù)為15%、反應溫度為80 ℃的條件下，考察反應時間對鋁溶出率的影響，結果見圖2。

圖2 反應時間對鋁溶出率的影響

由圖2可看出，隨著反應時間的延長，鋁溶出率逐漸升高；反應60 min后，鋁溶出率趨于穩(wěn)定。這是因為，反應初期，鹽酸濃度較大，反應較快；隨著反應時間的延長，鹽酸濃度降低，未溶出的鋁含量也降低，所以，繼續(xù)延長反應時間對鋁溶出率影響不大。因此，選擇反應時間為60 min。

2.3 反應溫度對鋁溶出率的影響

在鹽酸質量分數(shù)為15%、反應時間為60 min的條件下，考察反應溫度對鋁溶出率的影響，結果見圖3。

圖3 反應溫度對鋁溶出率的影響

由圖3可看出，隨著反應溫度的升高，鋁溶出率逐漸升高；反應溫度超過80 ℃后，由于鹽酸容易揮發(fā)，參與反應的鹽酸濃度降低，導致赤泥中鋁溶出率下降。因此，選擇反應溫度為80 ℃。

2.4 聚合氯化鋁的性能

參照GB 15892-2009[3]，對在最佳實驗條件下(鹽酸質量分數(shù)15%、反應時間60 min、反應溫度80 ℃)制備的聚合氯化鋁固體進行性能測試，結果見表1。

表1 聚合氯化鋁的性能指標

2.5 對高嶺土模擬廢水的絮凝實驗

將制備的聚合氯化鋁固體絮凝劑在常溫下用水溶解配制成3%的溶液，用于高嶺土模擬廢水的絮凝實驗。結果表明，在pH值為6～9的范圍內，模擬廢水的濁度去除率可達80%以上。

3 結論

以多晶硅殘液與赤泥為主要原料，制得水處理絮凝劑——聚合氯化鋁；在鹽酸質量分數(shù)為15%、反應時間為60 min、反應溫度為80 ℃的條件下，制得的聚合氯化鋁各項指標均符合國家標準，對高嶺土模擬廢水的濁度去除率達到80%以上。該方法實現(xiàn)了多晶硅殘液及赤泥的綜合利用，以廢治廢，同時生產(chǎn)出的聚合氯化鋁無機高分子絮凝劑的各項指標均達到國家標準，具有較好的應用前景。

[1] 郭平.淺析多晶硅副產(chǎn)物的綜合利用與循環(huán)技術[J].有色金屬加工，2009，38(4):49-52.

[2] 朱軍,蘭建凱.赤泥的綜合回收與利用[J].礦產(chǎn)保護與利用，2008，(2)：52-54.

[3] GB 15892-2009，生活飲用水用聚氯化鋁[S].