全 文 ： № . 4　　　　　　　　　　　　　　　西北轻工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　　 Dec. 1999
Vol. 17　　　　 JOURNAL OF NORTHWEST INST ITUTE OF LIGHT INDUS TRY　　　　 · 11·
　文章编号: 1000- 5811( 1999) 04- 0011- 04
闪长岩原料制取聚硅酸铝盐及
对麦草浆黑液的混凝效果研究
李志健 1 ,金奇庭 1 ,高秀荣 2
( 1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院 ,陕西 西安　 710055; 2.西安新材料开发公司 ,陕西
西安　 710068)
摘　要: 介绍了以花岗闪长岩为原料合成新型无机絮凝剂 -聚合硅酸铝盐 ( PASS)
的实验过程 ,探讨了合成过程的工艺条件 ,并对麦草浆废液进行了絮凝试验 ,结果
表明该合成产品絮凝效果明显 ,处理费用低廉 .
关键词: 花岗闪长岩 ;聚合硅酸铝盐 ; 草浆黑液 ; 絮凝处理
中图分类号: X793∶ TS71+ 3　　　文献标识码: A
1　前言
聚合硅酸铝盐 ( PASS)是一类新型无机高分子絮凝剂 ,它是在活化硅酸及铝盐絮凝剂的
基础上发展起来的聚合硅酸和铝盐的复合产物 ,同时具有电中和作用和吸附架桥作用 ,处理
后水中铝残留量低 ,处理效果好 . PASS的制备方法主要有 3条途径〔 1〕:其一 ,以矿石、矿物
渣料等原料进行研制 ;其二 ,将铝盐引入到聚硅酸溶液中进行制备 ;其三 ,硅酸及铝盐的碱金
属盐与硫酸铝等原料在高剪切力工艺条件下制备 .目前 ,国内的 PASS研究尚处于开发研制
阶段 ,本文通过途径一合成 PASS,并对草浆黑液进行絮凝试验 .
2　实验
2. 1　 PASS的合成
( 1)原料:以价格低廉的北京周口店花岗闪长岩为主要原料 ,粉碎至 150～ 250目 ,化学
成份如表 1.
表 1　花岗闪长岩化学成份*
组份 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO CaO K2O Na2O
含量 ,% 63. 32 0. 61 17. 08 2. 21 3. 01 2. 14 3. 29 3. 67 4. 56
　　* 测试单位: 地矿部西安地矿研究所 , 1999年 5月 .
收稿日期: 1999- 03- 12　
作者简介:李志健 ( 1965- ) ,男 ,陕西兰田人 ,讲师 ,博士生
( 2)工艺路线
花岗闪长岩—— 岩石粉—— 碱溶物—— 溶解性硅酸盐—— 聚合硅酸—— 聚硅酸盐
( PASS) .
( 3)工艺条件
　　　　 SiO2∶ Al3+ ( Fe3+ )= 2. 56∶ 1　　　　 SiO2∶ NaOH= 1∶ 1～ 1∶ 3
熔融温度: 500～ 600℃ 熔融时间: 10～ 30min
聚合 pH: < 5
2. 2　麦草浆黑液
取自咸阳造纸厂洗浆车间 ,原水性质: CODcr= 15000～ 22000mg /l, pH= 9～ 14.
2. 3　测定方法
花岗闪长岩化学成分: 由西安地矿研究所测定 ,以测定报告为据 .
CODcr:以文献〔 2〕方法进行 .
p H值: 以 PH- 3型精密酸度计测定 .
色度:以 730型紫外分光光度计在 V ISON440nm处测定吸光度 .
木素浓度:以 730型紫外分光光度计在 UV 280nm处测定吸光度 .
3　结果及讨论
3. 1　 PASS产品制备
3. 1. 1　岩石粉与 NaOH配比
碱熔时 NaOH不足将造成熔融不完全 , NaO H过量会使水提时 Al( O H) 3成为 Al( O H) -4
复溶于水而难与 NaSiO3分离 ,从而造成硅酸聚合初期 Al3+及 ( OH) -对聚合速度和程度的
影响 .本实验岩粉与 NaOH配比分别取 1∶ 1, 1∶ 1. 5, 1∶ 2, 1∶ 2. 5, 1∶ 3五组 ,结果 1∶ 1, 1
∶ 1. 5两组出现岩石粉熔融不完全现象 , 1∶ 2. 5, 1∶ 3两组出现酸性聚合时 NaSiO3溶液中
有白色絮体出现 ,即 Al( O H) -4 遇酸后生成 Al( OH) 3所致 . 1∶ 2组试样碱熔及其后酸性聚
合时均表现出最佳效果 .
3. 1. 2　熔融温度和时间
图 1　熔融温度对熔融效果的影响　　图 2　熔融时间对熔融效果的影响
·12· 西北轻工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　第 17卷
　　在固定料碱比下 ,以 500℃开始 , 25℃为级差至 600℃ ,熔融效果如图 1;在熔融温度 575
～ 600℃ ,时间以 5, 10, 15, 20, 25min五个等级熔融效果如图 2.
图 3　 pH对聚硅酸
稳定时间的影响
3. 1. 3　 pH对聚合的影响
实验室制备的 PASS液体 , p H在 3. 0～ 6. 0之间 . 制备
过程中在不同的 pH条件下 ,聚硅酸的稳定时间不同 .由图 3
可以看出 , pH的变化极大影响聚硅酸的稳定时间 ,在较强酸
范围 ,聚合硅酸具有较长的稳定时间 .聚合硅酸稳定时间长 ,
即其凝结胶化前有足够的时间加入硫酸铝铁盐 ,保证铝离子
能够参与到聚合过程 .酸性条件下 ,硅酸聚合机理文献〔3〕中
认为硅酸基本上是以 H4 SiO4和 H5 SiO5+ 的形式存在 ,并与
H2O分子一体聚合成三聚体直至高聚体 .硫酸铝或硫酸铁
的加入在参与聚合的同时可促进聚合物的稳定 ,延缓凝胶现象的发生 . pH值大小对聚合过
程影响的核心是其影响了多聚物上的正电荷数 ,进而影响了凝胶与缓凝间的平衡 .
3. 2　 PASS对麦草浆黑液絮凝试验
3. 2. 1　 CODcr的去除
取新鲜黑液 ,其 CODcr为 18600mg /l,分五份分别加入不同剂量的 PASS,结果如表 3.
表 3　 PASS对麦草浆黑液絮凝效果
黑液序号 原黑液 1# 2# 3# 4# 5#
PASS液加入量 ( mg /l) 0 400 500 600 700 800
CODcr ( mg /l) 18600 12500 9090 7130 4760 4790
CODcr去除率 (% ) 0 32. 8 51. 1 61. 7 74. 4 74. 7
　　从表 3可以看出 , PASS对高 CODcr浓度黑液絮凝后 , CODcr去除效果明显 ,随投药量
的增加 , CODcr去除率高达 74%以上 .当投药量增至 700 mg /l以上时 , CODcr去除率基本
稳定 .
3. 2. 2　木素及色度的去除
黑液中木素是难降解物质 ,占黑液中 CODcr的 50%左右 .目前的各种好氧及厌氧处理
方法很难将其去除 ,因而残留木素的多少将影响到处理后出水水质 .同时木素又是产生色度
的主要成份 ,黑液中其它发色基团成份通过生物氧化处理均可有效去除 .表 4是加入 PASS
后木素及色度的去除情况 .由表 4可以看出 , PASS对木素的去除效果显著 .这是因为木素
本身为网状大分子结构 , PASS对木素进行电中和作用后架桥作用相应强烈一些 .而其它色
度成份则因蒸煮时的剥皮及降解反应而多数以分子单体形式存在 ,电中和作用后 ,架桥作用
相应微弱一些 .
表 4　 PASS对木素及色度的去除效果
黑液序号 原黑液 1# 2# 3# 4# 5#
PASS液加入量 ( mg /l) 0 400 500 600 700 800
A(吸光度值 280nm) 1. 769 1. 149 0. 815 0. 566 0. 212 0. 195
木素去除率 (% ) 0 35 55 68 88 89
A(吸光度值 440nm) 3. 465 2. 356 1. 802 1. 421 0. 936 0. 832
色度去除率 (% ) 0 32 48 59 73 76
·13·第 4期　　　李志健等:闪长岩原料制取聚硅酸铝盐及对麦草浆黑液的混凝效果研究
4　结论
( 1)花岗闪长岩原料合成聚合硅酸铝 ( PASS)的适宜条件是料碱比为 1∶ 2, 熔融温度
为 575～ 600℃ ,时间以 15、 20min为宜 .
( 2) pH对硅酸聚合的影响较大 ,考虑聚合硅酸稳定时间和可操作性 ,聚合 pH以 3～ 5
为宜 .
( 3)所制 PASS对高浓有机废水—— 碱法草浆黑液具有较好的絮凝效果 ,投加量为
750mg /L时 , CODcr去除率高达 74% .
( 4)所制 PASS对黑液中木素有良好的针对性去除效果 ,木素去除率接近 90% ,同时对
色度也有较好的去除效果 .
参 考 文 献
〔1〕高宝玉 ,王占生 .聚硅酸铝盐混凝剂的研究进展〔 J〕.环境科学进展 , 1998, 2.
〔2〕国家环境保护局水和废水监测分析方法编委会编 .水和废水监测分析方法 (第三版 )〔M〕 .北京:中国环镜科学出
版社 , 1989.
〔3〕高宝玉 ,岳钦艳 .用透射电镜研究聚硅酸硫酸铁混凝剂的形态〔 J〕.环境化学 , 1998, 3.
STUDY ON POLYSILICATE MADE FROM
DIORITE AND COAGULATE ABILITY
LI Zhi-jian
1 , JIN Qi-ting
1 , GAO Xiu-rong
2
( 1. Environment Institute of X i′an A rchitecture Univ ersity , X i′an 710055, China; 2. Xian Tongri New Ma te-
rial Developing Co. ltd, Xi′an 710068, China)
Abstract: In this paper, a new coagulant- polysilica te made from diorite be indicated. The
study pay at tention to ef fects of technical condi tion of poly- temperature, poly- time, materials
rate. The coagulant is efficiency for coagulate with lignin of pulping blackliquid of st raw in a
low er cost.
Key words: coagulant; polysilicate; diorite; lig nin
·14· 西北轻工业学院学报　　　　　　　　　　　　　　第 17卷