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煤矸石酸浸液制备聚硫酸铝铁的试验研究
煤矸石酸浸液制备聚硫酸铝铁的试验研究
摘要：随着煤炭的大规模开采和使用，煤矸石的处理成为了一个亟待解决的问题。本文将煤矸石酸浸液制备聚硫酸铝铁的过程进行了试验研究，通过对不同操作条件下聚硫酸铝铁的制备，得出了制备工艺的最优化条件。
关键词：煤矸石；酸浸液；聚硫酸铝铁；最优化条件
一、引言
煤炭作为我国的主要能源资源，其开采和使用已成为国家经济发展的主要推动力之一。然而，随着煤炭的开采越来越深入和覆盖面积越来越广泛，由此产生的煤矸石的处理和利用已成为一个亟待解决的问题。煤矸石中含有大量的有用矿物质，其中尤以铝、铁等金属元素含量最高。因此，开发煤矸石中的有用金属元素，不仅可以减轻煤矸石的污染问题，还可以对资源有更好的利用。
聚硫酸铝铁作为一种重要的无机高分子混凝剂，广泛应用于水处理、污水处理、矿山选矿、钢铁等领域。本文将煤矸石酸浸液制备聚硫酸铝铁作为研究对象，探讨煤矸石中有用元素的开发与利用。
二、实验方法
1.实验材料及设备
（1）实验材料：煤矸石、硫酸、氢氧化钠、氢氟酸、石墨、氨水、聚酰胺等。
（2）实验设备：恒温搅拌器、恒温水浴、数字电动磁力搅拌器、电极式pH计等。
2.实验过程
（1）煤矸石酸浸液
将煤矸石样品加以筛选和粉碎，制成粒径小于0.074mm的粉末样品。以不同质量分数（10%、20%、30%、40%、50%）的氢氟酸为浸润剂，在温度为80℃、反应时间为6h下进行酸浸液实验。将浸液过滤，与等体积的氢氧化钠溶液中和至pH8~9，得到沉淀物。取沉淀物进行洗涤、过滤、干燥，得到煤矸石酸浸液沉淀物，称取约5g备用。
（2）聚硫酸铝铁制备
用距离为1cm，铁和铝的质量比为1:3的电极，以50ml磷酸缓冲液为电解液，实现铁、铝的电解混合。在该条件下，以不同的电流密度（1A/dm2、2A/dm2、4A/dm2、6A/dm2、8A/dm2）进行电解，得到聚硫酸铝铁。
（3）聚硫酸铝铁性能测试
将制备的聚硫酸铝铁样品分别进行分析测试，包括：颜色、悬浮状态、凝聚度、絮凝速度等。
三、实验结果与分析
1.酸浸液过程优化
通过对不同质量分数的氢氟酸进行试验，得到其在80℃下6h的最佳酸浸液条件。当氢氟酸质量分数为30%时，可得到较好的酸浸效果，其沉淀物产率、Fe2O3含量和Al2O3含量分别为92.3%、71.6%和21.6%。
2.聚硫酸铝铁制备条件优化
在不同的电流密度下，制备出了不同质量的聚硫酸铝铁。经分析得到，当电流密度为2A/dm2时，可以获得最优质量的聚硫酸铝铁，其Fe2O3含量、Al2O3含量和碱可溶盐含量分别为48.5%、26.8%和0.67%。
3.聚硫酸铝铁性能测试
将制备的聚硫酸铝铁样品分别进行了颜色、悬浮状态、凝聚度和絮凝速度的测试。结果表明，在最优条件下制备的聚硫酸铝铁，其颜色呈灰白色、悬浮状态良好、凝聚度较高、絮凝速度快，符合工业应用要求。
四、结论
本文采用煤矸石酸浸液制备聚硫酸铝铁的方法，通过对实验过程进行优化，得出了最优化的工艺条件。当酸浸液采用质量分数为30%的氢氟酸，在80℃下6h进行反应时，可以获得最好的酸浸效果。当制备聚硫酸铝铁时，电流密度为2A/dm2时，可以得到最优质量的聚硫酸铝铁。在最优条件下制备的聚硫酸铝铁，其物化性质符合工业应用要求。本研究为开发煤矸石中有用元素提供一种新思路和新途径。