6第 42 卷 第5期2013 年 5 月Vol.42 No.5May.2013化工技术与开发Technology & Development of Chemical Industry

基金项目：贵州省教育厅2011年度重点科研项目资助，六盘水市煤系固体废弃物资源化利用创新团队资助（52020-2012-04-01-02），贵州省煤炭资源清洁高效利用科研实验平台资助（黔科平台[2011]4003）作者简介：孔德顺（1974-），男，山东临沂人，硕士，副教授，主要从事矿产资源的深加工与利用研究，Email：kongdeshun518@163.com收稿日期：2013-02-25

聚合硫酸铝铁的制备及在水处理中的应用进展孔德顺（六盘水师范学院化学与化工系，贵州 六盘水 553004）

摘 要：介绍了聚合硫酸铝铁的合成原料、方法、原理，并介绍了聚合硫酸铝铁在水处理方面的应用研究进展，最后对未来聚合硫酸铝铁的合成及应用进行了展望。关键词：聚合硫酸铝铁；合成；水处理中图分类号：TQ 324.4 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2013)05-0006-03

聚合硫酸铝铁（Polymeric Aluminum Ferric Sulfate，简称PAFS或PFAS）又叫聚合硫酸铁铝、复合硫酸铝铁，聚硫酸铝铁，其主要成分为[Al(OH)nSO4]m[Fe2(OH)nSO4]m，是在聚合硫酸铁和聚合硫酸铝的基础上发展起来的，兼具铝盐的净水效果和铁盐的安全无害的优点[1~2]，还具有盐基度高、矾花大、絮凝沉降快、用量少、去除率高、应用领域广泛等优点。本文介绍了PAFS的制备原料、方法、原理及应用方面的研究进展。1 PAFS的制备研究进展1.1 原料制备聚合硫酸铝铁主要是利用原料中的铝元素和铁元素，所以，含有一定量的铝元素和铁元素的物质，均可以作为制备PAFS的原料，如采用硫酸亚铁和硫酸铝[3]、高炉渣[4]、硫铁矿烧渣[5]、煤系高岭土[6]、粉煤灰[7]、铝土矿尾矿[8]等原料，经过一定的工艺处理，均能制备出聚合硫酸铝铁。1.2 制备方法首先要溶解原料中的铝元素和铁元素，形成硫酸铝、硫酸亚铁或硫酸铁，很多研究者都是先获得硫酸亚铁和硫酸铝，在制备的过程中加入氧化剂如空气[9]、二氧化锰[10]、双氧水、氯酸钠、浓硝酸[11]等，使亚铁离子转化为铁离子，然后再和硫酸铝进行聚合，主要的工艺流程如图1所示。含铁原料硫酸铝聚合硫酸铝铁（PFAS）含铝原料硫酸亚铁硫酸铁聚化聚合图1 聚合硫酸铝铁制备的主要工艺流程葛旭升等[12]采用铝渣制备了硫酸铝，用拆解钢制备了硫酸亚铁，再将这二者按硫酸亚铁与硫酸铝的质量比为12~14，硫酸与总铁的物质的量之比为1.30，搅拌至混合均匀后缓慢滴加适量双氧水，控制反应温度为57℃，反应时间为2.5h，在此条件下所得的红色粘稠液体为PAFS，其盐基度可达15.1%~18.9%。在上述反应中，氧化剂双氧水的作用就是将体系中的Fe2+氧化为Fe3+。对于可以直接

获得Fe3+的原料，则无需经过氧化步骤，赵冉[13]采用赤铁矿为原料获得了硫酸铁溶液，然后再和由粉煤灰制得的硫酸铝溶液直接聚合，省去了氧化步骤，也制得了PAFS。1.3 制备原理由亚铁离子和铝离子混合来制备PAFS，氧化反应的速率较低，常常需要加入催化剂来提高反应的速率。FeSO4在酸性条件和氧化剂存在的条件

下，被氧化为Fe2(SO4)3， Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3经水解、聚合，得到红棕色的聚合硫酸铝铁液体产品，常见的反应方程式如下：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑FeO+H2SO4=FeSO4+H2O2FeSO4+H2O2+H2SO4=Fe2(SO4)3+2H2OMnO2+2Fe3++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O3Fe2++NO2-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O2Fe2O3+3H2SO4=2Fe2(SO4)3+3H2O2Al2O3+3H2SO4=2Al2(SO4)3+3H2O最重要的反应是聚合硫酸铝铁的生成，方程式

综述与进展7第 5 期 孔德顺：聚合硫酸铝铁的制备及在水处理中的应用进展

如下： mFe2(SO4)3+0.5mAl2(SO4)3+2nH2O= [Al(OH)nSO4]m[Fe2(OH)nSO4]m+2nH++2.5mSO4

2-

在制备过程中，水解和聚合反应同时存在于一个体系中，有时还发生氧化反应，这些反应之间相互影响，相互促进[14]，最终生成红褐色或红

棕色的[Al(OH)nSO4]m[Fe2(OH)nSO4]m，即聚合硫酸铝铁（PAFS）。

2 PAFS的应用研究进展2.1 混凝除浊用PAFS溶液处理工业废水，用量少，矾花大，沉降快，浊度和COD去除率高，无毒无害，因而具有良好的经济效益和环境效益。曾凤春等用PAFS处理工业废水，加入0.2mL相同浓度的聚合硫酸铝铁，快速搅拌后以石灰乳调节pH为6~8，静置40min后用吸管吸取上层清液，测定后可知COD去除率为92.2%，浊度去除率为98.7%。邱慧琴等[15]用高

岭土和去离子水配制成一定浊度的模拟悬浊液，加入适量混凝剂，搅拌均匀后，于液面下25 mm处虹吸取样，测定水样的浊度，结果显示，浊度由11NTU降低至1NTU左右，浊度去除率大于90%。这是由于聚合硫酸铝铁是铁盐和铝盐的共聚物， 在制备过程中， 铁盐和铝盐形成了羟基化的高聚合度的无机高分子形态，其凝聚-絮凝机理同时兼有铁盐和铝盐的水解、电中和、吸附架桥、沉淀网捕等特性， 因而具有较单一的PFS或PAC混凝剂更为优异的絮凝性能和混凝效果[16]。

2.2 处理印染废水何卓等[17]利用PAFS处理印染废水，做法是

调节废水pH为6，加入10%（体积分数）的自制PAFS，以120r·min-1的转速搅拌3min，静置沉降

30min 后取上清液测定COD和色度，结果表明，COD去除率达到92.5%，色度去除率达到88%。2.3 处理焦化废水兴虹等[18]以某焦化厂的二沉池出水为水样，

分别用自制的PAFS和聚合硫酸铁(PFS)为絮凝剂来处理焦化废水，水样中加入的PAFS量和PFS量均为400mg·L-1，结果表明，2种絮凝剂均在pH为5.5左右时，对CODCr的去除效果最好， 且PAFS对于焦化废水的处理效果明显好于PFS。

2.4 处理含重金属离子的废水唐文伟等[19]采用PAFS来处理含Cu2+浓度

为150mg·L-1的模拟废水，残余的Cu2+浓度为0.08mg·L-1，达到国家排放标准，他们发现pH对PAFS处理重金属离子的影响最显著，其去除率一般随pH的升高而增大。处理不同的重金属离子时pH不尽相同， Cu2+和Ni2+的pH均为11，其去除率分别可达到99.19%和99.17%。2.5 处理乳品废水李亚强等[20]将PAFS用于乳品废水的处理，

他们向250mL混合均匀的乳品废水中加入一定体积的PAFS，在电动搅拌器上搅拌均匀后静置沉降30min，测定结果表明，PAFS处理乳品废水的效果优于PAC，适宜的pH为6~9，PAFS投量200mg·L-1时，

CODCr去除率为57.5%，SS去除率为93.1%。

3 存在的问题、对策及展望3.1 需要扩展原料的来源凡是含有一定量的铁元素和铝元素的原料，均可以考虑用来合成PAFS，这样就扩大了合成原料的范围，比如含铁量和含铝量较多的煤矸石等；还可以考虑分别使用含铝和含铁的2种或2种以上的矿物来合成PAFS，比如用铝土矿来提供铝元素，用炼铁尾矿来提供铁元素，通过调整一定的铁铝比来制备PAFS产品。3.2 工艺需要进一步优化现行的工艺多为分别制备出铁盐和铝盐，然后再进行聚合反应，有的在反应中还需加入催化剂，导致成本增加；或加入的催化剂会引入二次污染，如加入MnO2作为催化剂，且合成步骤较为复杂。可以

改进为一步合成法，特别是利用矿物原料时，先进行铝元素和铁元素比例的调整，氧化时采用空气，能降低成本且简化合成工艺。3.3 需开发新型产品，扩展应用范围在制备PAFS时，多采用含铁量大而含铝量小的配方，实际上可以根据原料的特点，改进工艺，以尽可能少的额外添加铁元素或铝元素来合成不同铁铝含量的PAFS，并使其性能达到相关要求。还可以根据多数矿物原料富含硅元素的特点，开发含硅的聚合硫酸铝铁硅等多种产品，并扩展其在水处理领域的应用范围。8化工技术与开发 第 42 卷 4 总结总之，以廉价的矿物及含铝铁元素的工业废弃物合成的PAFS，其性能优于单一的聚合硫酸铁（PFS）和聚合硫酸铝（PAC），大力发展矿物材料合成PAFS，能提高矿物原料的工业附加值，有利于环境保护和经济社会的可持续发展。参考文献：[1] 姜梅，崔兰浩.赤泥生产净水剂的初步研究[J].轻金属，2010(6)：18-19.[2] 王万林.我国复合型无机高分子絮凝剂的研究及应用进展[J].工业水处理，2008，28(4)：1-9.[3] 李新国，冯贵颖，周广阔，等.聚合硫酸铝铁(PAFS)的制备与应用研究[J].西北农业学报，2006，15(1)：71-74.[4] 崔运成，孙雪玉，金亚东，等.高炉渣的化学综合利用[J].松辽学刊，1997(3)：25-27.[5] 邱慧琴.硫铁矿烧渣制备聚合硫酸铁铝凝剂及应用研究[J].上海大学学报(自然科学版)，2001(2)：176-178.[6] 李益善，祝业梅.聚合铁铝净水剂的开试用[J].淮南工业学院学报，2001，21(3)：43-44.[7] 刘启旺，胡俊虎，陈江平，等.复合型絮凝剂PAFS的研制及性能[J].水处理技术，2006，32(6)：45-47.[8] 邓海波，吴承桧，杨文，等.利用铝土矿洗矿尾矿制备聚合硫酸铝铁[J].金属矿山，2011(7)：157-160.[9] 曾凤春，张开仕.聚合硫酸铁铝混凝剂的制备[J].工业水处理，2007，27(11)：49-51.[10] 张警声，王淑英，唐正霞.用工业废渣研制聚合硫酸

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