混凝是人类最早也是最常使用的水质净化方法,近年来,废水排放量随着当今经济的迅速发展呈现出逐年增加的趋势,这意味着对混凝剂的需求逐年增加,混凝剂的生产原料铝矾土等矿物日趋减少甚至枯竭,这不仅提高了混凝剂的成本,也限制了混凝剂的生产,因此寻求混凝剂的新的廉价原料具有重要意义。在我国,煤炭占据能源的主导地位,煤矸石已成为一种排出量和储存量最大的工业废弃物,且煤矸石在放置过程中被风化会产生大量有毒物质及有害气体,对人体、生态都造成极大危害。但煤矸石中Al₂O₃、Fe₂O₃含量较高,从中提取氧化铝制备铝、铁产品是煤矸石资源化利用的一个重要途径。研究利用煤矸石制备新型复合混凝剂的工艺方法及其在水处理中的应用对于有效减少煤矸石的堆存量及实现混凝剂的低成本工业化生产具有重要意义。钛盐具有无毒、混凝效果好的优点,以钛盐为原材料的钛基混凝剂是目前混凝剂研究的热点。但常见的钛基混凝剂如TiCl₄等存在一定的缺陷,钛离子在水中会迅速水解,产生大量H⁺,使出水pH降低,对金属器械、管道等产生腐蚀。为了提高钛盐混凝剂的性能,各种钛基混凝剂被研制出来,但利用工业固体废弃物煤矸石来进行钛基混凝剂制备的研究报道还鲜有人涉足。本课题首先利用煤矸石制备了无机高分子混凝剂,之后参考无机-无机复合混凝剂的制备原则,将钛盐与煤矸石制备的无机高分子混凝剂进行复合,制备了聚合氯化铝铁钙（Calcium aluminum ferric chloride PAFCC）及聚合氯化铝铁钛（Polyaluminum iron titanium PTAFC）,研究了两种混凝剂的混凝反应最佳合成条件、最佳工况及反应机理,最后使用实际水体对两种混凝剂进行了效果验证。主要研究内容如下:（1）以煤矸石为原料,经过高温焙烧、酸浸、钛掺杂、聚合、熟化和浓缩干燥等过程,制备了高效无机高分子混凝剂PAFCC、PTAFC;（2）系统性地研究了酸浸液固比、酸浓度、酸浸时间、酸浸温度对煤矸石中金属离子铁、铝、钙离子的溶出率的影响,结果表明:铁、铝、钙离子的溶出率最高的条件为液固比7:1、盐酸浓度为8 mol·L^-1、酸浸温度100℃、反应时间3小时;（3）系统性地研究了pH、聚合温度、聚合时间、熟化温度、熟化时间对PAFCC混凝性能的影响以及钛投加量、pH、聚合温度、聚合时间对PTAFC混凝性能的影响。结果表明:PAFCC的最佳制备条件为:酸浸液pH=2,聚合温度60℃,搅拌反应5小时,在40℃下熟化28小时;PTAFC的最佳制备条件为:钛铁摩尔比0.3、pH=1.5、聚合温度60℃、聚合时间3 h;PAFCC在投加量110 mg·L^-1、pH=9、反应温度20℃、慢速搅拌速度40 r·min^-1,静置10min后混凝效果最佳,浊度去除率达到98%;PTAFC在投加量70 mg·L^-1、pH=7、反应温度20℃、慢速搅拌速度40 r·min^-1、静置10min的混凝条件下,浊度去除率达到99%以上,余浊小于1NTU;（4）研究了PAFCC和PTAFC对城镇污水处理厂二沉池出水及炼化废水浊度、COD_cr、总磷和氨氮的去除效果,同时研究了PAFCC和PTAFC对煤矿矿井水浊度、COD_cr、色度的去除效果,并与市购聚合氯化铝（Polyaluminium chloride PAC）进行了对比。PAFCC和PTAFC对城镇污水处理厂二沉池出水和炼化废水的浊度和总磷有极好的去除效果,同时对COD_cr和氨氮有一定去除能力,总体而言污染物去除能力去除率PTAFC>PAFCC>PAC,这可能是由于PAFCC中Al（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）及Ca（Ⅱ）在处理原水时发生协同增效作用,可以更好地发挥吸附电中和和压缩双电层作用,PTAFC中存在更高价态的Ti（IV）,能使混凝剂电性中和和压缩双电层能力加强,所以PTAFC对水中污染物的去除率更高。研究成果对有效减少煤矸石的堆存量、拓宽煤矸石利用渠道,实现混凝剂的低成本、高效率工业化生产和应用具有重要的意义。