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聚合氯化铝的工艺

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发表于 2009-11-16 07:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
老杨团队,追求完美;客户至上,服务到位!
潘碌亭,束玉保,王键,吴蕾+ u. s$ G  O+ i* Z7 d; g3 T! p
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
; e# w  y) I. n) g- l0 I在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
6 I8 T0 ^" j* b" U, J" ?液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处4 M, E+ ~8 _1 W8 L
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用& j0 C" T$ h- f9 x5 `+ K
水、生活污水和工业废斜管填料中。& p% g- t+ d# q+ W  Q
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮; O0 K, K' n8 H$ M5 l
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代+ E9 s2 Z6 @, Y0 W: d" k( |) d8 q/ C
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量  W7 E) \" Q6 b- v
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉$ [9 b5 u: T& j" c( ]% \8 y
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
+ |4 ?4 T. l+ b% d9 R% M8 K" X值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国& f2 ^: @; Y4 q/ v' \* I, c9 q( A
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研) G0 T: _+ v9 K' u6 k- o# P$ a
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到0 Y* G) Q! k, {: O$ N
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
) Y+ a1 H3 V0 u度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
8 T  O' Y. l, Q+ H7 N7 l& f和探讨: p# Z7 @$ X7 I' K5 H  Y
1 聚合氯化铝的制备技术& U) g$ S6 ~( B' f# e$ ^7 H8 G- I
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料8 M* c, p2 p2 }- r
1.1.1 酸溶一步法# w0 a/ m3 |2 P  g* m, y( t
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,, n# k) N4 U9 e% @
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
0 p. {5 ~1 r+ h: ]# [放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为+ o8 v- p+ E" S  l& M: ]
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
7 \, o2 H) x) _1 B" s" H" X- ^8 O4 U5 L3 i水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放9 a# H3 @# D& v  X
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
' C0 r9 Y- M+ ?8 W, G. y  V' a* l% k不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度1 M% x# [; l0 q0 p
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺( {/ X0 R% c5 `* G5 X
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
! h) t0 c' a0 K4 K  N较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
4 c! j% e3 [( N- c) h/ D备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
; i0 ?9 L# |# t3 u- m金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
  W* x) P, Q3 |" l- Q利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
$ L! h( G& \- G* _5 _出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚4 ^6 k4 I) ]+ J
合氯化铝标准溶液。* A5 T" A( U- p& S; I
1.1.2 碱溶法, M' i" f- o. Q
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再# u3 X5 z9 I% f* \1 {% z: M
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
2 k9 s0 X; H: k" m' R的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
4 T# b7 d/ @+ v& N含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
% R0 u. S; V  Z' p$ Z  V6 Z化生产成本较大( A0 |+ f' B# ^3 |
1.1.3 中和法
' n$ t0 w; q; y! [, y$ D+ Y1 h该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
/ p- E7 E! t) X制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
, N! u5 g" Z; Q6 l& }. Z4 p制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
; Q9 l5 r1 l) }7 z9 ?8 D; ]; g物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
* c# _. ]0 \; x! v6 t- k) Q铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
! P) t% l! U: A  f- t$ x% ?  M用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再) `" x5 o" t) g0 p% T& x
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得; b" A) v4 z$ [
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据5 I9 d* v7 x' H: f' ^. o6 B, [
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
7 q, z/ ?. p9 z# z: c9 n1.1.4 原电池法- ~- O. E; x9 M/ _( ?* d" u" |( |$ a
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电! o; k( e2 A! h6 O2 H0 ?
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆' _1 d- `! I  E% t' J
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属" F* ^  _/ K( J+ w9 [+ J9 M
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
5 b( y" G* g$ `+ p3 m: R/ y行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产& y6 r7 i6 ~; D8 t3 T
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅' C, `9 _. ]; _' `8 R, X/ ^+ A
拌,大大节约能耗 ]。3 z1 \$ i& P  ?  i
1.2 以氢氧化铝为原料0 Z! O0 W2 @9 V1 a
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的/ A! \7 n+ ^5 E
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。  s- w6 |" d) ~* r
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普' w. S, o3 f; n3 u" [7 E5 J
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
0 r  y# U+ f) ]酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
8 f! o7 ~- R3 W2 v不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
% E7 B; T: x- M9 F" s1 J提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
* |& X9 D' o) X$ u. a  G钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
9 l+ M, b0 m4 x质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
) i0 \; u5 S8 s- ~得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
( b; _5 U' w: u2 ^; @/ P酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯2 k3 f7 q+ \, k# H$ W
化铝。
) G" ?; [- _' M* y9 B1.3 以氯化铝为原料# [1 W' t' ^6 v
1.3.1 沸腾热解法! J/ l  z6 I0 f# s4 N- Z. n, q
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
, y1 D& L" I/ X, r0 }2 h) l& q; }氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
% C8 X, Z% d9 V$ _: F* E搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚' {5 J9 C! C) z
合氯化铝固体产品。
, u. ?' S, r6 [( m1.3.2 加碱法- f& z- s# \% Q5 z& m; B
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下6 j" a5 V& C5 R' \- U9 R
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,' B( U6 J! g- a
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产5 T8 `8 @3 p8 ^& {0 v
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产* S, E% V3 E: }6 `
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等8 g0 F6 `3 M9 A4 q% S, I; k9 b
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/* y& h/ K1 G% E( Z! ]7 A2 v* p; I
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
2 X+ [! S$ b# f! B道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到) L2 l3 `) d) J) \4 M5 Z" H/ [
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质/ H/ f1 _0 S% l6 d) K7 @! b. n
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
# F% p; \) {" ?滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
0 W4 r! y) l- `. i& M2 ]量也不高。
2 ~  h& ~) g' u6 h6 z1.3.3 电解法6 Y0 ]# y9 J; j' Q
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
, Y7 |  J+ f; I9 K( N' m! c8 p不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
, S, T1 w4 r2 ^/ z低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉6 m4 `% e1 T/ n! x
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
6 N& e: \" k6 k* V8 M5 h, n氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何) I6 g3 f+ A/ j- H$ O- J, R
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且) b0 c& a3 [6 }) u
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的$ {( k% D. ?1 B5 |! k! ~
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
! t( X' I9 ]( i过程中的极化现象。
! A. u+ x% J. _1 a3 @4 r1.3.4 电渗析法
8 K& q" U! A! O, K路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
+ A+ @8 ?2 p* \! o1 J; |" ~液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
8 ?, D% q/ Z$ t7 F' k0 H8 x板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应3 M8 L. V- u) n9 G3 J1 w1 Y
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。& c" s- }4 R0 l% f7 ?4 g" k
1.3.5 膜法7 f9 g$ Y; w3 T1 h9 E6 q0 |  d8 r6 G
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
: ~' ^9 G( o; t9 [2 s' o化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
, {$ _! S; E% m1 V' K通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得2 v8 [5 Y( W& ^, q% r
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜3 m# ?5 l4 r5 v1 l
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
1 T- q5 B' v3 J8 W, X以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
8 i9 d& |0 N5 L$ n铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。! t' t2 O/ q& ^, ~" u
1.4 以含铝矿物为原料  I. ?5 l0 a5 N* r3 ], M4 w: G
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
7 A0 w  [. e3 R( E- p; o5 C, g9 }铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
2 o# b! F; H, [要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
4 H& y2 [* r! F$ z4 v( h几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
3 X+ l& L/ {3 p般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等4 g) K- G8 M, {' V. j/ P% x
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其7 c& B* N+ x. G" H- ~% n# W+ v' h
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
) B  K( u: U7 w7 P7 {( T' I- [氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为  k/ w) d" e' i! V
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
5 R3 F+ ]) \) Q/ ~可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
7 O3 G. l' }/ w% |& Q# X霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
- C: G: C5 m; r! ~氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
& E, \: r3 Z8 K$ ?5 c一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。  Z& ~1 v% Z' a" U2 c
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
# D9 U9 M$ m4 f6 e5 F: n生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较1 n  ]( Q% v8 `! u
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残- G" ^4 u: O1 h6 y+ Y7 a
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的: e3 [5 j/ O1 I4 Y9 r. L+ m
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需3 p9 l" a+ u) q: P7 N* X. c
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
6 j; U7 p6 |) E0 j种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸, ?0 [& w1 b# e6 ?
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
! ]; X, m9 Y! R4 a- W高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
$ z1 ]" ]$ O# x% v' v8 i, q20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合7 Z' b6 J) m7 U4 a3 X( X
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,1 k; r+ p5 ]( ~) `4 G( T& ?
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
' S  G, X# G, `5 d. \# R; ?铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
( U4 o  e4 Z/ H. M3 @30% 。. r' c/ d7 b9 F9 B3 z- ?
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法4 t0 Z6 `$ S/ [6 B3 X
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都# G! u% w/ T$ D9 u$ i4 i
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或! I; a, U% r, b1 s0 m0 n! u
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
# P) U# r; n, H和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备% P: y5 J; A9 U/ D
复杂,成本高,一般使用较少。
7 g5 D# e. e; i5 t/ F+ ^; j1.4.2 煤矸石8 b/ _' ]7 \; m( v4 C
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃3 c' q. q) K9 k2 n* `
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
% M2 i; t, R+ D4 ~, _; Z0 R增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原8 v0 M# w  I' L9 j
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
% Y* z* i4 f7 t# z且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分/ k0 }% G9 U$ t; L& {9 }9 d
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
  ~1 b, _7 Z' m) D9 p5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合; c/ A8 J( v' U- L
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
# f3 r. {  H, N( x+ L0 V- Q已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石8 F3 a; \7 O% c
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小5 @$ Y3 C' m; ~, x) M; I
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
2 r. E7 c  A) Y9 L! P5 ?& ?处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
* O3 M4 u3 s. D  n7 Y7 l结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
; f( m+ K4 r; R8 U铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
5 Q' V0 H' g1 N基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为7 I7 N8 J8 D: @
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
- H5 B8 Z1 N& p4 b1 N1 Z6 P" i- [# U1.4.3 铝酸钙矿粉& }$ r, z* u( q9 G" o" A6 O7 }
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温" x- K. V( y* O: x( J9 X/ D
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的1 @& c6 a- m! T; i
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
9 ^1 o# E/ V0 x! o(1)碱溶法: j- H) F/ N* n  s& D8 s
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
; \) K6 q& e" A  T. }" y2 `液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
4 _$ `5 c7 [: i* m% N$ ?, h在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
' R+ f- C+ @, \6 p- E值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止2 H' O% @1 a% a  ~: E0 s
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会" I- V1 [' `  h' @- K
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中9 n1 z/ c& f& H$ @5 }
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
; c3 h7 d9 @5 B状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
' y) r) A+ e9 ]1 O6 o4 t# [铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
- N, A- s  r/ w( W生产成本较高[19]。
2 ^1 }1 A" u1 J$ ](2)酸溶法
6 ~! B7 T# m# F# o" J把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
. e* M2 V+ ?7 E/ J6 W( S熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
5 u' Y4 d( l* `- R5 C  c  V单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
5 ?% Y: W1 h& |1 j% o4 \) ]溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常' x2 H3 e, b3 Y7 y1 R/ N4 q
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
2 e4 O! l0 ]0 ~$ q* I铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
0 i' e4 v; j) C" i氯化铝铁
* B0 w: {7 o: m9 F. ]& D7 h(3)两步法; X- b4 y: @4 g* }0 |
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工- v6 O9 d" @3 ^. R1 K3 _' [( j
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量* y/ S: W6 j3 d4 Y( N
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是5 V7 Q) r# x. f% z( L
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。  K7 ?/ n* E- b9 c) W
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常+ Q4 c& ]: V" g5 C$ C9 O/ O+ ]/ A( |
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化) ~+ C& U  U7 v  U& \
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回0 A* u: `- J1 N; I
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
* e. O# a  B# ?酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
) _& ^3 R+ ~4 G" e. {铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
" p) |/ r6 f+ \- q  u7 r合氯化铝产品。
2 a9 o( R" {; R5 I' h; q- U1.5 以粉煤灰为原料
0 _2 F' j8 x* s" Y粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体3 v3 l: K2 r( l% v$ c2 b
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.0 Q/ m" \; W& J+ _; z' e% I# G
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
' F9 D+ E: t# R" L+ j常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
( {( U' J7 P0 q0 V# D7 P高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
& C& q. p/ j6 U% q2 w人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
/ i* ~# C* X. R3 m0 k5 t" O, u溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
/ E3 n: K* Y/ ^2 P9 x1 z- L用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
" J1 y( H5 w* @粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化! w* x% S) @( F. x2 U
铝产品,据称能耗低。3 f* `& ]4 e( s
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
, X2 z+ N( ]6 D解决建议. d1 y& A6 |8 b, |0 B
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
+ `* x. ]0 i4 B. l5 @/ B+ @0 m% u着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
, Q7 q1 n* A1 U7 J" j内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
" U- v2 W! s5 B$ I. N但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最- C* H2 {. q1 t5 t
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
( I! U. R  b8 M' Z. X% Q认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方) }# M1 e1 _& L" b$ H4 i5 Z- W+ s; t
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
1 L9 U, Y- Y7 K4 b' f/ o* w究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度: R1 k' w2 |- T( A
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
8 c0 [  M/ c) l" }* X$ H0 M" Q硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
) t& V9 O& j, ]5 K4 y# E9 r3 }子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
' x+ a% _! Q6 w. C  c+ c! i0 M入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在* f1 X8 P1 n  H
以下难点问题9 _) j% m) B. B
2.1 产品纯度问题
8 Z) Q/ {0 y; a氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
7 V6 p- G4 X. f* A4 ~% O常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我0 q1 O; q: |: |
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
$ n1 J: z, y2 |$ v1 l产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝8 ]3 H: v, s# ?6 Z1 @3 f1 i" }2 J5 [
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产& s+ Q/ d* e, G3 M! P% c! S2 j
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化3 _5 U7 m/ q+ r. H8 A
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝6 w" Z8 S9 O  Y+ r5 k& M( ?
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需8 C; S: K  T% D! x
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝+ ?7 D8 `! ~' p5 l6 q8 Y
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之7 [5 c& I2 Y8 |1 B
6 L5 c; {& M2 C" }" N3 c1 I* c. M
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推$ G) D6 n+ T; K  t
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新; I6 [+ W( p  i* |( k% n
产品开发力度。- k8 C3 H0 r* B& ?) ^: X1 O) A4 k3 e
2.2 不溶物的问题
7 T$ O6 o0 _" b! G+ N- D% u国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
; r3 ^3 R# l8 m6 e2 l5 l明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而6 h- i( h9 H0 g; f. D  d
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
0 J/ v. N; w1 I4 C成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相0 _2 S# ?0 S4 C- O* [
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
; G1 ?( [0 X- C" @2 b+ s0 Y不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解  p- N( M5 U: s; j: ?  l( d0 Y
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
8 y. G4 c# d, r2 [& r果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
6 E  Z  ]6 A) X也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
1 x4 f- y0 ^. i6 n4 K自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积+ v9 h' i" @3 a. f, M/ ]
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
( a+ e1 k! n( `& T$ Y高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,/ j) q4 z* |! U: e  R! \4 d
通常会取得较好的效果。
7 I' ?' S4 N' x2.3 盐基度问题
4 ?& Z  Q- z% M盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可7 |8 q6 r6 Y( D3 {+ a
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
, x( T$ ^0 ?4 U3 G0 e) Z) j酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
& J+ [( C) o8 @' C1 o5 g虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
7 p7 c3 y* I" j+ a; |8 j9 {铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前2 C1 N  M+ Q. `  Z) \* o/ b
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。; ?/ X- {2 a2 R
2.4 重金属等有害离子的去除问题/ ?2 r! o! f  V4 |9 ^
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
0 f; i9 Y1 I8 K. T6 i: j9 s4 f在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
: `  d6 ^3 M4 f/ x3 s, c' D害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑% C5 r6 z) d6 f9 v7 v" J- j
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。8 H" [* w3 [% [5 [6 t$ }5 B: K5 X! X
2.5 盐酸投加量问题0 v9 K7 b# L: s2 S4 v
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工1 Q3 g! [. I8 m( G/ V
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
# r* x& o! j" I" u本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
; x- G. v6 D) `. L$ `法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
7 X9 o9 A, y4 ~' _' X题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥4 M: b9 L# L3 O# S( I
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
. K; [' N% ?) X2 g通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
. c; W; l! J2 E- e, G低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
) \" E0 `; O: t8 j低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。2 }8 l; o1 Y0 [: z) p* v5 |# t0 |
3 结语与展望
9 D2 n. Q! s0 P9 a) {4 f4 Q聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产3 Q& Y: X/ n. y* m) o6 Y$ Z4 g
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水6 K7 D3 m5 Q: o$ l; V: R/ _
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上  X; G7 a4 X6 W9 ]- l7 j. O3 B
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
/ y- V& @: R9 F$ {  e( k; h. p' P品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产% N/ ]0 K5 a4 O2 k7 I4 [% D
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来. w. f" H* w6 x; |
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利2 w: d4 e1 a5 j# L8 o  G
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用" i7 j6 T" @( T. P, L
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
3 e2 p& U6 b0 w3 k氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用% S) v8 O, M0 s# ]0 R, r2 Q- W5 r
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
! W6 ]  j# Y) G8 U: G. G- v生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
7 q4 X' ~, R. D应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
: V, |( K. j; t+ ?, }& g聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,+ m( x/ n- Q2 D8 }/ y( f
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向3 j, V9 C7 z2 x
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复* x+ d9 Z& a6 Q
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝8 N( R" C/ H3 ?1 o' n# v" G! ^/ c
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
; x4 w: }# n4 C  o  L  I: J- o围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
7 F% G# i3 L, B5 o+ _: Z2 _( T子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
5 |# f' y* j& a. `2 yPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
) P3 [- X' A5 _利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产3 i* o+ y8 m5 \3 u
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点( ~6 B% J9 y, j  ^8 ]$ y. Z0 p: X/ g/ K
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作者简介:潘碌亭(1964一),男,安徽蚌埠人,副教授,工学博士, 主要从事水污染控制技术研究与聚合氯化铝研发。
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发表于 2010-2-2 01:23 | 显示全部楼层
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