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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
, B+ Q! `" P2 ^, ?(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
# D$ \8 P- ]/ H0 y4 j在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固. K) m$ G3 S! O3 _3 C* e  t8 Q
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
1 Z# v8 O- \5 x+ t) \理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
  t) B" E" V  C$ s9 t水、生活污水和工业废斜管填料中。+ d3 F2 ^: u0 m3 X
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮7 G9 T4 @$ F" \' g7 _
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
' b, |  f4 A8 z" O5 }) B+ e7 t  b投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
- b; w/ E2 z% {5 Q, D9 w& \* M/ b最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉) R7 P5 c9 ]" O" s0 x
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
+ \, B7 C( P1 g+ G5 k! ^值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
6 G+ t7 E% W$ P从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研5 f1 y3 m: T9 r
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
# E/ \* f1 p; s9 |. u8 M5 p了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
3 r' G# `- ~( L* A, N5 u* J# Q+ `! {度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
8 L0 n2 t* U' e7 f和探讨
) d' B1 B  U; |: v; {1 聚合氯化铝的制备技术5 g2 N. w! [) j
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
* S' E! o+ c9 Q" `& B7 h$ `8 E1 M1.1.1 酸溶一步法3 n) W5 Y( k" H5 N5 ~) `. u0 D
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,: ?; U, m/ U/ P6 s+ i7 M* a
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.# Z) Q, k" v" h
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
4 x: I& h& h$ I% b放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
  v* A( C, K, w' A% p- h0 |水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放  I% K* }/ n1 N
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至$ ]7 ]! \. O& G; \' n8 L
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
! p& I8 T* h4 u8 Y) x+ q( V至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺* O$ G! v5 E- a8 q" |# D& X2 k
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
6 V0 K& ]  P0 q* I% P3 ]3 Z8 k较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
: _0 h- Y; {8 T) v备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重- ?0 K3 G2 {+ V# D& \: E5 W
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?' @* r5 `: V2 Z; m/ [
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
( N# o- C4 Z6 ?/ ^- C0 `出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
7 v4 e5 Q+ M6 M/ ~  y% V5 [( `合氯化铝标准溶液。
7 b( _6 y0 h; u0 \1.1.2 碱溶法
6 K9 _( l- g7 N% c2 Z- L$ V先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再3 B( }$ {1 B, y4 v9 q
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法3 ^* X9 l! C$ D' R: _# K" _' l
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠1 F( \% R& @: s+ t
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业: e$ ~# r5 E' J  N  e4 G' H
化生产成本较大
$ a6 O/ k! K& E1 ^" `1.1.3 中和法: B6 b5 i3 H0 x0 O1 r
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
7 {4 k( m7 j$ d3 r制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即) {5 J' r$ e9 Z: d/ ~4 p% Z* U
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶; \. ^" Z9 ~& Q
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与: z: r& Y. N; p
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分7 q/ @9 B, e/ n
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再8 @7 H' b: n3 s5 f, O7 a  e
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
2 V: E9 N5 u( x* N; x0 C7 m$ n# ^3 g% q到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
, a% K3 |; k, p. e称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
, _! `8 D7 e) V5 U1.1.4 原电池法
+ i2 \) ~3 u4 N  q0 v% m该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
, c) C1 l/ f, d% e6 o$ T. M化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆0 I5 V- f5 P+ V$ P. d2 s( u
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
& w9 Y5 v5 A2 p筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
8 x3 [) }* R$ x行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
( B1 u) s' |4 \/ T$ U  i4 K8 _生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
# D8 n/ x3 W! F& Z% U0 |拌,大大节约能耗 ]。7 l: \( e6 v: u% _5 m3 ]
1.2 以氢氧化铝为原料
' O  q1 z' g  Z将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的' e* z8 Z0 `3 d# q
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
9 }( p7 S% e9 g' }/ d2 s该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普1 {9 ?- @' I  w; A- z
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
6 J! }7 ]( l+ f# [8 t0 z酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
* c8 w# {6 ?) w; U不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多. u4 A/ ~7 q( O% y, N, V
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸2 d0 r% D2 }$ |& j4 ~; v( ?) ~3 c
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
; G; O4 Z- l8 v) S7 Z. G' V6 y* E质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
/ R& V! \& I: c( \得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
8 {$ {  [. D- C, s2 I# e酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
8 H3 O$ `0 a( v5 i; |化铝。
; V" e5 `+ A0 J3 \1.3 以氯化铝为原料! C+ f$ d/ o; ~* d7 r
1.3.1 沸腾热解法
( T* M8 z$ ?+ b+ D+ a7 R. |. O用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出2 w) y/ g& N- L1 V" C$ R; F0 i
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水2 d/ N1 y% W! U; h4 n
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
) y/ T( G' R: I6 v: c合氯化铝固体产品。3 N2 N* |9 D2 B2 X  q* l" g
1.3.2 加碱法
1 a8 S0 N6 [  b, |: w先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下+ H' e, {9 w. Z9 \# I
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
/ t+ F0 V( J$ ?4 E; m# j# g6 n反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产2 w  c$ @7 ^- o2 B4 S* r+ r
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
3 R' M3 n5 F& s! x" B$ t品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等: \7 i/ s8 }' b: m+ `" h5 Q
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/6 I7 c& U+ f, i
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报8 e# s) A, \+ ]- b: ~
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
( C$ I6 y* W/ P* U# PAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
' y) a' M  @! d. t) }) B. \量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐$ B2 `% d: F3 g+ Y% F' P, W7 d1 Q  ~
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘6 l3 k7 f' I4 O0 X. p
量也不高。
$ A0 [! k! b$ G3 k  O3 g) C1.3.3 电解法
! \/ t9 s- v! ?该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
) t2 |1 }/ \/ A3 g不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
/ H9 d3 r, T0 S5 x' z低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉1 V+ P1 _2 E% R6 l4 {1 }) u
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
6 t  g2 F0 s/ x氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
4 K7 X# g. O' x锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且0 d; {+ {% @/ l: P
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
: }& V) I6 u; |倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解- L, K0 }+ c4 }7 t& U( v- ~) i
过程中的极化现象。
% ]# @7 I/ p: l. o1 W! A1.3.4 电渗析法4 A2 l1 E1 W* j* _1 p0 C% u+ u
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解0 H& P- y) `5 _2 Y$ o8 |$ ?' T$ j
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
# L) ^. N! g" [9 e% v9 M1 u: `板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
5 @5 s0 q, b, A2 ~! b; X室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。3 o* j) O( Q; L' U# X
1.3.5 膜法
& p# w1 d9 M+ h$ Z  P) L该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
5 j0 Z5 q/ Y- b' D2 _) z化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
+ b$ m6 q5 X4 @; R* A) @7 Q. f通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
  l+ s$ s1 u$ D- F, BAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜' ^! e. ?" M$ ?9 B- b; A$ q
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
7 j5 _6 l" p, F& _* T5 \) f以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
( P6 C! {6 A2 U, N6 p铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。+ H+ U$ ~1 m: X; g8 {; ^0 Q
1.4 以含铝矿物为原料% {5 O) b! _: ~
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
- E4 O$ K/ g/ H! d% D6 I铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
5 [# [' s  y* }. {要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
' P! M8 d( O1 w- G! o/ ^4 W3 A; [几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一" c. I! M1 m8 W
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等! T! l" n  w! ~* Y9 c
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其; b2 u9 _' q# n1 P$ t: f
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
  l6 X& ]' p$ e, D4 _/ t氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为: j& E: F0 l, s) T1 t4 q
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,4 M! Z; l1 L7 U8 m
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。* D5 J+ K( c1 G& f; D
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
# c2 ~' ^1 ]1 u: _$ L. ^* u1 p7 n氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物7 o" B1 u$ j4 z% L- T9 t$ {
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。8 x* Z- W& Y3 E- ]7 I6 T6 T' r
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
1 A2 S( O9 H$ E! \生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较& _7 @2 D" k1 S, ]+ s
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残% @: ]$ H5 Y! Q4 A* z
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
6 k6 G" K" G5 m/ n- a* ^粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需" q5 Z1 ]+ p" u! |
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
$ @2 r4 J+ M3 _种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸  S" l5 j# P7 p- @3 g* B0 ~
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
, b! o! H4 n$ j' }2 B高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
0 A+ m% q' k0 C: e20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
; ?5 H  e, h/ ]1 K1 ]# j氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
& i: K2 I  t3 q! R氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝# j# j4 L; g  h' T  h
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于" W4 {) d! f7 a
30% 。
& ?/ c  l+ Q  K一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
* E( F# F) P6 P, A0 W8 P9 T+ d制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
; J4 |# \6 F. K: T需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
0 M+ n  I6 S& K其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠  u* b+ ], B& K( b  z1 W6 e0 C9 T
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备& p2 g- L$ G7 u% Q/ H( d
复杂,成本高,一般使用较少。( R( V4 Q) k( q6 C6 z3 A6 J7 N
1.4.2 煤矸石# _' f: e3 U; h
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃" T- F! R* A+ L, ?4 t, a5 s+ D" ^
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧$ F0 l; d$ V* |+ M7 w1 e
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原$ L; O  h3 F$ A- o5 W" u
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
! v' I4 ~6 J4 }0 w7 T  A/ f: J且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分8 T  m+ L' x$ g$ G8 D- V
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
0 @* Y3 e* e" Z" ?! t1 ]* Z) ?5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合/ J3 \4 Q' p8 o3 S; I
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,( S- |& Z8 c: f+ I+ F7 f
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石' w3 A$ b+ l! ~+ y  e
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小: e/ j7 y0 _2 u% x# W- r
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当; w3 I. M' E% I. x) p
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得  N+ P3 a$ @+ }
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化- c* Z" {, P) k; ]! |
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
" R" Z$ i: W+ ?3 s1 Z0 g4 C: ~基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
  @0 D6 I. x! \7 O* M8 R原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。! M( @  T5 \0 ]$ s! b
1.4.3 铝酸钙矿粉
$ h) d# q. i0 x4 ?9 h铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温- w( q) y$ r; k7 q- z& ?
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
" g2 i$ ^! M. G不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
: }5 f" m; A* _8 I/ D(1)碱溶法- e0 S; F; ~" k4 G( S% a* r
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶' ~( Q! B) h1 d9 D  w
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后- {" Q, E( a$ ~
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
* \2 T& n9 D7 ^( ?8 w) C& C- e, X值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
8 z6 \3 l' d; c: W0 c7 y: I反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会/ F, \0 W0 D+ @1 m
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中2 V) a0 M/ n) ?+ s" u" R
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠9 U& I3 o$ e2 t$ N$ L# S
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
1 y. T. T, q9 v/ b! V+ a1 R铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
  P8 X+ [0 O2 a) O; o: I& l生产成本较高[19]。
6 O: _, N9 M/ k(2)酸溶法
- S5 I# U9 m* z把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
( ?+ w: e$ @  ~) ^. ^$ F  D熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
- \% n7 T5 ~! h& v3 R9 o7 g单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
" K, t3 v8 \) a1 `2 v溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常9 |- }3 X5 s+ G' Q) y' e/ v: g
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,3 c& d2 y6 v+ c+ j- |( x7 y
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合  E; @( i* ?2 g# n. k5 V+ M. P
氯化铝铁$ A, Q" b0 P6 z; ~2 W& E
(3)两步法
* O; e) Y5 T9 g4 V6 W; r这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工  p- {  U0 _0 R1 a0 C+ Q
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量% n- g0 ?# O  }. Y+ l
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
3 I0 ~6 i8 Z: K( E把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
  D* G- ?7 S' R- @. j这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
2 g& G  O; p6 m3 s8 t第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
% ?2 t; s' ^' N铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回7 j  y+ Z# Q; ]# G/ G0 r& c
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
7 s3 J8 h9 R8 I! L1 g! x% Y: I# ]6 u酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化" t7 o# R; D  r& C9 L
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
- K( u0 p) @0 s+ i- V合氯化铝产品。4 T; G7 K+ E$ D" i3 ]; ~
1.5 以粉煤灰为原料
% o( n% g  l- w) B粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体  V, k# g' I3 e- b
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
( \5 C( i1 b# Y5 K! N活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
# }+ I/ c3 Y1 j6 G5 X( s6 M. P常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性1 B4 z% l; B" [1 @4 U2 P
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有$ m0 {( }! y7 f) F! @
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
3 r3 z( n% q- @* D+ w溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
: Y9 [6 G! ?* q7 M& z( ^1 F用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用( I7 E- h; p$ @) {$ ]: G6 I9 R
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
6 |% q& ?1 x4 `* P铝产品,据称能耗低。. j# L2 M+ w+ g$ S3 F, U
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及( C8 A( l( u! E% i2 m# D; @6 `
解决建议5 q' o4 ^0 `+ u# W& p7 D
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
9 n2 t& @4 W1 b# K5 Z' ~着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国( s. U& T: \# C, S1 u) E
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
, ?6 |# V7 o8 o; T' H. l. y但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
4 W* W5 {# ]1 w' q佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
- P" ]3 g/ U0 z4 i. @认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
+ d3 }5 i& {8 o% Z  @6 c面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研/ D! h9 A9 F- Z, G; b: v
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度4 C) K. c( H+ K) I0 X; W2 ?* G
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
0 _* r: K+ H, r1 o; a硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离4 P, P$ m0 Y& ]. l
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
+ z. A. k- ]- R  r入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
4 ^! A+ k! ~4 q, v以下难点问题
! h3 K# F3 q3 Q9 F* T8 Q* [2.1 产品纯度问题
, e) q) I. S. b氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
/ j3 E1 Q2 a  B常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我( n0 O' e3 l1 }  C: Y8 r
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
7 i) U# C' T/ g. G产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝* G: V6 }# k5 o! l$ }0 z, A2 P
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产& k, i2 A; k' L
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化8 v; p2 w8 G+ [
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
/ ^2 i9 O& H# l) n$ l+ u' q* b) a/ }盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
5 ~+ L5 v+ I6 u# U求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝/ t/ x6 Y7 ?6 H2 v- r
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之/ {! j1 @) y1 I3 x1 R3 a
2 q- n- H9 p& e; X
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
; V. `2 O# Y* M2 h4 n广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新" {6 K6 e( Y9 ]# j- |
产品开发力度。6 v$ r# V6 i' v* \$ ?
2.2 不溶物的问题" c) C7 ^8 t5 T6 y4 ]
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了2 u7 G5 R1 V$ y% t- s
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而0 r, _* Y+ u$ w1 }: R5 F+ ^
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加# P& r% z9 l. J5 x8 U, y
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
% \: V' D) u  g, y# Y% `9 w5 N应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
  L- n1 p) k% m+ m9 K. H& u不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解( z" f& }* ~  r
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
( }5 m: g% I0 E. t4 ~% f果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择/ I- L$ w4 ^7 P8 _2 X7 V, k
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①8 f5 a# n) E& _$ K% Z5 E
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
1 n: C* d: t0 y+ W0 d小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
! G1 ?/ o% Y6 o  I高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,3 O; @, t5 d( o4 K- r- r1 E
通常会取得较好的效果。- g7 _/ s3 u7 T; G  X2 @1 H/ f
2.3 盐基度问题! f6 }) }8 s7 _" Q; e1 S
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
3 V0 |) C! B% e在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳% J$ b$ Q! Y4 d
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
. [: K5 v4 f. H) ~& H虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
. ^4 e+ v' C- m( c1 F- k铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
# S# W- p5 G$ s6 Q! ~, C国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。$ O: V2 n" q- i. j' _" k
2.4 重金属等有害离子的去除问题7 S5 ~9 P, q3 [" p  g/ B. L! k; G
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
8 G7 h$ ^. y+ Q7 F在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有# B5 S5 N4 t* C5 b+ q- p8 }. w+ ^
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
8 g% e- M3 e+ z1 s6 S置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。9 I0 z. G& Q( a  z0 h. `! @
2.5 盐酸投加量问题- e& G" ^. C: }/ q( X* C. D
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
* K& |/ R% d/ E) @3 N& K: p业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成) Z$ d6 }  ?4 Z2 ]  X* o
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶% d" N) P/ c' ^3 N: D
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
; X5 e( B' P# b5 F题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
# K. Z& @  _, {7 k3 j' C4 ]发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数. S% |8 _7 }9 ?
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率  Q3 y  S, p$ m8 y: }
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
7 m! ~7 A- a! N, f低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。* j# a. J: N1 ?+ o+ F, A
3 结语与展望$ e' ?$ T" Z' H& [2 R4 \
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产9 Q4 e2 h( J4 F, d( C7 a* K
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水9 S& K8 d6 W. K2 X( y2 S
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上3 o- `. b; A0 C1 j
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
" y9 t! a( y: R" q8 ?4 g* x+ g3 e品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
: s; N% P* H( C( ^; j( p) o品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
9 M% R4 u( {2 i8 @' C由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
9 E7 u9 v9 M0 }6 `用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
  |5 W& M0 A) l此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
. \1 P/ l! B& T( k% f, [( K氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用( U6 s  q$ X$ X/ q7 W" }2 r9 R
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
! }. b8 x+ S7 _/ T* h生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
3 D" E& W, C% s0 H应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
$ X7 _' t' s6 ^聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
- A9 a1 r$ R$ P8 G- o+ d4 N是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向! N/ U% I' `5 k2 x) t
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
( ?& ~7 F! ~$ q) `6 j5 ^* G1 [1 J配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝6 g; i0 ^7 H) l: Q* j# v
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范' X( C! T# {; B- @; y
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
5 ]* v9 J% S- u, i; f) r子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内  U: c7 s9 k4 W1 ^4 T
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料' N1 k5 d: V4 u
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产* Q) A0 G- q. M) f# {% t
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点) _+ E1 A: b7 G6 S# m7 `& i* e& S
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7 Z' g. z. h( F9 V" j; P! H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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