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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
# w! a, e' D+ Y% [: o( x. j. I! D(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
9 h8 c9 X3 _0 c在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固# z! v  P8 p6 n$ v
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处; y% K( ~8 ^$ |' f( r
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
/ f/ I0 |3 k7 N3 K7 v+ l水、生活污水和工业废斜管填料中。2 G8 I' f  r0 v* k
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮5 P" [! w5 K0 H& y3 l
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代  M( p( X% v7 F3 x  t, l
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
7 q! P9 ]3 f$ P最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉. p& \# Z5 g$ C- |  |& B
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
* E2 e* g; a" I# O/ N1 Z值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
: m+ m! M# q+ ^; V2 d/ t$ r! w从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研& s7 X4 T; g( Q! a& N5 v' ^
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
3 R* t- l. J1 [9 i了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角% \7 u* t) p' ?3 O1 P* v: M2 ]3 D( d
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述/ |2 D& M2 X) j9 Q6 f- Y
和探讨6 m/ j# _" O4 p+ f# r
1 聚合氯化铝的制备技术
( a, F2 \- K8 m5 Z, T1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料9 K# A" }( x6 u5 W/ L& h" @
1.1.1 酸溶一步法: N$ p4 ~9 k  L1 n  r& i
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,% x* {8 J/ X- `% d- t, {& U; R
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.. t' _, J; S/ K9 t, u
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为, e1 B. S  C! f& p0 [/ _
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,0 g* X% Q$ F; X
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
- u9 h- }7 j+ ]$ O9 y( q0 k' b出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至! Q( T! q+ [2 ^5 M- `3 K4 q
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
/ N. r, y$ \+ u6 }. [+ F* l! Q至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺. e* i- ~7 H0 `& z( h
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
; s- u1 ]( w! ~8 G* k% H较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设8 O! i! c, n" L3 N9 p
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重, q; ?. K6 D0 p) P. A: C
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?0 s& P3 U# J! W# C( V( ~# J
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
' I8 h  m9 V5 [出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
) Y; p$ n! q1 X2 J" J/ o合氯化铝标准溶液。0 J& N- z; _' h: r) E
1.1.2 碱溶法
1 s% @& j7 _4 u0 A0 z3 y% j先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再, }. G6 ?) w5 k
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
# _% R( Z$ }5 h' P9 P6 Y) f; k! z的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠0 T* J+ L" A0 `0 C( Z. |
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
9 ^$ P) D% I3 D. ~' ^$ \化生产成本较大
7 J; l" k+ n7 H/ j2 O8 t1.1.3 中和法
; W  V$ `, M1 ^# f该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
1 e7 r8 u3 }3 b! z, G7 l制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即( @- v1 a$ l! L+ B* f. o" S
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶0 b. v6 K' G! @! ]6 @  @
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与8 N; f) [: T. a9 M4 m' A- ^: p
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分; |) I9 Y3 f9 u# n3 f
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
0 e- G0 E+ c( D6 k. N把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
7 S# |9 t% j& u- h5 B8 c到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
: L6 [7 A) Y, G* p* e称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
8 U' l/ t- ]3 x$ _) \1.1.4 原电池法2 S# y, U9 G$ B, `2 k4 ^
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
9 g! h% ?; U# Q化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
1 t' _8 M# s+ C. \4 h% d桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属2 r" t3 M& o1 b5 Z& F% j
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进6 `5 [: P  e1 d9 t' `+ `
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产1 @, Z4 k! D. A& J" q
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
5 J  P  Y' V' o& {3 [7 {拌,大大节约能耗 ]。0 k  ~3 W7 U. Q- D- X4 M+ w; [
1.2 以氢氧化铝为原料
/ e" g0 I2 x6 K9 z) [$ A将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
6 X% E. d9 q" c7 K温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。& a: g" u+ |0 D$ v# ]
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普, h9 T& ?1 {  ~0 f+ m2 _: P' S8 t
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故  A. o# o$ P8 g. R9 Z
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
* d: C# ]( J) {+ S0 T: j不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
! |( j. y; K8 ~- D$ k; U, [提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸% v6 g. T3 X+ [, B  ?( N, Z
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
. \4 ]' H' \9 B+ s质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制# O3 o' C% |& ?# d  R
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝$ o. t0 t' C0 d- n
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
: B- B9 Q2 r$ A3 V; i3 B( j化铝。
6 K7 s; i, e0 M8 I* \+ J1.3 以氯化铝为原料0 L2 Z2 u9 P9 ?$ ]# P
1.3.1 沸腾热解法
! k6 h6 ~: @% \2 m: i4 u用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出6 B( ]: l, G/ X( b5 Z
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
; E8 Z: E& k# T0 }搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
9 @4 D! S' K8 i- i7 u合氯化铝固体产品。0 O& `* e! A$ Y. e
1.3.2 加碱法, o) k' [6 a" R. |  Y, G$ `
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
, A7 V, R8 e) h: K0 o强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
# S: i4 q8 d" x6 Q# r1 R' ?反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产$ x9 U5 E' B6 A! G& c
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
2 R; g# [- t; r3 s9 l3 ?品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
" `; Y4 p4 P: i. K( v* I$ F1 [通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
& q7 v% D. o/ W: O+ [$ e, a, bL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报# W# j% W3 N. z7 l0 D4 Y  Y: l
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到* p% u, L% v) e& T) g& b
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
2 a4 \  T; a7 t! m# A+ B' Y& R量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐2 K5 @( [& W8 Z4 L+ }4 H
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
+ d3 s) h+ \4 n/ d, n+ N量也不高。
5 x! \8 [0 W2 l2 |7 l. ?4 J1.3.3 电解法8 P1 o* K8 ?$ g: {' H5 m+ f2 H
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
7 `- N" M! ?% f, a0 M4 W3 s不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在. d: u5 S# F% _. v. [7 i& E
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
" t, C8 _: y, _$ ]  M3 F9 I等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合7 H% b" ^! a% \3 H+ y
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何+ Z/ r" p8 ?7 F/ T
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且8 n+ R; z0 {3 k* I* e
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
$ P) E9 }6 z1 [倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解" S" K( ]) c: Z& x/ _
过程中的极化现象。
9 o4 S1 W! o. h, [8 J7 t1 y1.3.4 电渗析法. O& ^* S' n" A7 I) _+ ^- z
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解. \2 X' f' O6 W2 n
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁% |! e+ f: Q4 l& o. @6 ~
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应5 j8 e7 |- V: S2 o
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
% B$ s+ N% C4 M0 I6 H3 f0 c  m4 A1.3.5 膜法
5 H9 I0 H1 r( x2 B该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯1 P" O* }; z0 A/ ]5 x
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
. Z5 P2 n2 G4 |4 A通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得8 z% d, u) O1 C# b
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
# A  V# X" g  g. f0 y6 E制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%/ R- `1 a/ ^6 W" j+ c
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化% a# K3 x' e* T- P
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。/ X4 M# G: A" M' e- v
1.4 以含铝矿物为原料" C# n' r2 H+ H# M6 t& R2 O
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物8 u- B' [2 |5 t# k- ~1 X
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主' ~  i, _, E1 ^& |! {7 l" U
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
' r7 O7 e! H4 O3 }几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
2 T( d% l8 R) q/ W般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等! ]- N5 B8 k. N" Y; x' x( P
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
7 ~$ n! ^/ V. x& x- a1 }分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二5 [" x2 E& u: z" Z2 ]' h4 O& h
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为/ X5 r# g% Z/ r+ |
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,/ L, k$ {: v. n8 i- v
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
, n/ l( {4 S/ S5 J8 f. `! c! i霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
( I  N6 U0 q2 _- Q* o7 A氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物& V7 i( U- w- P0 P# \
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
) G* Q: C7 j7 T. G酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
# E) h! x! G3 q7 s生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
8 T) }8 C3 K3 \7 A5 o) D2 ~& M大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
! y# K* w- d: E/ u( s" @渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
1 @1 j+ `: ?+ W/ d- I& z粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需  q8 v# h7 C- H' b# `
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石$ z# v8 Q- Y8 ~) G9 L1 v) O; F' v$ i
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸+ R' @; B6 u! q" c
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越3 l2 f% p; C% t  {
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为. S$ [" m% ]9 i( X
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合- D2 Z- y7 w6 j; R3 N; w7 h
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,; g- H5 k( R7 \) i6 Z% q
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
4 n- p4 ^) B6 `4 _铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
: S2 C1 D5 H$ {) n) y30% 。5 F/ p% r& m0 P3 f) ~
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法' t2 U. ]$ Z7 r" d
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
7 C" m: E5 e3 K: D) e0 F需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或4 `9 k  g' L; f/ k
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠# R5 j& a/ }5 o2 o5 J9 t8 A4 Y
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备2 X. n4 U  R6 t: b* E+ k
复杂,成本高,一般使用较少。
2 F) y# k, P. {; X: i6 {1.4.2 煤矸石% R) `' ?. x2 h/ Z
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃# z' o# a8 b* I! _* I0 {3 F
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧+ H: ?. ~% S  `+ C" [$ N3 z
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
: X$ z8 N% A2 P: u5 A料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而4 T" _8 c. d( o
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
& f4 I' I7 X: C数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和) a: H* K. d) t+ A# |
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
7 c8 ]% d  S% ~5 x( h, g& R氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,  V8 T* V0 U9 s3 V
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
; h! M, x4 A  V! e# C6 ]+ i3 Q经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
( |$ v, K4 v5 U6 A8 }/ \时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当- c; X5 H0 }- Y. T
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得% S4 x- h& p5 ^( f+ Y; v
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
; S6 X! l, _& G铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
+ s3 @1 |; \. Y- P, R+ X基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为# A  p; f! A. B: O3 S
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
' L1 ^2 _6 K6 {! s- j& e. x0 z1.4.3 铝酸钙矿粉
/ ?# V/ C& E/ m! l# s  [7 P铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
+ N6 V7 P; [- P  ^* {, h煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的3 ?. K% A' m0 h
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。. s. R" p: G+ w  {. N
(1)碱溶法6 ~* a" K  v) t3 ^
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶$ r8 _, k; y/ M- Y, V
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后6 ~1 c+ J1 H! F2 B- w' z. [
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
' Y$ y) b, n" W0 Q值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止3 N3 P8 x( j$ d  w
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会6 o' W1 E/ a9 i% P
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
2 N0 a2 Z: Q9 |1 y" [1 a加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
9 T5 Q# d" E3 h- _- g状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
) Y7 G. a1 j! X" C! H铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但# n( {: U6 i' d2 F; h
生产成本较高[19]。- [/ b- K+ S" z6 g  I' L
(2)酸溶法
: K. v" Y. }; {- b9 N把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并/ l" c; s8 `) t4 A6 C- R& r
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
3 ?0 X+ F- i' e5 X1 g7 x单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
* _- t4 U+ o1 M7 a, H& y3 `4 ?9 h% [溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
2 r; e0 S" b% H3 [, W) h0 S不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
6 M9 @. U: {7 _0 O铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合, |+ P: k& z' i5 P+ y6 {% p
氯化铝铁
2 f1 O  S0 I* E  W6 ]2 d; a( q(3)两步法+ c! o& R$ J5 h" B
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工( j- \" w' G2 d- p
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
; K9 \# a1 k  R+ z: m4 R比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是2 T# I* j! B  C* Q, o' n
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
8 ?6 m8 T3 J0 E! Z, \- G# {) P这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
5 _/ y1 Z4 o- d1 O5 R第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化$ \" U& y: O) @1 ~1 w7 T* q; R
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
% N) I& n5 {- Q/ H' G流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
; w+ E0 o% B1 y) j; Y: I酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
, I- j) ^. j& N; W  C铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚' ~( ]7 ?( n7 _5 ~: B: ?
合氯化铝产品。5 ]) Z% Q: U. Y, S9 U; B
1.5 以粉煤灰为原料! a3 l( e/ e' M+ N& K
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
, s5 D- s; X0 P废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
' t! Y1 [6 i9 P( E. X( }( B  Q9 \活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通& M* @7 V: B4 Q' \) t9 x
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性6 X' B3 u$ A) k/ w( k  `! g
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
9 E& v: h1 K& |+ d* U9 ?( I0 b人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
1 u7 P2 d& n* {溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再+ Y1 K* z5 J, E+ P3 F6 m$ k
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用' q7 Y0 W, [. L' d0 l' \4 x" ?0 G4 [- y
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化* V/ k+ L  E" I- w. D; Y
铝产品,据称能耗低。; R2 ~# u, ]& @  h  F) W
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
: e0 H" V" u7 @! L2 [; |解决建议0 g! |6 A5 x* k* A! J1 ^
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
: W- j1 S5 S' }7 I4 O着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
6 b$ I% A2 U" f$ X内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,; [8 L9 J9 g3 i) N# A
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
7 N+ S4 @* V; q: [1 U% }. K佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者. C8 a, p" e7 b- T" ]/ [, K
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
' |5 X/ ]) \5 o7 l8 N$ m, C4 T面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
6 N5 B; K- H7 `; [0 D* X究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度4 e1 l# q2 S; S; N, T
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、2 _+ k/ @% I3 ]' d5 \
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
# u/ g/ b" O/ p( H8 q7 M子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
- [* U  k. c! I7 S1 l$ L  @9 R入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在6 U3 s/ I+ C; t( N
以下难点问题* R6 x, n/ L& O: s
2.1 产品纯度问题
- i' z  S% o! U氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
5 [9 Z  U* \4 |) P% k% g" r常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我# R. Z8 n; _; _" |7 w7 E$ z4 d
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列) [( }$ W3 L% Z) ^1 t1 j
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
8 v- o  i# x" s- I. P) w酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产2 X! P; M1 W' t8 i
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
  I# W1 k3 U  W# ~. w3 S* x9 @铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
) a. H. `9 J. Q1 Q9 R盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
  `) S$ z" l0 L$ O  h& a7 B# M求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
& e( N0 K# B5 R, ?) I* r4 c产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之4 K2 d$ c: P' {# r! `% Z( X
7 a% f* J2 U# m, {$ h0 [
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推1 E2 ~1 n/ o* |9 h
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新; W7 D  m2 J5 C: `  V* I
产品开发力度。
% I9 f8 ^/ G: e7 D& n9 s6 k1 S2.2 不溶物的问题
# j4 {- K- u4 U* f: Q; p" i国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了2 `' B) _7 y: Z7 J, Y7 ^
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而, B: d+ {/ R; Y" P) O$ N/ k
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加5 z/ U- U1 E/ u
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
2 a" H3 a, s/ k( c应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
5 m% O$ f5 \  p不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
. n$ S/ g! F8 W" a决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
: x, b( o: g, N2 N' U果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
9 Z, ~1 v1 r6 P  \- }. X也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①3 E- l; f( P9 O. z7 }# M" T+ P
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积# ~* q3 O6 C/ M' k9 A* L' O
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗) `2 w. g0 ^1 h, t8 D( e  f  s2 [  }
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
7 c/ m8 M' n$ R- ?! ~  K) G通常会取得较好的效果。
2 x# r# x5 o# @7 ]7 n2.3 盐基度问题
7 w& g! {' y, e- u( L2 |5 u- {盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可$ Z% \7 u3 l# {# h
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
- I* D2 u) G- o  E% U. X酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
% w. h" \3 d' ?1 Z7 c9 r虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
- \) X8 S0 i& a1 E( x; m/ @铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
2 n4 t; n  H' F3 Z9 f) |% k( X国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。1 W9 {; z; R: B/ r+ V' e2 e
2.4 重金属等有害离子的去除问题
; Z! P5 C1 F* R1 J3 ?1 F. }某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
* i, K- k6 v- \' |( b2 d' H在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有. b5 c# w# R% M- `2 x2 }
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
6 T  p6 R6 P" J# N置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。' y! k3 O* h( L1 i: E; E4 w
2.5 盐酸投加量问题
8 Y2 T; Z! S. l制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工- l5 E; h2 Q; ]  u% ?4 N: |
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
5 q4 s3 k$ o# l本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶' s7 E  V* E* b6 h* G& F7 p6 N2 L& V) S
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问5 q. t) a8 A& R) S" O3 h
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
, _' m3 F8 V# z" v) ^发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
3 p" }- B' {3 C: ~" w$ Q# Q通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
) W2 k$ N( H; [3 v8 ~9 M- v低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
/ S; {3 ~) O' h, _低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
+ d' O" m& d1 r/ z' P+ ~3 结语与展望
! h& U9 x) m% d- l' O0 ?& p5 T聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
& _! B( E5 ~: \( m品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水( V4 _+ r* ~5 }& v
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
6 p2 g; I# E- P( t有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
- U% [" W( T; N1 i9 B; _# ~品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产( h6 S) Q& e5 v: `; Q; P; w: V' n3 @
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来  D# E3 ^+ {- ~/ ]2 |$ Y
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
4 d% U, A" U6 `  e用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
" U0 `! ]! c6 s! g2 k; t此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、) a1 p! a# \1 V8 m6 J
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用( _8 R! B/ `* o) j  ^) n
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业! v. V; h: r+ `- v( [! I6 l
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究" h2 n) d+ n/ K3 [* X% f
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
- g: N$ Q3 r5 j聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,4 k% {) K5 @. m) l3 Q! x
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向# l$ O9 W% c) Z/ W( r
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
' r. |: ^& T) m/ [配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝) Y' A0 u! `) ]: ~
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
0 W. j$ M5 j: S9 q' @围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
+ {  P  j# L4 w; ]( L- K子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
" i2 ]1 P5 W+ h4 `9 NPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
+ W8 z# y# I8 V3 k, j利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产; @+ c4 {2 m! j' ^6 \6 o$ Z
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点, `% G( }  w/ \& C1 i" f" I5 d
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' [6 o; i" b7 P4 f2 P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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