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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
3 `, k) I2 @8 U$ h(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
7 r: h# r. B( N" V4 T在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固& {- {: i1 S% P# b
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
3 \  F, }8 ]# O) m( S理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
- }" n: S$ ?6 m% W1 ~0 v1 i水、生活污水和工业废斜管填料中。
; q2 W# P& W! Y  m; ?1 ~1 \( q2 D聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮) X, K+ P( m! l# _* _: Z1 F8 D& J
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代/ N$ I& N# v1 e4 o7 P% w, m+ f
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量( @% h- [6 [1 x+ \8 W2 N; h- y
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉9 U% l% E4 o' c. s" R
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
9 S& g7 w9 m7 [, m3 U$ ~值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
$ R4 A; o  a+ ?8 V' T从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
9 l( X3 f' j& A8 o* P+ H发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到1 K6 W7 F- c( R- c+ L( g& j" A
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角4 f8 p) S2 L! ]
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
- u6 @; z) s" u( }7 H和探讨
( \0 s  k' I  \& b1 聚合氯化铝的制备技术
( I# D3 L. r( t. `1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
* s6 t9 C2 q0 X- u5 v+ o2 L3 E1.1.1 酸溶一步法
+ ]$ D7 \) C! i- N% D将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,! j  C2 F7 p9 k7 b  z- Y7 W
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
3 S2 W8 f- J; @  t- T放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为1 X3 B; u/ e# U/ c, U7 u  }
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,$ |5 H5 e8 ^1 F, q6 A3 e
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放# w5 {( U' _& V
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至1 @- T1 S. p' G' `- D
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
5 ?$ j) q( E8 f8 ?. ~: x至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
$ V% H4 J7 K! J7 ?. Q0 ]2 I, X简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量1 }* T3 ?  I) A" E
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
- \0 a& _) C, h4 E/ m$ ]2 a备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重4 A; t. t/ z& \, H& K$ d
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?  r6 g( [7 h+ L, o6 ~7 `0 Q
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
. W( x: s* M5 I" }4 q+ p. I出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
7 y9 f: X( E. V% Y合氯化铝标准溶液。
( x: d) j/ `- i- B+ ~5 A1.1.2 碱溶法) V# j: t$ O" O- a+ z) P6 W
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
3 k* S2 T3 ]0 T4 C% ~) ^用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法& |2 B9 V1 C8 ]6 b7 u+ l
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠2 x% I6 i! V# M
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业% _1 L% r7 `' S* d9 m
化生产成本较大
0 i: W; C5 d( g% q9 F! i1.1.3 中和法  z4 r8 P: L6 u' U3 @
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别3 p2 P$ J0 m) J& B
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
! p- P3 S2 y. N- g制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶# k. F4 ^8 k  F+ R/ {4 m7 x3 M
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
# O) @0 Z7 h: q6 C, H+ g- l" _铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
, R- k2 g9 m: F* a4 p" r用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
7 B1 S2 }8 f3 Q( j: n把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得+ A6 G# O" |5 V* G
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据! C* ], L/ k9 [
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
. E7 z$ T/ X  n% x' w; H/ K1.1.4 原电池法
% g' h! Z! U" i+ F5 P! }该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电1 k1 Y; o3 n3 e0 x" r3 ~( y
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆0 q( e* Q' l: `* _2 S. k
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属# u3 [! W* U3 J  H3 ^, a
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进: Z% ]6 s  x1 h6 D
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产& o- C1 T! w/ `, j( W/ z9 q
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅# N. q& L$ ]6 n* h
拌,大大节约能耗 ]。5 G9 X# f4 |( F
1.2 以氢氧化铝为原料
9 K3 B$ i+ x* Q! }6 K将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的; v; p5 i' R' p
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
0 j% o3 R' u3 d& G! K2 |1 G$ K( [: m( \该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普- c& d. {4 L+ u9 S
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
  T- T5 I7 M7 S9 k酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度. J  d) C: E) j
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多. h. ^# ]" J% J& t0 h  O
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸! K4 }. j% B3 j! }1 J& h# ~
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂1 }" l& f& f8 _( \( E4 Q' q
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
) g( o7 V, Y, Q$ q7 n  G得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝2 w2 C2 K! M' v' h* I- C$ ~" ?4 q
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯# {; _5 L- R3 @) e  `
化铝。8 K4 |- F6 \; Z! U
1.3 以氯化铝为原料
# A$ b6 D7 y- b. Q1.3.1 沸腾热解法
# O# S: T3 Z5 I9 N3 h' h3 d% g: v9 q用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
+ Z' c  F. o/ o# U4 t4 D氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水  ^1 _" ~2 c# @; ~
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
7 ]) T  I( e" {# e( @合氯化铝固体产品。
2 b3 ?5 d9 e2 I% a1 I( Q1.3.2 加碱法# J* ~3 Y5 f+ ]0 \. m
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
& ~2 J$ M6 r8 v5 L' b* b强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,9 w9 K5 e5 R- {# ?
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产, I  C# V4 V+ U% s. B8 N
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
- `4 p" u& @2 T; H  }/ r# i: y品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等2 y* G# S* z8 d+ U, ?( D  o
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
) x. T2 f. `* XL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报+ k- l1 Q* Q; @. q, h3 f+ o
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到% q, {- ~" p" W6 {- H0 G
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
, z! `8 U1 y! ^; u# b/ S) b量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
1 W' Y2 n  J* J3 f' _/ U6 @滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘0 L# w3 M; T" {# G9 s
量也不高。* B! q* W9 s9 X' ^" F
1.3.3 电解法9 T  E& d0 v; V3 _  O
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以4 @" }5 ^' f( E0 g* @
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在2 _/ K( @( w3 X9 q$ h$ \' m5 Y
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
) S8 ~* e$ m4 t- r等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
4 r$ z' w+ p# X  T5 ^! P, h氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何+ q# B$ e8 _. }4 P5 z3 u
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且6 g* T7 \1 b( |
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的* a3 {( @1 x9 Q8 a; Y2 M
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
2 x, q+ d4 v/ o- k0 W过程中的极化现象。" s4 E' z; s3 M/ p$ w. l
1.3.4 电渗析法
2 M* q8 d. p7 y: ^/ x路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解6 S4 o5 L+ ]0 |4 w. F
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
) D6 [* g- c% z* W9 o( }( w板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应0 f, j" e9 j: x' \
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。6 c" r! m% C! k# m5 ^0 O+ `
1.3.5 膜法
( q1 @6 d( Q% b1 d: a' k该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯. v( ]( n" b/ H4 w  T7 I3 c
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
  D3 l1 K$ m2 u8 t+ o通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
6 P& E, s+ j3 [: M% D. a6 T/ L3 c2 E* PAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜& A9 S! ?+ X, X
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%  ]! J, {' {: Z3 b! B
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
- H/ S8 |8 Z! v' j/ D/ G  d# `: q铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
* E7 G' A1 D8 r1.4 以含铝矿物为原料( s  S9 |, Y1 @
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物1 O' [" e# A6 ]" \/ M* M
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主( W: P3 ?7 y" o: y
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
  ^( s+ s4 f- p几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一1 S+ `- _7 ]1 @% N' ?& R( ~
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等0 D2 b. q' k0 l0 o, F" N
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其; B9 C6 m: N7 y! S5 y+ M( G7 ~, s
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二! \, j; ^1 z9 J" ~9 C
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为1 \( c( h" g) ~% ^/ k* H
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
, N, c# Z/ w4 D/ V可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
, ]' T5 Y. a, M. [7 D( x: Y+ |/ L% ^) R霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
" }+ E2 s1 S; e: B+ L! `2 @氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
7 x  H, {. A+ r! [. W$ i7 J; o一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
4 r+ j) \3 S1 I' L5 D酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
) Q% ]' ]2 s+ a$ \5 N生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较8 h* @: O% ^4 {- i  h6 s8 c
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
6 q- w# B' |; k! L7 b渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的8 P7 m; w! }) q$ U; T
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需: x5 B, a  X8 `* e8 M
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石8 s1 X# E1 Y- B/ s3 y
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
+ |% U$ m- m( S" s1 O溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越6 z4 R# p( u% o  E+ T- N
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为9 K2 T4 p; y0 P, Q3 M+ u- g% s# ^
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合; ~- N: G4 R) z! _% y6 Y5 A
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
/ C8 p0 y- \$ O" O氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝9 V  p' n5 Q; U# F& M" V2 D( Y
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
! F0 I$ b5 A4 L30% 。( `) f$ {5 o% j, x
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
3 }2 P# z/ D7 c& d- C  P+ @制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
4 ~) ]: d9 y2 r- w$ A. X: ^  {2 ]1 `需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
" f) f0 s+ d9 P0 a: @其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
* x2 m0 d9 y/ r% U1 m和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
# O$ w8 f/ V4 t$ q复杂,成本高,一般使用较少。
6 K. L# |6 n2 M  J5 R1.4.2 煤矸石
( B3 y+ e; ?5 L" A# O; P0 V煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃- f( }4 L0 ]1 f& I6 }
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧4 x; b/ Q$ }1 ]8 U6 [9 M6 O
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
- c# P9 J0 {" J1 @3 E; i料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
8 U. A+ `! l0 d且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分0 B5 E  P& u; o6 t: e3 R4 O7 [! s! G/ m
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和1 t. p8 C9 [. c) G1 Z/ w
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合# w. y1 k( V2 v" s3 e5 |
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
8 O8 m* E3 V! n- V5 U已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
8 T9 L' G" T- L; U' y经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小6 r' J2 E0 F) n7 |, `
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
/ F( D9 O) X; E1 Q: o, e, T, x处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
  H  D: |! a% ~& d结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
0 U" i2 d" G: g0 J& c铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
7 r+ W; R1 k' n' P6 A2 C5 a基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
1 l0 e. F2 C1 C& ~4 [: o" |+ G  _原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。( A, T2 N( l/ B" i
1.4.3 铝酸钙矿粉
4 _" O  r  @6 f: ]铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温, f9 p; R7 j, o& N) E7 U
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
$ x# x- {- Y0 l不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
; e; G% ]- j) z(1)碱溶法
# D7 v$ b0 R$ s2 l$ P; p/ k' y. B用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
& j% n1 T8 j. G. Y液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
( ]4 Q  w- o+ K6 }. r7 S在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
/ N/ }4 j) V4 o1 j# [! g值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止( D( J+ Q# ^1 S# `/ F$ p
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会: ?" f- z! ?! F4 V" A6 j
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
3 p( w$ X# w: H* ]( T; L% A: ^加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠( y7 c, E$ `; O1 `  f6 C
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
- r, ~" ?. ]$ y3 Y, }0 {8 m铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但/ F# u! Q& z6 ~
生产成本较高[19]。( w% [3 w2 d+ o5 h' i+ F
(2)酸溶法1 f- u- M; x: h0 ^- U& U$ y, U6 H- _
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并& U: d- c& M7 L! y
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简$ o& I2 i- q$ F. X% Z& @, F. y
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不, ^5 ?6 V/ S( m0 [
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常) Q: `. w& b6 H' ?! @) I$ C4 ^
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
6 v2 ]: \( U. u4 k% S( R铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
0 s7 b& N( _( E5 q7 w/ x氯化铝铁
/ H8 U( h- O* R: c2 ~9 v(3)两步法
- G" M$ O9 G* W; Z) \这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工; ^  j8 r; Q# K. y5 |' z; v: e
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量5 I+ F: ?; j* `* k8 W
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
& `: Z+ x$ o1 K; t# |把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
4 P, I/ i3 l# Z8 @* l, ~这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
# u% D; {5 T- C! s4 W第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化% p: _0 H2 j2 G* ~4 F
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
+ F+ l9 v( {/ C流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝8 M9 K% y+ R- c8 W1 Q0 J' q
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
% M1 Y4 x2 E8 R: c# n4 [铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚4 L: B7 c5 ^* I8 w1 [2 Z5 R
合氯化铝产品。
6 L% f* g2 @" f5 P' B: d1.5 以粉煤灰为原料
2 R7 w, B8 n1 d7 t5 F2 t# j8 N粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
' l0 {$ g5 K! n0 @$ Q0 v' J废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
; K: I6 P: L: G1 C- M: x活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通& Z! A! D" ]; _: {. W6 [
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
( \( j3 G- A2 d2 w高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
# [: `$ T( E9 f人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
8 c, E8 l# B7 |溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再" k+ ?3 I6 Y) x, u3 I0 c; c
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
+ e( t" y+ d$ P( O) U粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化* x+ U* ]3 W% ?8 j
铝产品,据称能耗低。, x3 m0 v8 r8 b. R& O/ L$ o
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及- L" _- A: n1 E1 q+ v
解决建议
! K# ?+ P1 u" [3 Z/ |" ~5 B我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随+ P! i  O3 [% ^8 E3 f
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
# q, F- }' e8 n6 T4 O0 t内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
4 }9 s' s' n# u9 j! G0 f1 P但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
# a  G6 v, C4 q+ K+ }# g佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者' B5 o2 ~4 T, L+ H; S
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方4 g+ d( E3 Q$ f: x% ]4 K. q: F
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
5 u& s3 m+ e" Z, }* u3 \( T究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度( N" T6 m& Y( O/ q1 |
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
  i* e* L+ V6 O, n+ O' l6 V9 E硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离+ P0 g4 j2 o  l7 {( o: B
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深; R! C/ n! n5 w1 @
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
  U3 L$ \5 q( z+ F: l( F5 O以下难点问题
' }! q' `0 |. m. J4 @0 u# o2.1 产品纯度问题
+ H: x" Y! W- n6 i/ ^氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通' Y9 G. n: s2 T+ W
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
, g0 k3 c5 m; O$ n+ j国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
# F6 i, J* M# E: z! {: ?产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝: Y" m. }2 E: T; e! i$ f! x% _+ ?
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产  g* B5 i5 D' ?3 e/ A5 x# {
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
9 M( g8 w# j8 y0 H( r' j9 t铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝/ O  ~% s$ D+ e7 o/ I! Z: J
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
9 O, I, b9 ?: r: T9 d求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
, A- Z" }- n! u0 ]2 G产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
5 d& ]8 \- A* w1 V! E) F# v  X( ?7 b( t# Z$ e1 ]" ]/ @( }7 @6 h
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
7 ^8 L% ~2 n- p广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新2 J7 K0 o4 n% V+ m3 _, K
产品开发力度。
6 \) r) s1 a$ o- W: t6 B0 Z& C2.2 不溶物的问题6 l5 o3 r2 ~: p+ z5 W6 z; j
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了% [5 l" f: B) S  n, D9 G
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而0 i$ w* ~& ]/ _) s4 h6 ?: M- \2 i  S) M
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加4 L% O7 g' ~3 T! H) N
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
: D. n) @( o; D: R: Z应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
1 g8 I" {$ ?$ L( J$ {9 y# L! F0 o% A不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
. }4 q/ R; W! F4 e4 A% u+ c3 W决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效  x0 k8 X% d  ~% i4 O
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择2 k8 `$ e: Y. P  R2 K; N# F* [
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
. O: @- m' I4 ^7 {  \+ P0 m自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积4 B1 d! x% Y4 V4 [1 ~- m; i5 J8 H
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
" d7 r0 h; @- v3 j/ U0 h高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,( v3 M4 ^1 ]9 q& q8 H: k
通常会取得较好的效果。
7 i+ s+ |* B% k6 c' H2.3 盐基度问题3 T" E1 z1 `2 ^3 V
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可' W% V! V$ X8 @! |2 l% E3 l
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳2 Z/ Q1 l$ U/ y; c
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考5 T1 A! n7 J$ H  x
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和  F% Z- y' F# C& I5 m
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前/ k  n& _: ^' {4 m- C7 W6 @! o
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
$ Y4 {7 }% o, l, W  u( b" D2.4 重金属等有害离子的去除问题
+ f) n7 z& h+ c7 ^- s某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以& O3 Z1 Q+ f- ?* _
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
' J! |4 i( e4 T. f  |7 W+ a害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
6 x5 G& f  W; J! q4 b置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。" p( x9 s7 P1 T* X
2.5 盐酸投加量问题
% ~( S+ ^+ @  I7 O. `$ q制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工, w5 A$ f- D( K2 r
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
! w. N; U! ^! f6 N: C本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶7 t# |0 M# K+ A
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问# ^2 S4 S8 R6 y6 G5 I* c& V7 u8 v
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
: ^0 d' k3 j0 h& b3 w发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数* f5 x7 O9 X3 w/ q2 L* ~: q
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
; J: p3 z: _1 _低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
+ H8 T0 M4 c& {2 q3 {9 E低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。" N( ^  F! |$ Z) K
3 结语与展望
/ D. n9 f% l4 S" i- z聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产7 e$ K5 [" z1 z' z8 n8 T7 \6 h; {
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
- R5 O0 f, C$ j# A) W处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
+ M% S6 o+ ]# e! N0 N5 c- l: j4 M有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝, e1 `* c! d, a# y+ R, c: r
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
6 M) }8 ^& f/ ^( o3 E) }品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来( b5 c4 ^7 P) L- M
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
5 V) {% O: ^8 e+ G- E# M  j# u用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用2 U. X5 ~- c9 X, ~& y& u& d
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、  |9 O& e7 @; ]' q4 {" h5 ^) Z
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用: n7 E2 Q8 [$ B7 z
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
/ q, i" C( E& N+ u/ h生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究- {) X7 T$ [. n9 b; t6 q
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
8 M3 \5 V& i" s1 `7 _, ~聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,# |0 n3 a, A; K. E
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
7 ]- c; k9 F/ Q7 M0 R" z6 Q5 ?是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
4 h/ R1 ]( \( h+ _4 _# c配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝' ^0 Y. _+ g7 s3 w! }
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
6 `8 J) S  a' N, U4 \7 N! [围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离- r) p8 w+ ]% n9 ^1 G1 b& o
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内0 L6 ?* B8 g4 y" r4 C- q
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
  Z$ P& d, Z  ]+ \1 ^利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产- k) W) G( s3 x1 l4 [6 g# q
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点9 A5 K7 Y3 i1 K# c- O
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8 W* r- u7 n9 s3 x# q- ~  ^3 w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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