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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5 o& ~: K" n7 c
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
! ^3 `# q  o: X0 T在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固" o3 \! e5 K8 E6 [# [, J
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处" e- v% j; Y" l' j4 |
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用, [, f1 a% x5 ^. `
水、生活污水和工业废斜管填料中。- R" i1 z* Y  D" g
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮0 o3 P+ g; P2 y5 u! {/ `
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代# D  Z3 n. ^% ~+ `
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
4 h& |3 A, v" H  K: x最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉* o  l" s" ]7 U. A3 c
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH: q% R9 |! R. ?& j# J5 m
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
4 e( n  y' q8 \从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研/ U) q, q* D, y7 z2 }7 `
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
1 t" b3 D7 h; O+ E  n* o& \; s了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
+ ]1 k& j. B8 L3 J1 r) H. x5 @* {度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
& G  B! y% ?; R1 {: ?" h6 g5 s, P4 d# @和探讨! `. g% O. P  N7 B8 V
1 聚合氯化铝的制备技术3 h# [8 A! m. G* T" C
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
  r5 z5 V3 w4 F8 @/ u1.1.1 酸溶一步法
2 u7 z& ^9 o; {将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,# f' d! z; ?7 l. r( h, D* @
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.7 v6 H  G: O1 X
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为) U5 W/ t& d8 \( s
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
8 `) @1 B- I. R8 x% r# |, ?水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放5 W! Z% m2 K. O
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至! u! l8 K5 M  a5 u3 e, q
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度" o) Y, O! t0 g
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺$ }8 `7 h' X9 B; K
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量4 \! o3 G" A5 w5 p, ~3 {
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设* b" @4 P0 O% \7 `# l
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
3 t4 \7 ]  L% r; i  e2 _0 w金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
6 ?2 r5 `, O( }7 K7 ]利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
  t1 T( F+ c1 a: l: @出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚/ V7 K: |) r! y$ G2 v! y7 E
合氯化铝标准溶液。
& l& P/ S! S3 W( Q) g7 Z& W* Z1.1.2 碱溶法& s3 V7 F3 W% J! k% R6 e
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再7 f0 \5 C% T: Y1 r' n% t
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法, X( G4 M: a( ^1 L& V" F' C
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠0 p2 b. X; Q' B
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
" L2 p) `, y2 A4 V! ]化生产成本较大
, q$ C; v8 x* v. [) e, A" ?1.1.3 中和法- {/ r3 }6 w/ d- L
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别7 Y6 x& Q  X3 w8 v. I
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即  t4 \9 j2 c2 O  s& }( o" Q9 s9 G
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
* T  b2 X! [0 h7 @物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
" {( M1 x) X  w' ^. I铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分! k& N% w- P6 f$ U) E1 q/ g" p8 ^
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再' z$ B" N, b5 n
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得/ O+ F& M- d6 g% b6 o
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据$ b$ o$ H2 O/ x
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
) w7 O5 |& n- Y, C* _/ j3 g1.1.4 原电池法. N8 M/ A$ o& y$ o% g" y
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电- Z/ ~% j# x" Y! q: A( K
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆( `( H- D' ?3 k
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属0 {3 l7 `3 ~; [
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
9 `! u) B- D& d# O, E; g" s% ?行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
7 g# k' d0 o1 W8 }生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
; S! V6 I. \/ \7 i拌,大大节约能耗 ]。
5 c3 Z* ~" I: j1.2 以氢氧化铝为原料
- {& \5 O! D; x将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的$ H& |# x2 i8 a/ \. {( u
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。4 l+ p, \) _+ M! g' l9 j# K. c. f
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
. P/ A! Y) w5 H" u' i遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
3 ?( N0 K" K" y. E5 D  T6 I酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
9 }# d' `6 s+ k) f( j. `& p不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多1 L8 o$ N3 q1 z: M
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
) n- I$ O: Q2 C( I, Z' ]钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
8 p& s) k" G! J$ z3 E2 b/ Y( Q$ c质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
5 ?* X  K! f8 ?# v4 O6 y8 M" ~得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝: m. Y) W6 I% o
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
6 e+ o1 P. E" M% g, k化铝。7 c. X6 E1 q& {& k
1.3 以氯化铝为原料
6 C2 T! N4 E) B; q- J% a1.3.1 沸腾热解法& {5 S0 g" o8 i7 P& y* T! Y
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出6 K& N8 ~8 U: l  @+ w( j
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
( ~/ D* C3 i; Z) r- |% E搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
4 p& C! ]3 O+ u# F' v8 r) i# k合氯化铝固体产品。. ~/ m( @0 z* C  J9 S' D5 s3 k, Y
1.3.2 加碱法
+ t. `$ g1 s, a7 h4 {( T4 r% L先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下; `" b# J. q  O8 m8 u1 N+ h
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,* S8 h- Q# h2 L. d/ B) e" I. J+ Z, |
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
3 s! N( p* m* M& k( c; f2 k; O品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产8 ^- L- g! [1 a9 f5 b  V3 x0 o2 r- e
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等8 M1 f( I+ p% f  i3 E4 P
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/5 a+ H+ T+ c7 T
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
4 x0 m( E+ C( x" w% P4 o道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
+ c/ X# m8 n# g3 VAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
1 H% a7 }4 u! p% T7 ]! Y7 E2 Y8 U量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
7 D% s. e* V  ^滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
0 A4 ]% D1 e+ M3 m量也不高。
- U2 [( }# U$ I6 @: q1.3.3 电解法8 Z, n0 c8 D! V  y
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以3 E$ m" }2 c& o+ T# y5 F
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
$ n0 Y0 \  _% Q1 {2 q5 `( y低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉  k' O7 K) h( S8 i% L' U3 Y: F7 t6 y* P2 j8 {
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合& |$ O6 V1 ]& y6 d
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
& Q  E* y9 u9 T/ `! M1 f, t& j锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
2 Z3 Q- Y) G' e可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
' g% b+ s; I5 {: N' O& M( {& S倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解/ v8 Y5 u# f& M  o4 B
过程中的极化现象。
. G1 [& |  v7 l) {1.3.4 电渗析法
) g# c; ^8 a: F4 z路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
: n& x- i: ]* U5 ^9 h0 L液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
, K& ^- z( v" |: a板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
5 h3 B7 Y, W) w9 n2 \2 a室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。: G5 ?; T- S1 ~: G+ G$ t  i" u
1.3.5 膜法
8 f2 m0 p& t/ Z4 ^! X+ g3 d该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯! u+ T( |/ {5 A# w( c
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液: V1 `& n5 e, {7 R3 r6 h6 J
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得1 V3 h0 y" X% I6 f& l& K
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜# W, s: r% ?  D# n
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
$ L# |- P) X- ]5 m4 y% b/ K. m7 J以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
4 ?0 G& }7 \( u) w- Y2 @铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
7 L( \% t& J1 b0 {( y' ?1.4 以含铝矿物为原料$ d. ~$ y/ A# H4 D2 H- @
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物; p6 v% ^0 z+ s1 N; X  @$ T
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
1 @) u6 @) r6 ~4 ~" m0 x要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
, }0 _' `8 U( s3 O6 r几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一  w; P0 f& E& h# b
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等4 E$ e5 D! U& b
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其- a/ b# n  g$ v, w. d
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
! \) j# e4 a; ?氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为  i4 j$ n: L( r5 H: J7 F" @1 `
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
! E" I0 J& |7 X' x; }可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
% @5 P# Y; _! y( m6 s7 o- X霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
$ c5 Z5 ?0 U4 t) ^3 q* l% N氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物* z/ ^$ Q+ m6 W
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。# L# L  k( n6 ?$ ?' l- d# {
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
2 q: M8 X. C% l: x6 t( Y生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
' ~* \# s8 D# n2 [大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
. r7 E2 c8 H. _8 o& \( a渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
' i  ?6 ?+ u5 F9 E粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需- U' w! H/ r/ H& y
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
4 [( ~+ ?0 P" U* S1 E种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸" A! f3 S, [  c; q
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越) K" X. a1 ]' P
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
. ^5 G. l& n" Y9 N6 X9 d* H20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
4 Z! b' h1 C4 U. N氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,+ K3 f; }: l5 ^* g& a  r( q
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
( @/ L3 f3 K' r# H) c1 U* {2 m6 p" ^铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于, x* C& K! ?0 o$ ]1 y
30% 。
- E7 S3 J, m! V一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法! q. g6 f4 f# P. l' L
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
* a+ }+ B6 |/ @& E$ |需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
3 n4 B4 m; ^! B! v$ q其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠  D7 _/ }! p" N' n6 O8 A
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
/ d3 a+ f! R8 _( x3 W5 H$ C' l# y复杂,成本高,一般使用较少。
9 Z. v9 ~9 b7 |1.4.2 煤矸石- s5 i, b/ S; j7 i2 D6 y* j0 C. C" y/ K
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃' z( t( w" k9 F2 |9 g& X% u1 [
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧( Z) Y1 ^( O+ \, u8 m5 W& s
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
) Q$ w: o6 S7 N1 ~料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而5 G$ b' [4 P0 x9 k
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
- o- \* d' ?8 l" ~7 b3 X/ z( a7 E数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
9 h" m1 c- T2 F2 V9 }6 p+ Y/ l5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
. h# t$ O/ Q& `2 A! z% P氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
, ]/ q9 h1 a: w, D8 v( N2 F已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
' T* w" G& ]: ~0 d* {2 c! X. _经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
/ T1 e- @) t8 L% M时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
) H9 f* @$ p" J9 u- n6 C+ V处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
0 [/ B. x1 k* o" A6 J8 ?6 Q. D结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化+ i9 R/ E, k: o4 K1 S1 K7 h
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐& T, v) N8 e0 z, V+ d& o2 s! {: E
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
2 q2 }9 X* {2 z原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
/ G5 R" S+ \# y8 _9 y9 F1.4.3 铝酸钙矿粉  X: a  f! b* ~  G: p
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
/ j- L* k& X1 t  C  x; u煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
1 N5 Z  m, r# O8 Z  U不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。1 @- O) I0 p7 A: X. l4 `
(1)碱溶法
- {" x9 F- {& q8 X5 _! m! ^用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
* F5 h; b& F* A9 L液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后3 c% |8 h) M  i' i! E; M% X5 C
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH2 n3 e2 n! j) t9 b5 M; f" M
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止( d9 B0 o( e0 T: @' e
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会' x) j1 {* k. ]$ T
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中1 o8 i, b9 `+ i- h3 I
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠7 }; F% \! B/ t' g& _# m
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化# S8 V9 i1 P1 m8 H, h
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
' E8 \6 @1 h% N: u3 ]生产成本较高[19]。
0 Z& w- |+ _. ]1 A. b(2)酸溶法  k+ R, d1 l; f: u# C1 f
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并4 V2 \, Z3 }/ e+ w
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
3 x1 m, u8 ]6 ^" N% y单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不+ }( p- d) I: ^7 r/ A3 s5 x! z2 o. `$ R8 `
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常7 N* `: i8 ]1 G6 Y" g, i5 B
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,  U  v& h* b. _( c5 f$ D
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
2 T* |: ^+ I. N# f) [氯化铝铁0 U# o  P* o% B  b) x+ T
(3)两步法
  F, ?  j' D' W0 ~) U8 b" g这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
+ t& U7 C& W; i5 S& g9 Q艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
1 w; u, O" A+ @% L3 h) P比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是6 h6 V# D9 o4 t8 Z
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
' N3 V  T$ O& j这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常) g3 a( }( Z6 E5 m: R  B$ ?
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化! y5 r/ R& ~8 {1 ~' j
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
/ R- n8 h, Q- J/ P& R* e流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝0 i; j: N5 x7 ~) l( C
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化6 w9 `, Y2 @) Z' a/ r
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
6 @  ^' A1 D! U' }) g: f合氯化铝产品。
$ ~* h" ~  {9 ?2 B9 J+ ]/ P2 R1.5 以粉煤灰为原料
/ q" J# O) e" |粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
+ S! V6 s+ Y7 E/ s废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
" J$ H( k: s2 A. O5 g活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
: o# k' H3 P, S5 E常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性3 U) Y8 ]$ u3 q* h9 w* F
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有2 T$ o. D6 F( k
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸5 t' F7 @0 ~8 }& y0 B  e0 k# G
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再+ |+ n( `9 ^4 k% p" Z7 T
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
* m' X- k9 O) ]粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
, d0 j, f, ]) ]铝产品,据称能耗低。1 x  G: R5 J( H! C9 y
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及' m0 h, R" e' o; \- ^0 |
解决建议
2 c5 G( U$ A3 f我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
5 _& q7 y" c4 J) v8 W着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国! E  Q- I$ a; P! b0 N  N9 R
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
& f! w+ [" J8 s  l( a! [但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
8 B9 N- O, J% l/ e+ k佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者. e. m! |& L) v4 T. l
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方5 P# H) ~5 ^, R0 |4 U) B. K
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研0 ]) g. ?+ v' u' f' n; R, m/ Q7 o4 g9 }
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度2 K$ Q: f3 T0 r$ X
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、% Q4 y  I* ?( ~; g, k+ n
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
9 O/ H. X, f) @# l' e/ \3 k子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深3 f' d8 R2 |1 l6 |
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
# |2 k  y  M9 s/ N9 K! j以下难点问题
8 Q5 f. s& E1 G2.1 产品纯度问题% y5 d# A# r* X
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通$ h+ Y, w- U$ f$ [& m& p
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
7 B6 M# h0 Y  u4 h6 U" H) a国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列- x* K7 ^. }0 Q) @) Q$ I# v- Q
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝8 m; e* E+ @/ g! |0 ~& R
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产% O" ~& L) {$ {3 ~# O
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化% k0 |& q7 |) d
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
  s, z+ g, W0 C+ w, t: m盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
+ K# j2 y9 O+ F5 l- M9 @+ k2 O! B求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
+ M( k" P+ }5 h  X产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之9 f% @0 @! R9 K9 W5 l2 [7 `0 p
* X, C3 I' B1 {8 j
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
4 @# J9 l: g" n  Q广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新1 \: ?  Q( b8 h
产品开发力度。
$ T* M# N6 f( K; ~# S2.2 不溶物的问题; I% a& O0 Z2 H: _/ e4 V
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了9 s5 Q2 Z( S( U9 `
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
# t. z, A+ |2 B" G矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
& h$ G3 ]9 n2 \( Z% z# ]成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相* a3 i  Q/ ]7 E$ Y0 d/ ]8 H/ A2 h  ]% M
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
+ ]! n3 g1 o$ `' U5 g9 z不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
8 Y. R: F3 L7 h! x, J7 j决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
' [% ^& i& K/ L. J果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择' {' M9 _' n9 R" \) B* I
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①' O1 }0 b, f, Q6 F& x: f3 u  V
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
. b4 Z4 b1 m4 o" v* h* d' {' f' o小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗  X2 @( _5 Q5 x/ I
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,% \  }& R" K: J, m/ J
通常会取得较好的效果。
/ `; x6 p  @, v5 i7 X0 h2.3 盐基度问题& L; D. E3 I* o
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
1 Q9 m2 y  {+ B0 v- F9 K在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳; P4 {) q& }( M% ?0 c0 d
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考: a, B7 F% \" p) t! K2 u) _
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
3 C2 F* `' A. g# S' d7 d' ?+ ~2 S铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
3 h. S& n& a  [5 ~3 b" a# |/ ~3 P国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。* f8 G: U1 {- T* e& K1 E" k
2.4 重金属等有害离子的去除问题: y! M# h- |) J0 U# |9 g0 Z  E4 X
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
9 D; p/ d6 V) h8 h7 B# L在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
8 F% s# S# }+ M1 F. Z8 b" V害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
- U/ B" {2 D, X3 t- |& n置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。" t4 b7 |' L* f0 r: P
2.5 盐酸投加量问题: y1 R4 O: `# Z+ a; }* a7 Z: T
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工7 ~2 z" |$ S  P. g
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成+ ~3 s. z  j) g# n/ l+ v# R' G4 d
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶5 y$ q+ S8 l: q" G) ]4 k( Q1 A# l
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问8 y5 a. E& h. R# i6 [3 c
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥$ [7 [6 a/ {+ \' z( w6 \
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
. O1 c3 i6 f" q! W通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率3 p# k8 J! H1 F4 j
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度) K7 f/ F9 T0 [6 a9 J
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
5 f9 C7 w5 t( Z" L3 结语与展望
# H6 K' N8 H# h+ f/ m' @/ b聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产. D) Y5 V( F/ _. {/ F( D. F: I
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
* |+ b: j! n/ q- [6 ]处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
" e4 P( Z7 O  a9 [) ~2 _有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝2 U5 }6 j& K# X# ?
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
& H, Z8 ]" P8 E品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
5 B2 d7 g* z. j3 [由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
3 q. p, t1 w* k6 d, L; p3 Y用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
' G% x  V$ V/ M0 w' r此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、7 a! J5 C/ h) }) v
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用& D% h& Q, E" x$ C6 d! a
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
8 |: N( Q) v8 A, n# L3 D% ?. N生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
- D, V0 P3 d! a- y应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
: m% y+ t* }$ ]9 {* T, F; o: p: {聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
: e7 [' x3 T/ h. h2 j! G" T是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向8 H+ p" `( f/ ]" X% E1 C8 U: t2 M
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复1 ]; b9 K8 j1 q$ _6 Q; ?& T3 t
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
! m. q0 J1 h1 [% r2 {& M7 V; L" f- A剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
+ I! u, T# Z$ v( y) ?9 ~围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
. _5 h/ Z( y5 @+ X; p- y5 V子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内( [# v3 l  ^+ V
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料7 i6 j3 g% Z5 p- I
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产$ P+ d2 `+ x3 y( b2 r/ s
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点
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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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