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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$ o) c3 X7 _; F
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
# M$ `! L7 v/ ?2 U, Z1 \在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固7 b" c3 [6 \: w3 k, u5 d' V
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处4 P# u9 |4 Q6 z) A5 m- ^
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用5 T) @0 ?2 X, m
水、生活污水和工业废斜管填料中。  p" X% K2 P& }' [/ c. z6 p
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
6 F5 J/ }5 Z) K9 ^: v凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
3 M' V) d- V' g& O投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量0 ^: K. W/ x8 V9 [. E4 F
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉) F$ j4 q6 ^0 F
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
8 |& t8 I2 H& _- j/ ]3 L值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
- u! e6 |  ~1 o5 k' k从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研. c0 U6 f' Z+ B+ S7 r9 t% m
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
$ I, ?4 {9 q/ B3 T了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角9 m. j2 x8 f1 c6 n: u8 E
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述% e& ?' B5 a- ?, c! m
和探讨4 \8 o' A. p5 k( T3 l' |
1 聚合氯化铝的制备技术$ D) L3 l! U3 u- \# u/ \! E  l
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料+ e# q) v2 X, j3 ]
1.1.1 酸溶一步法
' ]5 A* O, q* t4 I) V将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,& q2 {' Z: E: H$ l
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
0 r" D6 j$ [) V  c/ \) x. a4 l放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为  _  _9 H% ^2 \" m
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
" Z4 c  V  O- a$ A1 ^水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
0 l+ u" S$ ~7 H出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至% r: S7 P* s# j  \5 h+ Q
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度/ w! F( M$ i1 a+ ^! N7 K
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
7 l& W  k. v% k' S' W简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量: m- P0 j8 B' T
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
  o6 ~; H+ U, f9 u+ M; e2 C备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重: q2 x+ v7 U- S2 x" y% C' Y: D# Z5 N
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
7 H3 g+ A& k% V4 Q利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
$ l! P9 B0 G% E* }出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
" T# m: P; [( `# _' k2 j合氯化铝标准溶液。( W( B9 R2 d- v7 D4 d  s' L$ e  V2 z
1.1.2 碱溶法
9 E6 t( M5 q6 h& _  m) w先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
5 d# i$ ]7 G' ?: B2 ?& h用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
" z+ J  T( J8 k8 m) @3 `的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
+ d8 J: S8 R2 N% k含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
9 z; w. ?; v1 c  C: J" K5 E化生产成本较大6 Y' F7 v* s" Z8 z; B, |; F$ F
1.1.3 中和法* U8 t, j8 t, k, r% @% C) S4 q9 u
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别1 \8 x: c6 A' y: u1 I
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即1 |: h" T+ l  Y% @0 P5 I: y% J
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶4 j; R, t2 |0 @9 i, W2 e
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
; W$ ?+ c4 c; j: h- M( l4 U  X铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
  g. p7 ?0 R7 ^5 g2 G用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
4 v' W9 w6 t, F: T把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
+ s9 P* |0 \4 M: e; U到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
1 _- O5 `7 @, K# D/ A5 A  u( ~称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。: N/ u7 X/ d0 i2 f/ v
1.1.4 原电池法' W9 f) g" Q( P; T. S
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
( M3 @. T0 \+ a* L2 _化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆3 _. Y+ Z* ?" ?
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
4 _9 r9 e1 w! V8 y6 B0 A5 `6 H筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
! Y. r! G; D; Q行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
! |: N9 y/ h- W2 j0 \5 P' i2 R生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅7 M/ g  |; H) c$ a; G& g' a
拌,大大节约能耗 ]。, x3 z, k% P. A5 g  ^4 I! u" a+ R: y
1.2 以氢氧化铝为原料
) r# M; }3 s- {0 y* V2 ?0 l将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的. T. ?8 W' Q0 V  ^
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。. z) e0 z  U# a% d( F" w
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普3 Z2 ~/ E3 J% L9 X
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
3 E5 H4 P+ ?+ _  P- H% Y酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度( ?( l* n; Z4 R
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多+ a) \3 d* i. e6 {* R
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸, K6 U5 t1 O, C, ~
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂% {4 q" N/ n' G- o  X
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制0 A. x5 W6 x) G
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝; y" v* i9 A; R0 f: X
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯2 ?" I3 Q9 Q$ E0 ]+ b2 a
化铝。6 V  A3 ~2 W/ h+ Y$ B% H
1.3 以氯化铝为原料
7 X) f- v  ^( k) `' P1.3.1 沸腾热解法: U. G/ X9 @$ R- c4 r5 H
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
- O. l$ W$ G0 U- ^氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水7 p# i, w  L; Q3 N2 u
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚$ |' c% ^! N3 w. z$ U5 m$ L5 r
合氯化铝固体产品。8 D; y* Z! ]) p$ V/ z' {
1.3.2 加碱法
1 }+ c# j1 Y5 @5 _% y先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下& `$ n* u2 k7 q
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
. V) p6 s+ j& t( x反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产, ~1 C: b. b( N% `- c: z$ @
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产5 V: b4 p9 y3 m2 Q. O
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等$ d6 K9 O; y8 J# m
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/$ f# l0 O- ^! H+ R) E" g/ Y
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报/ @. O& }; R8 n" N& c9 {6 c
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到4 J2 ?; K4 c- I& d/ M/ z8 V
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质+ N( ]% G" P) p, [; M8 n& G+ t
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐9 \" j0 }% f7 i+ s: B- I3 @" |* Y
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘: a/ l) o( C6 Z' C" \) @3 A/ A3 `
量也不高。* ]5 ~( w7 j$ q/ X
1.3.3 电解法
4 J, J0 q* E0 Z: f% |2 L/ k3 X* y该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以2 i% ?! u' N; @  V5 \
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在. @4 O) x: W3 T' w; u% x
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉: U& V3 n4 t' P$ B, G$ V& k
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合; ~+ f0 T  ~& d
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何$ Q* @1 U! r1 n* ]
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且: J6 M7 I/ j* o- u; U
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的6 ~; d1 J. H# u/ i
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解. D8 S" S% p4 }
过程中的极化现象。  v$ X+ S# ]/ l9 X) }1 Z* g1 f9 c4 ?
1.3.4 电渗析法1 ~& a0 q* H' I
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
+ Q) V, ^8 K$ v* f2 w  x0 e# d液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁6 t3 l6 L" B$ k6 ~7 e! T: K1 b& u
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
9 p4 b9 [( V  i: b; E2 A室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
* e3 l: ?7 R/ U, P" h3 g1 ?+ x' c) \1.3.5 膜法
' i, U: m% G/ }$ G! I该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯) g% e) Z3 f/ R6 K4 s3 Q
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液" q) P) V# }' @, I/ _
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得# p( \  J% r/ b- ^6 X. s
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
' [( {* P  O7 x" G制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
" Y2 n2 Q3 w! ^! H* h: ]: P3 n以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化9 e9 Z# D4 V+ l# c! y
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
1 O3 H1 o$ n. W; t  b1.4 以含铝矿物为原料
' a# G, _* R4 ~) a# [/ Q1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物' ~; H0 R9 d" w5 e
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主+ S# a" p$ ?1 Z7 [* V0 V
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这- l* J4 j& V5 {6 h/ F  j& ?
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
6 o. E! k% v2 Y& l0 d般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
% {. ]5 ?9 G3 ~的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其! V' r$ ^- \, j
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
( _$ j" i& ~  o' K- V- s氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为. K2 B, o4 S. O" ^. C
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,1 W& k4 B  @6 T$ i* J4 H
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
. [5 t4 }/ \' z: g+ }" q" ~霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚8 l( C% ]5 b7 E* ^
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物% h; {; V" O8 a1 i! T- S
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
+ B2 W8 J' c$ Y) \酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
7 g  d" Z6 Z0 ]生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较1 a5 h1 v4 |9 e0 ]
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
  E0 B* I! @& N) K/ u渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的) s! v! l0 J& d2 I8 C) ~5 D
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
; ?( n' e. F5 l对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石0 x( N9 V7 C& U  h" g! h# q: c9 Z
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
, h$ C% T* i; A( K. `溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越4 ~" ^% U! J' a) Q9 l
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为# x7 }7 \. F; g& D$ F/ i3 {0 g
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合& h' L9 {& P# l7 F+ s0 L
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
" Y% M" T  C; V2 Q3 {氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝0 n5 ?% {6 |1 r& t& T  s
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
" S/ H/ R- k4 K! g* K& n30% 。1 @+ u8 ]$ j. z5 M7 Q4 E$ Y
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
: E# Z3 u$ a7 `* s制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
1 @; `9 k5 F% i% L, d需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
, J) }# `- U' U$ p! u/ O) t4 d其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
3 Q0 f, G. r7 z& r- h和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备$ U' O% g! m7 V" c% D- a
复杂,成本高,一般使用较少。( [  y7 z& {! U
1.4.2 煤矸石# ?+ s% C5 j5 b
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃$ |" k9 _' E$ g6 d' R& M
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
4 l" K* ]0 O5 b/ X) z增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原7 w' b9 W9 t" p  o% U( O
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而& g+ p: K- I4 {; R. ]( |
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分" V0 t0 z# S& e, ?
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和( y8 \' a, B9 s- U: q
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合- H* D& z- ~* P( j0 `
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,: E. X  ]& {$ l5 ^" c. s1 ], [
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石0 _. h6 }, z' v' n
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小* Q6 O" z( F8 Y+ ]0 b+ x
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当: C% A5 x4 ]+ v  p2 F
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得2 f( D/ u) T# Y% F
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化$ W, O+ g) X2 A  d! G
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐: _& G2 V2 e; a0 t
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
, L, c' f9 R$ [6 `, s8 z3 K原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。$ q! V# D9 e4 J4 Z0 \$ U5 u+ j
1.4.3 铝酸钙矿粉4 f. d5 W6 W6 X# j
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
; W+ m+ _+ W0 x/ s煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
  z+ G6 R! L1 Z. ~4 @3 Z7 c不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
2 i- x8 T) J/ ?5 r, j4 ~5 Z  H(1)碱溶法5 r  e7 X. Q/ |6 [
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
. n8 \( O% m8 h; q液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
/ c* F- _4 e  u5 {在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH$ W7 v  i6 s( c, d9 ^
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止0 T* u/ H2 _, s% u0 D* ~$ {2 U8 a/ B
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会3 z; b4 M6 D7 i/ r9 P" B
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
# r+ t7 S; a; G7 g加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠/ u2 f& W' N" U; j. I8 W
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
! ]# b) {! B) l: b铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但6 [- C/ n, Z' ]/ P
生产成本较高[19]。
; r9 b/ D$ j0 b/ i* ~5 f(2)酸溶法
( @' T! J# ^+ X# E: I把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
* Z$ U9 k7 I( |& V8 @- y5 A熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
$ [6 @  w, u- G8 \) c( H/ X单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
7 d  f( j+ h9 X2 _6 y溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
; S" l& b% D7 t1 @3 e不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,& I; r* \. _5 u9 X$ E1 M
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
" [4 V1 w9 D; J! f$ F" W' F! g氯化铝铁
- _' p0 g4 F: J0 A(3)两步法+ G% J( `. N7 Y4 d
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工5 s# {5 ?7 g# l
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量( u6 K. Y( U9 l% w" ?* v; Y8 L  W
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
. b, O( F7 t2 Y5 h  `* h把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。; P- r2 u, H5 O' a& x. S. U
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
" \) V6 W# Y6 v& G) O7 W/ j; y第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化3 \0 V# O. M, S, {# g: I
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
- U, b3 ~( R0 \流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
5 r$ Y+ E- X8 U8 D& ]+ R+ z4 ?  j7 D酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
3 u( F6 i4 U. ?8 _+ _  L铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚3 Y+ x+ P. A$ U
合氯化铝产品。
0 G( M# S- g( \( r1.5 以粉煤灰为原料
+ {; m9 U2 M# k+ f粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
% d6 X; c" U8 w9 W废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.3 _: ^9 s, X) O, _
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
. [% c" W% s3 m& a$ v' u常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性, d$ Y( n3 e3 f3 f' R0 v/ Z
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有$ O2 D( \( E9 y- v6 j
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
& q5 b9 V0 r1 G4 V4 P: w溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再% o' q. i9 w. |$ e
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用2 P' _# P* Y9 X4 t( O5 T
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化6 b% \# C5 a  i( ^2 r9 r
铝产品,据称能耗低。
- R. Q$ }/ H2 p" L; k; n, t3 S2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
! u8 e7 U, V/ V% G" Z3 _解决建议  }) A6 ?5 p6 X% Y, ?+ Y
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
( b2 I8 k( \, Y" ~4 A着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国6 a' g+ ?7 h+ |/ [# K  [
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,5 B, ]& Y2 u) i" ~7 X: Y% m" Z
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最2 b! ?  {1 _' C- S" q
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
, Q+ A; o: A$ Z, h认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
5 o9 {1 \. c2 y7 m! M6 X6 K面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研/ F6 ~. \# v3 m8 ?" X
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度) k& |! y; ?. j0 X
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
) I+ `( F+ C: q( ~$ R  ~. v硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离6 W7 D. F$ w8 O/ s6 \. q
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
8 h5 Z7 N# f( M6 ?4 ~0 {入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
. B$ }6 v8 b2 K- ~以下难点问题% X" \" y$ E/ c% F# P0 g  I
2.1 产品纯度问题$ M- O  I! u5 ?$ M2 V4 W# a: F/ S
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通) W" e* d0 b) u$ N" w
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我) d5 v9 [5 y, X, c
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
0 j1 F' s  P/ t4 _; c4 y, q* D! J产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝2 g' \" I- C) K  H0 m0 G0 s
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产, Q5 f7 Y  W: f/ [
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
1 z! C/ E! X, ?; G" c9 A铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝: K4 `( M3 C, ^2 B/ B
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
3 |% ~; @' F. b( T1 a& K' m求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
. h' S" n0 f: s产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
+ U. u; y% U. T' W1 x( o
6 T5 S: q2 [& w% K/ v# o。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
) x' ?/ h7 r9 l" P广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新( m: v2 I$ n- S0 k+ U. g$ t, Q
产品开发力度。
1 }$ f, U  f3 w) }; L2.2 不溶物的问题  [: t" s% E- j! t6 a
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了1 L; Z3 ?- ^# `! N$ U4 m+ K
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
0 q6 J& @( U$ F矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
7 @: }: B9 F( }# b成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相, r- J5 q8 n8 J: A/ Y/ m
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低) D/ B. k1 l0 Y1 j; H/ h
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解! D4 t0 B, }# x9 J& v$ Y' ~7 o# }
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效9 f$ S+ ~  k/ \! z: S) t5 ^, R
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
1 V2 U5 l. _" x也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①: v2 g) d& z' o. L. H+ M
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积% }4 X8 f7 J& j
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗/ n% |+ A  ~. W
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
0 q8 `2 D) P& S5 m8 {: n; U  V$ J$ C  L通常会取得较好的效果。
5 P7 K: Y- C. D$ \0 ~1 L2.3 盐基度问题- u$ b+ n* S; X1 D
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可+ X  t+ p6 t  M; l! q" g' u
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
- P8 T/ F3 {8 E) F' e2 G! \8 C: z酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
  v) o0 d; R5 k7 E6 j虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和4 O7 ?9 C4 v( v) v2 ?! h  @
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前6 s8 S" K- R, R- T( S+ V, o
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
- ]) ^, n8 o: C2.4 重金属等有害离子的去除问题
" P* z, N9 f8 C( k  J某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以! D0 C; n* s4 G; ^: A/ Z9 L' U5 ?, c6 `
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有8 x! ]' Z$ j( d5 T7 G3 T5 G# ~
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑5 {/ v6 h( z) l# M9 K% |& Y
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。( p( A- a7 [" H2 [; K0 s
2.5 盐酸投加量问题& `4 |  r6 U3 w6 o, F; h
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工. q1 J7 C: L, ^0 @' ?
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成" `3 j* b( r6 ^8 k
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
) Z: l5 f& _- K( a* ~' _法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问7 E( A$ v) x! g9 i. c- f
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥: t; ?0 @: ?  {* }) M
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数6 S5 S" h3 E; [8 ?
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率% F; H9 ]0 f/ `8 M
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
" ^' ^+ Z7 t+ y2 n$ C/ [低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
1 s( L- O# R7 l6 p6 \3 结语与展望
3 G$ i( Z+ E( `5 L聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产* P7 g( T: Q' ?
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水- t) T+ G% g$ B! s: O4 q5 Y
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上5 Q4 m: M- G" x
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
  f8 |+ a0 J0 I. f! G/ ]0 b品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
+ J) e% z+ C8 ~' c品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来; v; x, \/ P2 b- p- i  O1 M2 A/ P
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
0 t6 t* H6 r/ v" Q用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用9 e0 k  v: E& J9 u. H1 n! @! @  S
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、1 N# {& ]- @/ o7 x5 Z# K
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
2 f$ |: I1 r7 d. C. ?- z$ m0 J含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
5 ^( o) s) @9 {- H. |5 \" D6 f  {生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究. v# `5 e9 p1 w' v6 \1 d
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
$ z9 s# R" @- [3 t1 p4 P聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,& }% @( i$ X, V- B8 m* p
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向: X7 n3 B+ @4 D4 _! C( f: d! f
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复; M; J, z7 |3 b  K
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝0 `- H0 p. d; c5 l
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范; j/ u! s* i7 E7 a" N9 B& E2 x, Z
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
! ]* [" Q$ B1 F9 m! ?1 b子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内1 ]1 q- K4 W! X( [
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
* Y8 ]4 _+ ~8 t- f利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产8 A) R" t, ?  z' M2 H  A4 H: f3 w
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点
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. a5 h- W5 }- s) T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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