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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7 s, L, @4 u6 S$ d# M6 ~$ |3 Q% H" O
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)) g( ^9 l* u: j  A' Z- z
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
# x  G$ B4 K5 [液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
( _8 Q" `3 t) r* p$ J3 h理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
  ~3 A' I) f+ U! D  [' e水、生活污水和工业废斜管填料中。( W1 L* [9 N1 R9 y
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
1 P7 X1 M, j" }& g凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
2 h4 i# u+ @% I+ f$ ~6 \; ?投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量9 N2 c9 o% W2 |( N
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉7 T. y' g/ {& A, m: L1 l
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH$ s( ~' m. y3 @; d+ z3 w! s7 A
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
# H! o* A% F+ o( R1 F从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研, z, p) @$ ^6 R+ b5 F7 w2 t
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
* [2 y5 [/ J- G" y) g% i了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
2 P# _( ^2 H! l) g; ^度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述0 K, z1 ]4 N' }! k2 q7 K6 j( k& }
和探讨4 M% \, J  m+ ^  a  B
1 聚合氯化铝的制备技术/ Q0 Y( n6 l! t: J7 ?: g% l! f  b4 j4 D
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
0 \  Q# T7 w9 y8 A1 f1.1.1 酸溶一步法
3 O' i; O7 ?- K$ d: z4 x! F. P% c将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
- m+ A# _0 k3 R+ x在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.. B9 u0 H% ^$ |4 @# F9 R# I
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
: m! _$ X' C9 d0 U; q放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,7 d& U* x! m, k
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放; v; D5 _9 T5 v, {
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
$ d" W0 y! O/ G1 X. q6 N不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
8 W1 b9 V- h% N  ?) C7 x至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺0 n. m% N( b2 |. y5 O8 V8 \8 W) i
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
% }" X6 g7 i1 Z! K6 a, [3 `较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
8 F0 d7 w; @$ p* C备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
. I2 F3 R# A* G, T" f金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?8 ]+ u7 C- D  @" v# f$ F
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备& I& s- R. B7 J
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚- X' O3 U. J0 n+ J; n
合氯化铝标准溶液。9 w3 ]& i5 ?- z! J" z( t
1.1.2 碱溶法
& c$ Z  c. z6 H1 Q8 J( m& {先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再0 i& h! E  C% G( W( r0 t$ n
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
4 c4 b) G6 H) ^. W1 @的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
$ b  Q: H0 X6 y) C含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
2 q% u" ~8 h+ [) V化生产成本较大/ T9 b( W$ X" O3 l" w9 J" g
1.1.3 中和法' p' P7 |; U9 F1 x1 q# p
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
  b5 a- D! r" |. f7 b  s. {制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
8 ~8 X4 V& M" ]) [" b: o制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶! f2 s4 {! s5 F0 V4 |: e
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
9 o. b2 N5 ^2 G0 `1 c3 l0 E铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
+ V# d6 R/ Z) t( F用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再2 J$ i/ ~, U+ G5 E+ x/ _
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得0 v0 q9 x1 ~9 v( s( X
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
2 l- i9 W; R) q1 ]2 ]1 I. L, R. F( l" `! ?称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。/ G( M: o8 w5 z( X
1.1.4 原电池法
. D3 y* s2 H/ |2 g该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电, z3 w1 O7 ?0 j, T
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆% n. X3 C2 B& @" ?: ~5 U* q6 I; K
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属7 N3 a2 h( f" R
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进7 l0 m% i3 U8 W
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
% D: B5 n. G+ m' Y  t生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
) _  o) x0 E4 p9 m/ K拌,大大节约能耗 ]。; p; u6 P* P) d" k6 H+ U; N
1.2 以氢氧化铝为原料
5 L( ~, A# M4 S' Z4 [5 R! }2 w7 s将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的  X! n  D" D( q
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。$ \& ?& q  l  h* Y; m1 C
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普6 {+ Q( W+ J2 I. [
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故3 p7 W$ P2 Z% m7 k; l; K) F" N+ W
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度! X& H- T/ l6 |$ T1 u8 S6 g
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
" l# F& v4 N2 K& C# e) o% ~8 y! H提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸- t. u8 d- Z3 y6 X0 x
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂) O: v9 t; k3 u
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
7 ^3 J8 ]6 n; M" b0 y& `得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝0 K, }% p! B, t/ X9 i* {
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯3 `2 u  V. P  W0 Q0 Z9 ^
化铝。1 M5 e% n3 n1 V
1.3 以氯化铝为原料6 s! F6 k' H+ `) u4 U0 x9 n, @6 w
1.3.1 沸腾热解法
) v* E3 n. j5 v9 z8 x% F用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
/ Y  m3 e& h+ E* G+ l氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
" m* r; `# l+ S6 ~* R! U) z/ r搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
' k" T+ @; c9 X合氯化铝固体产品。8 E( v2 e) h* v* C
1.3.2 加碱法
4 c: U4 w0 e3 \. f* [先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下, C4 O7 ]' J' P7 j1 L- O7 K! v
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
* A6 _- S/ X. U6 S反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产4 S3 E  e. s* e- j9 r
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
0 q7 G/ L7 s7 s1 j! ~# L6 @9 @品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
- x: z& S  ~# I. E) }: q通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
2 k$ Q0 R% J9 lL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
* }0 ]; u# t3 r  v道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到7 I' G; x4 L: n& }
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
! n( @' i1 m: c" \量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
1 B+ z* D* c( L# U- ]. ]滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
& l+ t- G: t  r量也不高。
% a: @, g6 q' v  R1.3.3 电解法
$ X/ C% u! y! l2 ~该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
& C: W  ^0 f2 M不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在; i/ k+ ^  T& a$ ~- `) O4 @
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉" J" M* }9 d: {2 p/ a# u* W
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
; M- i, z* I3 X1 H# W0 I* U; t氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何0 F7 C# h2 j2 f! ^  l4 V
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
8 B1 D% H! x9 Q( W8 c可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
1 _( T& q% r8 m倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解/ \$ v7 V% f5 d
过程中的极化现象。
0 A; n0 E9 S! ]7 ?9 M1 \+ ?1.3.4 电渗析法8 w9 b( v) O9 H2 D; W
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
1 s4 p: _: n/ _; c% A: Y. N+ a液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
( t6 R9 f. y8 f" z板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应5 P; H( v: G: \
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。' J# t6 T, w# [$ L  A- W- @! t+ g
1.3.5 膜法
6 v5 _5 @- c( h% j& c* B! ]8 C该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯3 c2 \$ `4 ?* r: S
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液. M; H( Q) w9 H
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得2 w9 Y9 s0 m7 X2 V. y
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜* s, ]4 u' V; ]& i1 z$ D: m, |& T
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
# A9 x+ Z3 n" b9 ?; Y3 K以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化& ]) C9 V" I" z* U9 t  Q* m
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
. x4 i7 i: `1 M$ `# T% y. ]  A1.4 以含铝矿物为原料
3 @8 e6 s: X3 C7 ~3 W1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
+ X& L) A- G9 `& g( |铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主: K3 u4 U" T3 ], c
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这- [& Z% r1 a' ^, i' s
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
4 N8 Q6 a) i5 f6 ^: |般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
0 l& j# w7 N8 {的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
& f, c0 s( r" B8 G3 C) n* i& G4 H分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二! I# m# f& X; a; j5 X
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
6 ]/ _8 c- T" ~丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
! b6 M" R9 c- s) _' e/ L9 [可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。- m% z7 `+ S4 M+ C5 D2 I3 D! @+ v
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
5 L7 v" J" ~' W9 W% g3 ?! p  r氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物2 g0 z" [. G; W% k8 E
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。5 e+ t+ d7 N8 ~5 I4 G
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
$ D( `; D# B9 f3 b8 Y生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
# q" f- I! G4 F/ s大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残- l& H  M* a+ ^7 L3 Z. \
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
& o* O( x; T( c! g粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需' [  H* g( _5 j& b
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石( p) y0 c9 R7 L, c4 U2 z
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
' F: a0 Y% C$ I! B溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
) q; C* N7 N6 s0 w1 M高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为# R$ }4 U$ x* Y5 V
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
. J; P4 ~8 C, n1 f4 V. D0 r; j1 c' _. F氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
1 ?0 i1 V: I4 k4 \9 d氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
) N. H# ]: a5 x9 _5 {铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于5 Y6 \( U! o6 p& T8 s3 Z+ z! ~) b
30% 。# P# h) Z5 N, U- j9 s* O& h8 k
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
! s6 h) w0 W- k2 }制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都- r( b3 R$ B0 F7 U6 l
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或5 ]  j% t0 a+ B% o7 R
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠7 L( r/ Z# `* D) i8 J: U) N
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
- r1 x; f) m) ]4 M1 j. s$ v+ l6 D6 r复杂,成本高,一般使用较少。6 E( i, [. j& k4 D
1.4.2 煤矸石* N" }% c$ p& _" f
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃4 j0 e# B7 M+ p) V, G
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧  _3 J, R% [' Q' v: Q
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原9 v# h' s2 M6 z* L/ v2 G3 X3 K
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而( W+ S+ }% E+ h8 A- b6 Q0 ?
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分7 X1 Y# s7 I0 x
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
  _* v3 [: K4 h& i' T! Q" {* i5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
8 E7 z0 ~/ |4 }9 \% i8 j# R8 f& t氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
, |. ?! j+ x+ j% r已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石$ C( f3 p) Q7 y7 S( I
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
7 f2 A+ l% \# X" v1 {时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当& v4 h2 }; U5 ~
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得& h5 C* f: m5 F
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化9 i- u: w+ g( _( H+ z
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐3 `* i/ v. O7 I5 v* [
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为. J  r- M. ~$ Y+ A/ `; o) ~4 E
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
2 H" L, F' J: G1.4.3 铝酸钙矿粉- h1 B7 G; B5 n; X; Z0 z& J
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温, x6 F2 M7 X4 C! @
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的8 s% p+ q9 |6 u1 Q. u
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。% y  }9 t# s, U, o1 h* G
(1)碱溶法2 F9 O! f& `7 M2 Z2 [; u
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
+ l! [2 j' B& x) K* K$ L) V液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
5 ^6 F& B" ~  c' [3 p1 s在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
( ]* K# _$ T) `8 ~值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
+ j  ]4 d" j2 A$ B$ ]反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
( J" I( G$ t* [形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
* {: V, W5 w  e" ~加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
+ Z* J0 A% P4 V0 d& @: ?状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
( `% o5 D* T9 z  J. i  Z% e5 k铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但2 n; L4 Y5 [' q( R0 g4 }" f
生产成本较高[19]。
4 A! }$ I! o* ]' A( t% w/ g# @(2)酸溶法
& W' V2 j+ i8 p; N+ K. Y; e把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
+ S* O$ C2 {7 r7 o7 M9 p7 V熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
6 U9 n0 i: a7 J单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
; Z2 |# Y4 C2 f: W4 X1 f* k溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
0 x. `4 }1 W: E* X+ z不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
4 D" A, u/ X! i& e! s$ p7 }铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
: I! ?! f7 ^* E( [3 q6 q氯化铝铁+ G5 l. O. e6 s2 J# I% d# P3 z: q
(3)两步法2 {$ k9 p  @" ^3 m) ^# Q# P, v
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
9 {; G1 Y: @( C' ]$ |( R1 a艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
8 y+ k+ \& S3 o# x$ |; @; L6 M/ G比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是2 _9 I. [- s5 E9 Z9 M
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。: U% j" m9 J1 ?; r- A% i/ r
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常) f$ \- ?5 C! x6 k4 _9 }! j
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
$ m4 K% K  ^- b+ {铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回+ h. o7 a; b, A1 v4 u' g9 q6 s9 {
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
5 _0 c6 y9 P* q0 z! R: ^酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
& S7 b" ~) l* k% @" @. a铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚: R3 _4 Y# _" b* @) D
合氯化铝产品。
) Q1 z& k6 O  E' P9 V1.5 以粉煤灰为原料+ j' c. u# I% t9 p8 c( b
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体% s6 R8 L4 `8 R3 n# O
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.5 [* Y1 @( r  y; l/ ~6 s/ G' D0 p
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
, _8 e- L" g4 h) k' K常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
- a% K; B5 P4 T. |高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有, ?) n" }3 U$ ~; }
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
2 S0 I6 M" \9 m3 c7 G溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再+ G6 S1 ?9 F; a& c. n( N$ [
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
" y7 t4 x/ t" f粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化. h8 J6 u- o% s4 u" ~: J8 t. R8 y
铝产品,据称能耗低。2 m; S! h. U  O& g' o' N8 R
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
) T1 N. R% M; _: K解决建议
0 h) y: _5 l$ {. d9 n3 r' [2 @3 g我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
5 B* G, A3 P- b- c0 u( N, n着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国; U/ [) y7 N% E5 J  S4 f" x- u
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,/ d: Q/ H( Z' m2 R8 ]9 H7 W. u
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
$ `; x  q3 O/ Q" I% a! V1 I佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者# Y+ f+ i- C$ o" h, k: c
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方+ M+ z9 {* U* ~- |5 F8 m
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
' d2 e2 ?% ]! i" f) s) A* p究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
2 z5 V  h- o5 l8 ~9 }" A反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、0 f& w( S/ ^: o  K
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离" @+ C. R2 c0 d2 O- z, u/ y) N/ H
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深4 z5 @( X: v' a  l' ~
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在! I4 x* N( }* E" M. p) d
以下难点问题
0 _  f# }- L- I% S1 N7 k2.1 产品纯度问题1 I  n5 ]8 I* n5 D! L' q
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通- E: x# _( \% q, w# C
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我% q0 D( C% G' ]+ t
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
, s* a" K" V: F1 J1 b产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝, ]0 q0 X# U' _4 E
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产% r+ ~' F6 l, _2 D
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化3 W* L9 K! `# D% s. `" |
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
( E+ r5 }9 s  I8 y9 Q盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需) N; R+ w6 G" u9 B
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
4 c' k7 B5 g% z产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
$ o* U% ^5 E7 W* |2 a& ?  l" ?+ w8 D$ k  Z/ e8 B
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
/ e3 h- O' T! a. n1 b% v广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新1 F# P9 x% C" Z: o
产品开发力度。
/ t9 L6 r- P. H) w) ^2.2 不溶物的问题
& [& L. S+ D  ^5 v国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
8 ?% S! j( L/ Q' Z! w7 `& c明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
; N% P) S% C4 F矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加- b, D. e. L, [. k4 `  z- L
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
9 D1 d2 c+ `2 u, N: U  ]! R8 W应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
( l) R' f, Z# R) m/ v6 W不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
2 H, D0 Y! F6 B: C: t决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
0 p% k+ A. D' m5 I4 Z果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
) ]  _0 i" |1 C9 _' {0 |也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
% Y" p2 [; T' h" r) s' b& e自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积7 r! E4 o& E8 B" f$ C4 [
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗' D6 V: ?6 G2 K9 r6 ]+ g
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,6 D6 [" {) O! C; E+ D
通常会取得较好的效果。* W2 P! t4 r2 W: k, s
2.3 盐基度问题
7 q" S8 k1 I3 s; Y3 C盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
0 X0 f0 |+ G) ]0 S, A, T( [在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳. e: B! ^, K7 R
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
- S, t- f3 j- D; a8 _# D虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和/ \. |. U9 m/ p( e: L
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
3 }( g3 K$ I1 w: W0 z7 b国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
2 N% i- V! Q! a. P2.4 重金属等有害离子的去除问题
# I; w4 q/ H) f1 y某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以8 T# D( L$ i* \! O
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有) x3 {8 f) w6 K# a' j/ K. R# J2 c
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
% p: Z) U2 y) y' M置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
; \7 |/ W* S& Q5 v7 ^0 l0 }7 C7 l' P2.5 盐酸投加量问题/ {% C* d2 m) s! R% N* h1 s
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工8 O8 e0 e2 q  l# h
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成0 o+ M/ o! E, Y& P& Z2 z5 ?
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
  s7 m) V. v, \+ K法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
. G% m3 e: [. w! Z+ K! ^, Z题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
3 E3 I' X+ K" P. E- H2 a4 J发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数' z; b' `4 o3 p& h* |# I
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率$ |7 C: X: V. `1 W4 l/ |& T
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度  J0 P) v0 x! |: h! f+ e+ [
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。- S& d# b$ }$ W) [5 C- r: R" Z* J
3 结语与展望
8 J6 A: |' X& F聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
  s7 A9 `+ v0 H品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
) S$ w" R- V& B2 y: r4 }' `处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上5 x4 \3 w6 N# x
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝7 }* C2 N. U6 D" _' D& u. ]
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产; N+ m. Z3 b1 G+ p, t6 {
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来' e) J6 E8 s( h1 v' x" Z4 F
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
' Q3 t9 v. P! ?: r5 E用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用5 j+ V4 U7 l; y" \& X7 K/ t% t6 ?
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
$ a( F& ?& V7 r# d氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用, U% \3 k/ @% K
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业0 M/ ?1 q8 E- R
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
4 K* Z; T. i7 S' I. d1 i6 \应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产8 q$ |% Q" b) ~: V$ x6 e$ e
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,- `* g7 Z8 ~+ r8 L
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向# e: Z" f9 V. o5 A8 [3 o
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 p, Q5 v+ C+ K6 X4 K配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝- U# B! c; D' y" H
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
. ?- ]( d' v; I* b. p! A# b! Y围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离0 y. b# k! \% E
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内1 z$ y% H5 W% n0 t$ x2 `
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
/ S. a% q; f% f( ^+ t! Q% x利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产. R! z* u% s# @! D) A: G
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点- I5 }$ D- T! u. L
参考文献:: r  f! m4 B" w- D
[1]阮复昌,郑复昌, 范娟.一种超纯聚合氯化铝的制备及其DH
2 G9 a# t! `) V值与盐基度的相关性研究[J].化学反应工程与工艺,2006,
* h" ^/ Z9 x  H' n* t16(1):38—41.
  Q' r1 g# @8 [8 C[2]刘春涛,马荣华,李莉.废弃铝箔制备高效锰砂净水 石英砂净水剂及其应用# X, j2 l$ A) ]3 s! G: ]
[J].斜管填料技术,2002,28(6):350—351.2 d" ?  \( ?. y1 o5 e% \
[3]李凡修,陈武.聚合氯化铝制备技术的研究现状和进展[J].工" F5 f/ S$ Z, L/ t' z4 b* F/ R
业斜管填料,2003。23(3):5—8.' i1 c) d0 [2 d2 v7 U
[4]晏永祥,陈夫山,栾兆坤.高纯聚合氯化铝的制备及其影响因
6 \* f- @0 G! p, M( X' C  |素[J].工业斜管填料,2007,27(2):57—59.4 I+ w! W& r/ t5 j
[5]赵华章,彭凤仙,栾兆坤,等.微量加碱法合成聚合氯化铝的" c  C. U' H3 D* q2 {2 i% n
改进及All3形成机理[J].环境化学,2004,23(2):202—207.
5 z& s& L/ s2 a  r+ C8 u" Z[6]Akitt J W ,Elde~J M.Muhinuclear magnetic resonance studies of2 G- B& D+ O6 Q& u. O
the hydrolysis of aluminium(Ⅲ )[J]. Chem Soc Dalton Trans,! b8 X/ ~9 U8 ^
1988,19(6):1347—1355.
4 L3 x& L2 T2 [+ W) B- E: _[7]Kloprogge J T,Seykens D,Jansen J B H,et o1.Nuclear magnetic) m! ~& ?! B# J8 e+ d3 T
resonance study on the optimalization of the development of the A113
3 l6 E" |! W2 O7 m8 wpolymer[J].Journal of Non-Crystalline Solids,1992,142(2):4 }- e9 w2 S5 N) p
94—102.) n$ O. [: L5 y: Q2 r) J6 f
[8]Bertsch P M.Conditions for A1l3 polymer formation in partially neutralized% `7 C0 g, H5 \
Aluminum solutions[J].Soil Sci SOC Am,1987,51(6):
- ]5 h) a- y2 U/ h: P" {825—828.
8 W1 ^" q; j0 A# T8 d[9]于月华,柳松,黄冬根.聚合氯化铝的制备与分析研究[J].无" |( S. x, q9 z) D' G7 o
机盐工业,2o06,38(1):35—37.' ^# [9 e6 A$ d, s* u( H0 c
[1O]曲久辉,刘会娟,雷鹏举,等.电解法制备PAC在斜管填料中( V* ~# K7 ~, _; z$ L
的应用研究[J].中国给水排水,2001,17(5):l6一l9.
8 B  ?( J! O6 _[11]何锡辉,朱红涛,彭昌荣,等。电解法制备聚合氯化铝的研6 Z/ U# O: X! t- [7 `
究[J]. 四川大学学报(自然科学版),2006,43(5): 1088一) S/ Q' W+ n2 v* L: q( g. x- D' a
l092., h6 N, o6 V4 ~( U/ D- M8 k
[12]罗亚田,皮科武,钟春妮,等.倒极电解法合成聚合氯化铝
3 A" @8 f7 P, @9 t) y* g, v- m聚合氯化铝[J].化工环保,2004,24(2):145—147.9 y9 F7 V5 N7 F5 \! h7 R
[13]路光杰, 曲久辉,汤鸿霄.电渗析法合成高效聚合氯化铝的) a* i2 O9 j2 c. u' [
研究[J].中国环境科学,2000,20(3):250—253.
' `! W4 N% j1 y; `[14]彭跃莲,刘忠洲.超滤膜的一种新用途— — 制备聚合氯化铝0 |% A( t$ k# j
聚合氯化铝[J].膜科学与技术,2001,21(3):37—41.5 c' k3 H$ u7 A# n3 M
[15]张健,贺高红,李祥村,等.中空纤维膜法制备聚合氯化铝7 G" j9 n4 C0 C% a
的研究[J].化学工程,2007,35(3):71—74.2 o# I4 C7 g7 k* ]8 C# [) @$ Q! Q! K
[16]常青.斜管填料絮凝学[M]. 北京:化学工业出版社,2003.( E2 t! D# x+ ]
77-78.( d5 n8 f5 d7 W8 T! o  g4 l
[17]胡俊虎,刘喜元,李晓宏,等.复合型聚合氯化铝聚合氯化铝铁
/ G" g" n% f+ O(PACF)的合成及其应用[J].环境化学,2007,26(1):35—38.
+ c; K. W( m3 l: W/ l% t[18]马艳然,于伯渠,鲁秀国.从煤矸石中制备聚合氯化铝及其
$ r3 p- U0 Z# f) Y应用[J].化学世界,2004,(2):63—65.( y8 X% `9 M6 Z7 Q
[19]李风亭,张善发,赵艳.聚合氯化铝与聚合氯化铝[M].北京:化学工3 u* o4 x# N% {' A) d$ F8 |* l
业出版社.2o05.45—46., V+ J. K2 ^  ^% h' S- ?
[2O]郑怀礼,张海彦, 刘克万,等.用于市政废水除磷的聚合氯. {% o) T1 W6 K/ `) A
铝铁聚合氯化铝研究[J].斜管填料技术,-2006,32(6):34—36.. _) h  }0 Z4 s
[21]董申伟,李善得,李明玉,等.利用铝土矿和铝酸钙制备聚: r- `1 P4 Y7 o4 t: z! v
合氯化铝的研究[J].无机盐工业,2005,37(12):31—33.
8 G. ^2 b. W8 |" C% S[22]陆胜,赵宏,解晓斌.生态处理粉煤灰制备结晶氯化铝、聚/ F! [5 `" \9 E! s
合氯化铝的实验研究[J].粉煤灰,2003,10(2):10—11.2 ~: t/ ~/ Z' g5 `
[23]李凯,李润生,宁寻安,等.不同聚氯化铝系列的水解聚合! x  K- ~5 s, v! P1 ]6 N2 w; |
形态研究[J].中国给水排水,2003,19(10):55—57.
6 C- h. `) r" u0 H. ~+ G) 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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