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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
潘碌亭,束玉保,王键,吴蕾2 b( H; X2 d) K) m! a  ]- t
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
4 Y; r# q7 i+ g7 c% w& g: C在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
8 f( F: v% N3 d& B液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处# o# K1 v% ]- Y8 ]) q
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用( H, b/ f1 d. E, x7 a: D
水、生活污水和工业废斜管填料中。
1 f+ B9 v0 p1 M8 z/ h聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
/ @/ e/ }5 Q7 T0 k2 d# `凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代* ]% z8 k  w1 |. u
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量0 E8 F& o0 a1 d5 f6 x  D! L
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
5 V! p* p6 g  x+ ?* A淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
+ J8 `6 p3 M* |* V! r% X) _值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国/ F" R- I' k+ T( s% |; l+ n' q0 s
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
  y, ^/ Z& B! y+ }: p6 T发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
& x6 F6 i  t6 {% G了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
2 K; W/ u& k) U1 K度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述5 O2 e: `2 ~# `* \  P
和探讨
; w8 l5 V# e3 y, q3 B7 m' s1 聚合氯化铝的制备技术
; Z/ Y, G2 o% }' R% Y+ h1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
! E$ O  Z2 _2 `7 s. M# F1.1.1 酸溶一步法
2 w: [! s  |  G6 M  E8 J将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
& @+ y$ t1 c- z" u; w在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
+ z+ }8 W: @! w( D7 i  \1 n* {放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
0 W1 ?/ P' E6 P& h$ p7 N放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
: B# Q2 p' Z# W' @; y" C" G水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
# T6 R* M7 `  x出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
( ]" h8 A, f: Y8 a" ]不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
3 h1 L8 l- d% J6 x, u' R5 e至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺# d$ ?7 X  c' o: Q5 P
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
! r$ E8 m3 v. A较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设  ^: Y8 b% j- f# R% c% T2 D& P
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
$ Y7 K* ^- w9 F金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?. a( C, i/ [% n& `3 K" B
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备3 n% c4 D5 v/ w9 k! g; \* c5 {6 `
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚1 j3 Q. ^. c8 x
合氯化铝标准溶液。( V: d% @- q, R0 C7 s
1.1.2 碱溶法
# P, ]% B- z( S0 N- A+ h0 y先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再1 P+ @9 A! C/ I
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法" {$ b8 |* y3 }' s
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠, g' _6 k2 [% d; J
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
0 r0 N( J0 D8 A" \  v: }3 k8 a化生产成本较大' k3 y- {3 s5 Q& I. V2 p$ }
1.1.3 中和法' N* u4 a9 p+ G! Z7 ?+ I- I
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别" a' Z( d, U7 `5 Z/ @; i
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
' Z6 U: j9 M7 U0 H制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶* @' ~" r/ V6 r% B6 J
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与1 k' B; F7 H+ U7 C, N
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
% G" Z0 T) l( i/ j6 K, O7 I用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再3 P5 c$ Y7 k" ^. W
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
8 J% x% \( M5 t* R, X  [% }到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据- K2 i4 K% V9 t
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
; i& I( g% G! v1.1.4 原电池法
; V# v- g+ W. z1 F) |该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
8 ^+ z7 v# v6 e; @' m) g2 N; v化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆4 b: W4 c% b* P; F
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属8 F8 L6 F8 G; h3 T
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进" T& H7 A  U1 N8 K
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
* m! ?5 c; v' j4 k* @生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
% F: z, D/ }) \1 G: t8 o/ j# l9 ~拌,大大节约能耗 ]。
' z$ _  x" x& o* I/ `: o6 q7 d8 Z1.2 以氢氧化铝为原料+ h# g4 y1 R0 c. N, e
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
6 `& b4 G# W$ H4 O/ v温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。$ y$ a, r1 O* j! N9 m+ T8 @- L
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普8 y+ x$ N$ m5 p9 N5 X
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
0 V* ^5 P, q: h0 g$ y酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度5 y* E3 L( h8 ^1 n! y
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多; N/ S6 b/ O5 q8 v6 l
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
) ?- Q9 N2 u. j7 E; ?/ X8 {钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
) w. V# }$ @4 ?* y7 a' I质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
3 z4 D. I; D1 X* e7 X得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝) n4 I9 b1 s+ Z# J7 j3 l
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯2 ^  |# Q! ~2 _. {% ]
化铝。# U5 u% U" [: [$ ]' L
1.3 以氯化铝为原料
8 U$ f% C7 g6 o5 E6 x1.3.1 沸腾热解法
/ N  e9 ]# [. ~2 g! B) ?/ m4 L用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出$ I! L* `( u; p: @
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水8 F5 H: W9 f& r, P+ h
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚3 e8 L; F8 H! G) ]* O9 C
合氯化铝固体产品。
* N. c$ r1 p# h' k" }& I# o1.3.2 加碱法, }% s, w* Z( d! C9 S+ x
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
, e8 ?7 a/ ]0 B+ a# p1 R' ^& z$ P强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
% V8 F  Q$ U, U' n: o. [8 L反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
9 b" t. G) f& o品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
, B" B" Q( ]  W品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等7 A( L( X1 G2 |9 ?3 B1 Q/ A  l
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
/ K/ o, f( m1 @8 w* RL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报$ W, j8 C8 k! T/ P/ o
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
+ X" i! ~, i2 o+ [/ kAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质9 t0 z/ P7 G6 \6 a! G
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐1 C- Z% Z4 f( Z
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
2 O* J) ~1 a" E4 @量也不高。
$ @$ F( E- I: c1.3.3 电解法
+ Q5 V% g- W( g: M该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以( b7 d7 T5 W% ~5 \( Y! Q
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在0 j( a7 t: t+ |
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
; M- m7 S! X- t+ g3 n  q等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合8 G% O- Z- \2 C/ v9 G
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何1 P6 [& ^9 {. ?, \
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
- B/ X( r. W1 I! p; x4 H. v可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
8 V# l% _1 I1 E9 O倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
  p$ R# [/ v2 r+ E3 T0 W  m过程中的极化现象。& U! s$ j9 A# r
1.3.4 电渗析法( ^; C5 Y- d8 P$ W  {; t! h  w: r
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解3 W/ I, E7 W, a, f
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁) C1 K4 @+ l# U2 j! j3 u, o
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应4 K* x; P" e, \; y0 n3 h' g+ V
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
3 R# V+ X! b) T1.3.5 膜法/ Q( s/ D# i! k2 Q, b- S3 X3 w
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯( @" R2 X9 Z7 e5 ~0 m
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
3 q3 L4 H2 I" K$ d$ o; N! H通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
% V6 I# H" v6 U, {5 A- d' kAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
- _, ^& V9 c9 g' H; z. N制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%* ~4 z4 S' |; x
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
& h' }/ C7 ?: J, ]# M8 x2 j7 D+ V铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
- V* t2 v6 f1 m# X5 ]. g1.4 以含铝矿物为原料* Q; M$ O$ R7 D6 U" B  j
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
4 X& r% N2 {/ c9 B铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主/ d/ K# U( X2 `  L
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这- B; I. ^0 y9 ^: _
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一0 W+ n% B# C; v! A
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
2 X" a$ Z& }, {( U的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
8 Q0 h: i2 t/ [分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
; T; a% Q1 e) I/ v1 y" @氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
& {/ V% h/ V/ ^* h$ V6 r7 [丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
5 A5 M5 i8 h1 T# z" x9 H2 H( G可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。& A7 ^, q  S: G: ^& B: z
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚  }; U3 U; ?8 D9 j
合氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物/ N$ a- P/ i: o
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。( j) w- ]2 z/ C# z  P
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。' t% A) Y6 W9 X2 {- k
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较. h: I: z% O: ?* b* Z* W5 G
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
: N0 B* z& I& b6 E) {# @& i渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
" J! w/ q$ ~$ }) @: {粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
7 ^! H/ t( j( n1 d对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石6 ]. e+ r2 {9 f- D3 s( j/ V
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
+ u- \8 ^" a6 _3 @: I1 p% I: c3 s. W溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
; s! I. Z1 A& {( l7 [( u高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为! `& s! V) c5 \  d
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合1 \9 ~0 r2 B! X& f: m: \; i
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,( F9 I+ V0 C" _) v8 a
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
  C6 i) i+ K$ C+ n. ^铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于' e0 Y5 [3 C2 u& B  U: G8 z
30% 。; ]( j% P1 i" |# s7 G' l
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法5 X9 g. }( `$ c" T
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
- k1 ~, E3 e! P; v  r需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或; P- F& n/ t* c* E; w
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
* ?. J$ `( i( F和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
) v% L8 y1 a) m2 u复杂,成本高,一般使用较少。9 l: B! ~4 `% {0 s5 X
1.4.2 煤矸石2 i- }7 w' h# g: U
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃% j' f1 L$ D8 @4 p; F6 R, t* n
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧1 K" _; k$ n. J. c; G
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
3 u; U; c/ M1 q' A料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
& f& L; Z" n8 s2 M7 _, g且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分, z0 i; V7 H8 R" `! o
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和7 |8 n; ~- D0 ?5 F; {( o" R
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
7 R) [* H, s+ b  s氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,6 Z4 E7 ?% P! p6 a" n5 e, x9 w
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石& C$ Y3 A# ]3 W# n
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
7 ?9 Z9 _) r" _) Y时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
# e0 J: R3 ?0 i) ^5 p& a处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
' X+ j! Y) O7 l* L& j1 Z. Z& c结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化: B/ U- _3 g8 i8 |2 h7 W( _) J' f
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
0 @+ s4 ~$ S- Q; r+ G  G! w8 e基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
8 W6 P/ a( W# g; ^1 K原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
" A& Y; V; |9 [1.4.3 铝酸钙矿粉
& \. \3 N& U0 S% ^( v1 A铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
- ?4 Y& ]8 h- @- c1 v/ ~+ i煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
* u, `8 a) r1 c4 P! z不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
) O4 d; U6 {: |! y(1)碱溶法
$ A2 o3 }5 |- G用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
7 K; h" j( }9 ?1 b6 z6 j液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后- @! \: w$ C  a! ]5 h
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH$ K# v6 u7 T' b
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
4 E. f5 W7 g# M3 `9 a反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
3 _0 F) ^7 D7 P6 ?- h8 C  o, z形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
8 v, `4 C$ i# ^! o! S3 X加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
: y* ^; R( Y0 ~% r状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化4 N4 B% ~4 }. Z9 E7 @4 w
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但' a* q. d) W$ r& m% }
生产成本较高[19]。. A' h& K% ~1 L  [
(2)酸溶法+ ?' D5 F8 c9 _0 Q8 `
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
( T) g- ~; E. Z' l; [熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
3 c' k! o1 Q* b3 N4 N单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
; p& ~: F  K" I: S" S" G溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
5 u/ p/ U: U, D4 m不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,6 B4 V$ D' G& O* k8 b
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
: h1 @2 I$ e: G1 w" Y+ Q氯化铝铁。: B$ p! ?3 z( F* A. J4 J
(3)两步法
# r4 H9 `: o, t% [' f这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工9 _+ q) l/ G* ]9 T
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量$ k, c* M1 r' E& c
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是" ~, p. N7 v6 v
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
; V1 }2 m' I/ `: j: J7 F$ O, `这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常7 S) x# ^: o2 M' F5 q5 g5 r  h% ]
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化4 W1 \1 r, w* E& U$ ~: z0 d9 q
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
. m4 v3 Z9 T/ a# M* J流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
. H! c9 W, [& T* v; f酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
) ], `9 |: z7 {8 f4 F铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
+ o: ?% J- v' T合氯化铝产品。" ?* X0 c! y2 F1 S- T; \
1.5 以粉煤灰为原料) `3 ~6 ]" `/ i2 ~9 F( {% J
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体3 d5 a* T. T- ?  P  p& c
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
" |) d3 k; {& ]0 Y% A活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通* p, g" m) G$ ~* R& }% k$ F
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
; ?" z+ ^6 E6 x2 y4 Z高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
% O+ Y* A" i( \人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
  S4 V7 V& C6 P8 Z; @( \5 t' U; j- G' O% a溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
0 n! k" p3 L+ E# }) @9 c用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用  H1 U( ?; g6 O6 Q
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
$ d9 _' m  F8 e+ s0 A7 n铝产品,据称能耗低。/ L! p: C5 o* M$ R1 [+ a$ g
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
; e9 B5 Y- \2 S# a6 ~解决建议
. t. |6 g' D- b/ J: M4 @2 d" q: j我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随' H- X8 i6 S, B% ^1 Z
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国2 e, ]8 w6 e2 q* N
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,0 }' I( D5 y; `2 B
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
3 X: x$ ?  e- j, s/ `8 T6 U% z佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者2 W. l; ?. @1 @
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
% q; v+ |# a( [. D+ u3 f面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
* s5 W/ Y8 P; M6 r8 l+ D/ C究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
& y: l! J( r5 f7 H* a. G反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
# D5 ?3 |' P; d4 I' D+ Z2 ~硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离9 Z7 @0 d$ G% g2 v, D6 |
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深) x+ h$ T% W3 p% |! `) a9 o$ ~
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
5 P) Z  Y# z: R# r, j3 D以下难点问题
4 t1 l, x" _7 w3 t  N2.1 产品纯度问题
' h* ]+ |$ O! ^1 J$ `( w' e氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通+ h9 O- ], K1 _
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我& B1 P. `. a# `' J* t# f2 @8 A; S
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
8 u+ E% W8 ]" A# p产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
* m" k8 T# y( g% ]' h, N酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产$ Y, W  A+ b  e) O3 N- J% Y5 g
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化! G3 ?1 A$ R! e$ l
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
8 N; u% N# R9 H& [盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
4 l" T$ F/ C" E: t& W, ~) ~求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝- o; t0 \  M4 ?7 g
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
' H( s8 y& p# b1 p7 m8 a一( U+ e3 N9 v: E" I9 R
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
# J& _, z* W! I/ `广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
# |4 k- }( ~( u0 a. r; V4 Q  r8 z3 E" b产品开发力度。
1 z0 W4 V' T, @2.2 不溶物的问题; m; i9 W- r& T  G) j1 R
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
. i* N) W+ N" J% W明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而1 ^5 D# ^( o' i
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
+ R% b" ^+ ~+ \, W5 |6 R! N成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相6 V" b5 I2 q8 q6 q" g' O- g, T* _
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
+ p+ h) Y7 V5 G: f* Q' I不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
: m: o2 k# r0 y" U决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效9 Q  H& q3 y$ O
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择: y) @! c# W5 X" Q* o# t! O
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
' t1 l' K7 l+ ]* \自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
" d0 O1 U0 R" W小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗& Y- X& U( b8 g; r+ {1 C. X2 Z
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂,控制好投加量,
" d3 p. g) h8 r, ?  b7 }+ X& L通常会取得较好的效果。1 T. p. j5 F( A
2.3 盐基度问题( W/ H+ z3 Y8 G2 ]
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可( S1 l$ x! _1 t' G& U- j
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
' T1 p4 o* B! f+ A, A酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
4 v. S% v2 {6 n虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
- `4 N& l+ [3 A# D& |! a铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前( u0 J, z) l; N$ R0 o( H/ ]9 \
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。% t3 i, e7 O  h. L* g7 x
2.4 重金属等有害离子的去除问题( I% U; M) B. R6 c) K4 X9 b! `
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
% V& Y! F5 H6 O$ z在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有* [/ d6 x6 Z- f- M5 L7 p; h7 U
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
& d) R) z! m) {% E) ?, ?& K; o1 h! z置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
' m( i# k6 [9 ^* B" \2.5 盐酸投加量问题$ c1 |/ y; B6 p7 u  k
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工0 h% u/ F- ~) x! Q7 M7 y8 O. ]
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成- x& ?3 V/ C. q1 K1 ^1 W2 z
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶% i0 {0 y- u* e$ b
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问4 g( h/ R" D5 y) w& p( j0 q( ^
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
% E4 U2 M# R7 q. h发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
6 s) l# J. ?$ X& c% q8 s5 ^# i. h通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
  W; I/ U: _" A4 }8 V) |9 Y& A低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度+ y& }9 r6 Y4 W7 H5 [% M
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。& F% d( T! U5 {( e$ c6 b; Z) l
3 结语与展望
+ E, P7 D7 b: t  I5 X; X+ @  U聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
% _' F1 X3 _! b. E- F$ K. i3 ]品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水; g% k3 ?- \; w- A5 S# ~
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上8 l; B& Z$ m! K
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝产
) G+ w3 C" l3 p5 S. F品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
, `5 l4 m! Z  f0 R品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来# v( ~: D$ q! p0 f
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
6 F$ _& P0 m: {- ^  E用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用9 n/ m% b, e) s5 I6 @
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、! S9 n" @1 T4 D; v  f0 T
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用/ i9 o5 P* o7 e( t& s
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
5 h/ ]* p! c: h  ], ?6 n生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究# q8 X; l7 Y1 i" M0 P! K
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
( W8 {+ ~. I7 r* P# Q  U1 ^. S2 Q) V& J聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,% A9 s/ s+ r, ^. d4 z
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
9 _: _( f* W1 ^* _% ]; {; S3 S$ d% ]是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
! j$ i: I3 O) ^- ]0 B: z  N, q配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
: X8 j1 S; t% m6 U( s( J5 D+ U) t剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
% n3 S* v! ~5 S- R+ T+ `围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离6 g, v1 _) u- D+ @
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内" G0 T- g3 R$ F+ D7 ?- d
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料4 p. p5 d! a9 k% i* u
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
7 ]& [$ V' {" q9 a$ x) Q工艺,必将成为今后工业生产研究的热点
# _6 G- e- h$ \! W2 D' O$ s参考文献:; K* x& d- E: t9 ?2 Q5 @
[1]阮复昌,郑复昌, 范娟.一种超纯聚合氯化铝的制备及其DH2 c5 @0 g6 |/ |& r" I' a2 O
值与盐基度的相关性研究[J].化学反应工程与工艺,2006,2 K- d7 B5 {5 G& H- \
16(1):38—41.  C  J, E* f4 `) r* e5 d1 N. X2 K
[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5 A$ ~5 o, p% k! C
[J].斜管填料技术,2002,28(6):350—351.
5 W9 x! u& \# P! M. p- j* _9 N[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% z; Z( E- E( B
业斜管填料,2003。23(3):5—8.+ D' N6 L/ _. b6 H
[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
5 `' L# O  f+ |0 w! S/ D8 Z4 u' s素[J].工业斜管填料,2007,27(2):57—59.
0 W) W9 E2 k) w[5]赵华章,彭凤仙,栾兆坤,等.微量加碱法合成聚合氯化铝的) n4 [7 e2 \/ l9 W" E  Z3 {
改进及All3形成机理[J].环境化学,2004,23(2):202—207.
. Z4 l6 g% m# F[6]Akitt J W ,Elde~J M.Muhinuclear magnetic resonance studies of
. r5 k5 M3 n- r+ gthe hydrolysis of aluminium(Ⅲ )[J]. Chem Soc Dalton Trans,6 ]; A8 }8 j" p! w; x. D9 Y
1988,19(6):1347—1355.. S  Z6 D! S' o# v3 p
[7]Kloprogge J T,Seykens D,Jansen J B H,et o1.Nuclear magnetic
  v* z& x* \* s) U5 n! Fresonance study on the optimalization of the development of the A113) t  \; j6 P3 A* a
polymer[J].Journal of Non-Crystalline Solids,1992,142(2):4 W3 V9 Q+ e9 a! x- U
94—102.* V9 \$ ?$ U$ n& f! p8 a: C
[8]Bertsch P M.Conditions for A1l3 polymer formation in partially neutralized1 V' M& |, i: K$ U! d' h
Aluminum solutions[J].Soil Sci SOC Am,1987,51(6):
( d9 n6 g4 S* ]) M  {825—828.
" r" f5 u1 O6 ^$ z[9]于月华,柳松,黄冬根.聚合氯化铝的制备与分析研究[J].无+ c5 G1 C: M! d% B
机盐工业,2o06,38(1):35—37.
, v7 L7 u) w0 s* V, d[1O]曲久辉,刘会娟,雷鹏举,等.电解法制备PAC在斜管填料中
2 R, h+ m) V' _的应用研究[J].中国给水排水,2001,17(5):l6一l9.
) {/ S1 D/ l# l3 c+ v/ k1 Z  t# f[11]何锡辉,朱红涛,彭昌荣,等。电解法制备聚合氯化铝的研  I, D$ n9 t" x; p+ g
究[J]. 四川大学学报(自然科学版),2006,43(5): 1088一
& `2 K, |$ m+ ]) ^* ~l092.( u$ ^, U& ]& _/ R
[12]罗亚田,皮科武,钟春妮,等.倒极电解法合成聚合氯化铝
; S7 i( M  Y" n7 J, J聚合氯化铝[J].化工环保,2004,24(2):145—147.
+ C# u$ v' U5 T/ l6 E# _[13]路光杰, 曲久辉,汤鸿霄.电渗析法合成高效聚合氯化铝的
. \* R+ Q$ j! X  S  A研究[J].中国环境科学,2000,20(3):250—253.; B: c# c) |1 N. |/ P4 L1 n
[14]彭跃莲,刘忠洲.超滤膜的一种新用途— — 制备聚合氯化铝
: n0 Y- r$ n0 K2 M聚合氯化铝[J].膜科学与技术,2001,21(3):37—41.0 |2 K* N9 [. m3 t) Y$ s4 L
[15]张健,贺高红,李祥村,等.中空纤维膜法制备聚合氯化铝
# _( b+ _3 x- D4 i的研究[J].化学工程,2007,35(3):71—74.
. m' [! o( _. w! B0 G. W5 K[16]常青.斜管填料絮凝学[M]. 北京:化学工业出版社,2003.5 S1 `) d3 {3 p$ y
77-78.8 Z+ Q, s4 ?! d( Z* m
[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# n$ K+ b/ E. w( y( @
(PACF)的合成及其应用[J].环境化学,2007,26(1):35—38.6 U' G2 Z6 O; W/ v& i; p
[18]马艳然,于伯渠,鲁秀国.从煤矸石中制备聚合氯化铝及其
* N+ p; b  W& p4 q+ b/ z应用[J].化学世界,2004,(2):63—65.
1 m) n9 B8 R( s0 ?; y[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
0 F0 L) f- a1 D8 S4 o" d, R业出版社.2o05.45—46.
" c* ?* N- ~" m+ q; ^  F[2O]郑怀礼,张海彦, 刘克万,等.用于市政废水除磷的聚合氯
) P# w3 ~5 g7 B, n- F' W3 W化铝铁聚合氯化铝研究[J].斜管填料技术,-2006,32(6):34—36.: a! W2 \! @) ?. G' l2 H( F1 G
[21]董申伟,李善得,李明玉,等.利用铝土矿和铝酸钙制备聚2 _4 ^3 C# `( J% ^) [. o
合氯化铝的研究[J].无机盐工业,2005,37(12):31—33./ `) x& v3 @5 R2 @& [
[22]陆胜,赵宏,解晓斌.生态处理粉煤灰制备结晶氯化铝、聚
- n/ _  v- r+ L/ y合氯化铝的实验研究[J].粉煤灰,2003,10(2):10—11.
6 {* r% `/ b' U  A[23]李凯,李润生,宁寻安,等.不同聚氯化铝系列的水解聚合( V: U; i1 N; V, `( i- _
形态研究[J].中国给水排水,2003,19(10):55—57., l0 A3 l" p) u# ~3 E- y
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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