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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
, d; E- a2 X, z0 ^# h(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
/ g1 X: C- G; b4 w  K' W在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固% F% I( ]4 B* y% m
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
. E" G: |7 c1 |. i7 {" w9 @! L理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用) d2 j9 a. H3 m* b! d1 n
水、生活污水和工业废斜管填料中。
5 u) p0 j$ i0 K. @4 S( k* ?, \聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
* \: G8 [1 V& A* x3 e凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代/ K# a4 L% @* s+ `* L9 K
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
4 F- }5 d6 o# h最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
* _" O% |: J4 f; @7 p) k  g/ z淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH' M0 W, a: T1 A, f9 M
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国1 a9 _- D. l' F  i1 {; V- O. p
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研1 o/ m, o- d+ c" k" d0 p
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到+ K- c* J" m8 {& f, ], K7 M
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
; P' o2 V/ z$ F$ U" e度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述5 F6 w. h3 F6 r+ K
和探讨
3 }. N3 S# o: J9 i8 q2 U" t1 聚合氯化铝的制备技术
3 a7 i. U0 C" z8 c7 g0 |1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
% J- Z/ `! a+ v1.1.1 酸溶一步法
* O: N* S; p9 x/ f1 a3 R5 \0 z将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
- k5 l& }" T: c/ I* q& E% x在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
# a0 [+ I' ], ]$ A+ b$ J  u放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
. {( m7 J0 D& i  l2 _放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,& ]/ W" w, u5 E
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放8 {5 A6 R7 p- Z" R
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
1 `! t7 T! `2 I! r; V0 M+ K$ l& w不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
! A) E, P( n" _( H6 L) |+ t至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
5 e  A" n  `. T! n简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
0 @: C; p7 C# z1 X' K. Y# t' U较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
( g4 ^3 V. u% O, j: @  \, d备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
' y4 p# G, I7 v1 p金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?5 K7 f# F- L$ i: k: H
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备" P6 @, `6 Z2 e0 `0 M) n( o# L
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚$ z& r, Z9 m5 f6 N$ {" {" y7 N
合氯化铝标准溶液。
) q8 V6 }) A' U7 z' }/ G% A1.1.2 碱溶法6 U/ o6 I6 z! |& s% j& \3 I. @( ?
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再: k  f9 j; f4 r! |/ h: v
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法+ c- t# D: n9 i  B( l8 e4 [
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
; z' \: S) n% [含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业( l/ W' ~' E+ t8 o
化生产成本较大4 D  k" P( _3 `$ `# O9 t5 E( U4 |% B
1.1.3 中和法/ m2 y  @1 x( z& Z# X: x
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别+ c2 \  g- m% I7 W; v
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
" p# b, Y2 \1 T, I2 }$ [制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶% w' y( R- [" v4 T: ^- r% k
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与  a2 G/ ~, L0 q; y+ }  v
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分0 l2 D+ G0 z+ W2 F) l+ B
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再* U- q- Q7 V% G. @: x  H
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得* g$ s; U7 ^( Q* G
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据. b! y) T; A( D# J  l" @0 u
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。; ]; C1 _  \1 W2 q6 }$ p3 D  Y
1.1.4 原电池法3 \& z, K# i' f6 d
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电2 q9 {: `' \  A" e
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
/ ~/ g* V5 K6 T5 x* o! \) l桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
" K4 {- S0 D4 |筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进3 V4 o. p* D/ C; ]8 t
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产& U1 R* p9 I% F' O
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅! b0 X3 d2 M$ _8 U! w
拌,大大节约能耗 ]。+ l( Z0 ]) [  a8 e$ B( L' W
1.2 以氢氧化铝为原料
/ x5 L+ [  Y2 S9 ~将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的/ w# E' M; G8 j) R, E+ m
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。" [, F, t) i% i8 d3 g
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普/ ~2 E9 u/ M4 k5 S/ u3 ~
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
* K% A& K# H% o, ^酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度6 V2 u% j( p7 u% _/ S8 ?) L4 j( i
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多( Z6 L8 {& R7 [, O3 Q
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸( P- p  R6 ~8 ?+ j1 b5 S* f0 T2 Q
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂( j- L: \* T, {" e4 G; G! J, Z/ f
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制9 I, O* \- ^5 u+ C" t  k6 Y8 F
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
8 @% z, g( p0 _9 V酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
% \( M3 D( e$ }) t化铝。
, ^+ J3 C; Q. g: ^2 x  I  L* {' B2 o1.3 以氯化铝为原料- V/ T1 M  o% F% A& G5 a/ I
1.3.1 沸腾热解法
$ R! P+ H4 V% s用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出! m( i& K! m8 |) V7 Z' H, J' F
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
1 c/ Q  v5 v6 V: Q0 O2 w搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
) [- S: c6 J. b  b2 y. t合氯化铝固体产品。
% t1 ]( U1 V: I! P9 r* a, R: O  V. [1.3.2 加碱法
1 [. n' _" ~0 t4 M# t" B7 m先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
1 }4 G2 h! F, j( i# M- E强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,, C" Z- _" L7 P" h
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产* Z8 f# n8 e0 p5 ?, p% q9 L
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产9 B* o6 q" j- Y3 X# m( p6 Z
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
% G2 p' D3 u8 m8 f7 m2 v0 A通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/! f2 ?( P9 m/ u0 `
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
7 M' C' ?5 m" x3 ~0 B% c道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到7 w+ {; v2 x- _; ^. U. [
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质+ D  u/ k1 P" e; N" Z$ x
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐2 V2 ]( u  L1 a) O/ |, U* h
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘, L+ [* l; n; i- C) R
量也不高。$ f- q+ M) c  E8 w8 y# h
1.3.3 电解法
7 C$ b6 ]7 n( ?8 o& j1 q该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
% r; V" x3 n8 S7 Q+ j不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在8 N" I  {1 n, ~" O/ }
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉9 ^# E8 x# ~  u9 w9 I2 V
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
, b) L$ s6 R/ F; D4 V氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何' h9 x4 U( v9 b6 |/ \
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且+ ^& e% {# ]+ s: D% u5 b: k5 ]
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
; a5 V( c  ]& {. E$ B$ D4 F倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
$ m2 }& M6 Q/ j# [9 F/ i2 e2 m过程中的极化现象。
+ _4 i/ K% y4 K  t3 ^. y/ y+ U1.3.4 电渗析法
8 w& b0 c$ f" X) G! Y路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
3 C4 m* r% \5 u! `8 L2 N% x液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
9 s- V! j. p6 K+ f7 O. E板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应% H; `- [4 q7 M: o: F8 ]
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。5 ]4 z, H+ F( q3 J) G
1.3.5 膜法
5 a6 c: a8 s8 h( I该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯* p+ V, y5 E( Y- [
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
6 W# K% M  q+ M7 }9 d' j; ]" }通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得  f3 Q  D; _' o: E) T2 E
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜  w' ?3 @8 G1 J
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
' i- x2 H/ S8 x' S0 [0 o6 F以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化* z1 d6 F6 q) H( I, @
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
( F& y: x! {6 u% U3 |' o1.4 以含铝矿物为原料
$ ~1 c7 C3 D: M5 n& N+ X% L1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物: u* `) m, j% o
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
5 e8 m/ E" p2 T4 t* P+ b# l要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
- y3 R! s8 c) I2 y4 I) G& U几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
& a4 d' u. i9 F般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等. p$ ?. b* E: p9 o+ L( Q* S3 U
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
; E5 R6 X& B7 G' M分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二9 t) R" V, P, m( \4 j/ {
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为5 a1 b/ ]9 F+ X
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,6 u1 M- ~% T# K0 n- V
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。/ V/ o2 G) t; N: M
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
+ M7 _  p* h$ |  T$ Y氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物$ Z, D4 m" W1 Q9 h9 N! q
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。' G% a" s! @* B# k% v
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
; z: {9 G1 a( l生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较; C: [1 T+ @5 i( A0 ]
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残8 _0 c. ?& w7 _% G; l& t
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
7 B: ]3 w& r( j5 }5 G. o" Z4 A' I粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需+ \; m. f* S) J7 c& `
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石5 k- [! {; |+ K( [9 @
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸, {* G* |: S, r3 j
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越* b, B- u0 q. ~2 ^3 W
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
, ?2 b# Z' O8 p" W+ Y, j20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
2 j7 {* N$ K! L/ w0 ~5 Q" L氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
/ q0 g1 Y' s/ Z8 }氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝5 Z6 z  _( I7 r: k7 \6 W1 J$ w
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于1 L* E, h  Z5 M6 e
30% 。" R7 t$ v* c- y. |4 l8 C
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
1 v1 d# y2 U9 \: w7 k" |制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
4 t& ?# L! u* Y' o& `5 O需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
2 B4 s2 e3 |; ^% F: j$ C其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠0 O" Z/ @7 [& |' a
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
- k9 b% k: x0 F$ }+ D复杂,成本高,一般使用较少。
6 l+ z0 A, D$ E  T- M6 w; m1.4.2 煤矸石% \6 `% n/ e- d" E4 T
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃) f5 z" f% W8 k! N0 W! ^6 r3 W( l
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
* c0 e6 T# g" c# R" O* m3 h  |增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原) H% U. |- v" _+ |$ `
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而6 w( \# O  o( k8 C1 B+ ]
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分1 ?- y+ p; n3 |) i* N2 [  u9 X
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和+ `3 v" s) }8 W0 t
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合( l& [: r+ E0 d' S2 s4 U- j- h) W+ g/ [
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
/ M. A5 q. A( `1 L" f( c2 L3 M已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
/ v# \6 X. R' z经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
2 L! c7 \8 [) ^9 W0 ]时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
: C, S8 \5 T2 a+ B: k2 S处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得: l4 K3 I( h5 M4 Q: ^7 m) ^' H
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
) U0 y  R. [& H' u3 g+ `  k8 f2 n铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
* y( d/ ~. }$ y- n( m5 e基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为' K& p- \# z( d
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
$ E. X" a" }& n1 l$ \6 a; y1.4.3 铝酸钙矿粉
3 [1 G( n6 J0 v铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温5 q! x/ M) e& ~; L& N3 o+ I
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
( `/ l$ {5 k! t# v* A; p  b不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。' E/ b$ n  ^5 l( \
(1)碱溶法
+ @# G" B; B! A; x用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
- ?6 g- s2 k# [! ]5 v( Z6 L液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后5 E/ l- u1 j9 u- g3 e7 X7 Y
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
- }) |. e4 F# v5 ]值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止( g3 x. B( K) _. G; Z" E
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会0 l/ h" L0 z' U0 |
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中- Y1 E# k: @: `. i& ?! i$ y
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠3 Y7 w, n4 S9 l, G5 K
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化) p$ }7 V& c! F% X
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
" R* E: @- w) {2 l. w7 c生产成本较高[19]。
0 N) I- D2 J; z+ s# n, J* h( Z(2)酸溶法
( a: S1 B: L5 t0 h0 f把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并+ K: ]9 B. t) h$ S+ f
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简! {% q5 Y* t' ]+ R2 {
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
6 g0 @8 f# G5 i溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常8 P' ^6 f1 U2 O6 q5 G
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
1 A5 C7 |( K! X铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合$ r' H: ~) V( E9 k
氯化铝铁+ x$ H0 ^& O, a: o
(3)两步法
0 V$ O' D4 O) t5 r1 d" [. Y8 @" B这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工& p$ ]  m; G1 M! W1 V. ]
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量7 w& B6 J4 R  q
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是; i3 M9 H; [& |" q2 ^0 G$ ?
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。& F. e1 L6 r" y& r. i% z4 I
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
: b# R% O0 @/ ?7 z, l第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化/ {6 ^4 T5 n, ~7 Q0 s+ u
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
, C7 R, P% U3 k2 U) |流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
6 P& f) X/ D& }7 N. b' C( a( \  {酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化  a; \& V4 w- }/ O/ k
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
5 J! E) f. W1 J' x( k合氯化铝产品。8 P6 ?' @9 b+ }: i0 ~
1.5 以粉煤灰为原料; A# ^8 t4 N3 }5 R8 `5 n- Z5 L
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
7 ~6 h: U! X& g) E) ~2 W废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.7 ^+ E( f3 W5 E! |
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
9 f$ P6 Q/ b" K7 X* l& w常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性2 q+ H) Z- s/ \
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有' k; u7 F! L! c8 B" U
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
9 N- h/ m1 d5 r( U. R* I8 ~溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再. p5 o# V( k! j& B' F& M# q9 D- u
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
9 |2 A& n4 H* ?9 ?" m* M3 R8 a粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化/ f+ L$ l2 s8 o1 [5 c
铝产品,据称能耗低。
) Y; k  A9 O9 ^- M2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
* O+ b* u+ k# E, a6 ]解决建议6 P+ ]6 q9 i. V' Q+ m+ F
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
. o3 R# R2 z4 M% V* l2 I3 G3 Q着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国# y6 e; n$ P, i% {6 W+ x, I" w
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
3 d* X/ o3 ]9 |7 r0 E0 W但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
7 m8 Y+ M: u8 }& r& x9 b佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
! @* [$ ~) G4 W+ n认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方" l7 f: E* g. h
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研8 f) ]( n8 @+ t2 J$ a$ A1 u+ d2 Q
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度! h1 A* t3 g$ J6 {4 o
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
. h3 ^# o  d0 R4 s# k  m% ~- @硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离( j  M# t$ a- Y) i8 M( e
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深; _+ A& `  p* P2 Q2 H1 _
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在" o) K. A+ V1 O
以下难点问题
5 \0 K3 \# G' \4 V3 ?! P7 i2.1 产品纯度问题
2 q1 u3 r$ h# K/ R氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
6 r7 {) D) b" |" ]常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我% h6 Q1 F/ i' Z0 o
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列; |+ N# M) q4 G3 s# \
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝- r9 M1 L& Z- X/ {  ]/ v: X% `
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
4 i2 W6 l- w8 v5 K品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化( L4 H4 X& P4 w! l8 u+ ?
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
2 v9 O6 ~' K" O2 J盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
3 C" O7 ~' ~  n# O5 @求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
+ K( n! b! o' b$ W产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
5 F; }  b. I- Q) ~1 H6 T2 [! Z( X9 N% m( n$ z
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推4 Y6 Q8 d2 M2 A3 T4 N" B7 K0 ]
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
* R0 Y% J. W4 d* w产品开发力度。- ?+ x7 F$ E  ]# X/ o+ E
2.2 不溶物的问题
2 x; ?8 k( n$ o, d3 A: O国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
, W8 Q# U) X( w4 u明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
' V% V$ {2 K/ u% @8 w. N* `矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
8 v, w/ O( Q3 D* I3 q# D成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相  P2 I3 `( F2 f5 a# s: }
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
0 p$ N2 c" i) c5 Z1 G8 j1 Z0 l不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
& a  N. ]& t0 |& x' x# L决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效# _5 t7 M3 g/ O; b7 F
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
; U8 S" s( J0 e6 @4 x' T也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
2 }0 {, @: c$ w% a+ J自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
- T- c0 U! d* Q9 T小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗- n/ n* [3 ]2 M4 g7 F* }' g
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,3 N# U  V3 D5 }  R/ B; a  l' j0 o
通常会取得较好的效果。- P$ @! t' k% L% [
2.3 盐基度问题4 d. J& }$ Y( G9 l/ V& c
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
' z; S- G% \5 h7 k在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
; T% b' D2 |9 }. @酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
( ?1 f6 |- K8 i+ Q8 T3 m虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和! S1 L% h! O9 E
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前; W! ?/ @5 _  J+ J6 I
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。6 z1 Y( Q0 S# h
2.4 重金属等有害离子的去除问题
/ n5 w; P2 L7 T. R某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
5 k" I0 D( K1 y/ u+ M% v7 u在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
6 A/ |6 p# Z) `5 l8 n3 k& ]/ `5 E害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
% `5 g" Y7 b: o; z7 e$ d置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。4 n7 j( D2 C, u8 |! n/ J
2.5 盐酸投加量问题" u. g7 I6 B2 v- f! Z6 W  O
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
6 s, d/ E, Y# \  T业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成9 k& n( n2 ], ~' ?+ O
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶4 I6 e- a3 ?% O! l& D" z8 j& P, X: Q
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问, `5 G1 F  K: F  E' m
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
* ]) R( h6 ~0 T2 x/ \发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数' C& |" u7 k2 g! u  N9 J+ M3 Q% n% o
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率% g( L4 d: Q! P1 Y6 M
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
$ D( B; R# G& A& m低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
- x. W  `2 @2 x6 j2 R3 结语与展望* r6 [9 h" A3 [, X7 s) f
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
/ a  [& z9 L; A6 j% _; P4 k品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水' _3 r' ?1 Z) J
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
' |, I7 u0 H; z% }2 q) P3 W有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝$ B7 j' S. Y! F' R) h
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
3 B# U) J$ x3 s; ^0 N( S品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来8 Y* e( \/ i/ Z. n, E. m" o) {2 i
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利) |  F5 l7 B! e! l
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用5 o' u" |5 U* I( l4 X
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、9 g8 Z; l6 E# ?- }* `3 d6 N
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用' Z3 f& i! Y' h* ]9 A, O# S7 k
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业. d( ^# z: k4 C  L3 n( o; N1 T
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究0 q! I7 H. \5 O/ T: V- I
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产8 G  O7 U; Y( G' `# c
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
; R" X1 G- `  x  Y# K是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
6 s+ e" M, R  R' G是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
( K% ~7 h0 o% s5 c& d2 L; v$ ]配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
' y% b8 D2 v$ L6 n; m' V剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
& j3 ^$ i( z% O3 s围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离) Z& n7 L3 @( w1 _
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内/ d1 j9 S) k5 G+ Y! p
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料3 P: }! }( D* y
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产9 Q- n6 `) s/ x/ @
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点
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% e3 w8 Z! k4 |; A+ s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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