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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
) L2 N& l8 K! N7 O) v9 R(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
6 S9 ^4 c8 R# r& y' V在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固7 f" N" c  M  w' ^
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处* _7 N+ u$ G+ T% ~2 M: d
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用7 T3 }- c# M2 R* s+ g& O
水、生活污水和工业废斜管填料中。
3 X( s! J6 A/ O$ s7 c聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮% a" [' e/ O1 c0 y3 Y' o9 T7 V$ Q
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
& N6 a* n9 j  z投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量) q' J% N. W  @+ y: _4 v
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
8 F1 l! {/ \6 w) ^; m淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH1 p6 l/ B: h$ b$ V% _1 e5 O+ Z& d8 z
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
3 i$ S& A. e3 }9 x3 [从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研9 X2 f2 g2 s1 Y2 s
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到" S/ M0 a: }& m; X  z
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角% j$ u# P5 w' i  T/ v
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述, c5 g& p* }* w, }, |1 X3 h' s
和探讨, _5 i( {2 A7 s1 x$ }0 W. r, g
1 聚合氯化铝的制备技术! D7 e% u+ q' N  S
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
; ]  \: J5 s1 S2 N6 f/ \( M1.1.1 酸溶一步法
6 f' n: ]8 Z0 E' O4 X7 B) y8 g将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
& Y8 S0 e4 D' U; Z在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
: S* y, B+ R' r6 I8 Y& Y; E4 o放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为$ {+ r! l& f, F7 a  q" ^
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
; m+ Z. o) Q: q+ D$ Y- q水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
, v2 H1 I/ g# e( U0 i" t* k出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至1 U+ y$ q, I1 I" l0 z
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度7 t8 G# W. Q2 i
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺) c8 f+ u3 w  `% g- v, l
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量5 A& a! q% E. e8 K' Y5 H
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
1 w7 Y/ ?& ^) n, C/ N; o; h备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
8 w, V* N( b9 f金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?) t/ l# _6 {- X2 H% F
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备; H: w; [( ?0 n: S" M1 ]% \( J
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚2 W- R3 z! f9 J
合氯化铝标准溶液。8 M4 g/ m/ a; x$ j  t& a# p
1.1.2 碱溶法' p% {. O' q' P" Q" q! F6 }
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
0 {7 w: _$ @+ E. ]2 R3 {3 O用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
# S4 Q/ l9 S- `( q8 ?' r7 |1 G的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
: m4 A: H4 ~) s& d含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
! Z8 m' U, S# X' A化生产成本较大" p2 t  d! d0 A5 D5 e5 k7 {
1.1.3 中和法
/ Z& w. L% |8 B$ h% }- y" I该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
8 r- ]2 ^5 g0 U+ c, r制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即) v+ |& Q3 x. q7 ~+ e% E
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
0 X9 B! I6 v. x0 c8 S' s" S/ c) G# a: ~+ E物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
& f: I/ Y& S$ Z( Z. ]铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分# @5 Y( L. ?# z
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再' x; m. b& }/ a7 j+ V! k
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得; _+ f! M/ J2 i  ^
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
9 p1 F, |4 D' s6 ]称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。* `) m, ]3 L* B  P/ }
1.1.4 原电池法
4 ]2 A8 {8 m3 b  ^$ j6 N该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电1 W5 h( V4 ]1 W3 U0 I1 l0 {- r- g
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
7 d/ U# v$ [9 B% T7 d桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
% ]& e# e0 T' p, N9 O筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
; f, O/ v1 h. o9 G) U7 c* Y* m行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产% O: u' E% O) V( v
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
8 R. z% N1 ]( k/ M/ ]拌,大大节约能耗 ]。8 q4 N( p! b. T$ A* W6 j
1.2 以氢氧化铝为原料1 K. _1 O0 _# T$ ~7 U
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
2 E7 Y, l$ F8 |3 n3 }' u7 A温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
. v: y2 n- n; d; T8 X) |! q该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
4 l; r& V% }. c+ ~遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故+ S2 e% i& d7 B
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
4 a7 K' D6 Y0 y4 \2 ?# A不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
* l$ w$ T( Y5 n" B" d) V$ q提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸& ]& `7 A; K! ]( R& Z/ f% s8 g
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂4 Z% ~7 @5 o- B& v4 T' u0 Z. a
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制* r. T% a7 C+ q  ?3 d- R9 q; E# e
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝5 [. ^% p+ H7 R' U& f1 [
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
  o: k7 I6 @. @3 g, o: m化铝。/ K3 Q5 Y$ L2 t5 O- g
1.3 以氯化铝为原料
/ N# `% @& A" J5 [9 B. D1.3.1 沸腾热解法  ]& ?) S' H* E. F: K
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
# B$ Z. Q6 F, @# |& h* x3 S2 o氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
" r4 z, D) a) \  a, a9 n3 K搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚% s& ^8 `$ q8 Q) W" R& y
合氯化铝固体产品。
3 }9 d8 W- ]6 l! m  _! U) }5 [3 w' S1.3.2 加碱法
) K7 D% D! \6 J  I7 z先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下, H( u0 p& k$ d0 O. F2 J: c
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
( Z# L9 \/ S1 ^- d0 x. D( C5 N反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
, [7 B4 d) A% u: X$ Y品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
. B( d1 M  \9 P$ q8 f' ?' u, ?品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
0 I+ n! v+ a* Y" Z; B% e通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/4 G! E: H2 I# |4 s, z
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
7 s1 h) m2 v$ x/ u道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到2 z: ]  m# u6 L! G$ F
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质$ X- O/ e* s9 q( s
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
3 }7 X( [  R3 j$ X% l3 L+ l滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
1 ?) K6 b& i* x& c7 d5 L量也不高。
, p& t, z! p7 {- d) I1.3.3 电解法& {0 a, L& v& S) a
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
9 i' i: b$ {: W* o! Y6 w6 a不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在2 M: B" s% [% X* ~
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
( B" ?/ A- e) }* J6 q等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合. c6 `# S9 i( z* C- P1 _
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何; G5 }5 H" \3 }0 z; n) S( R
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
$ k6 \$ I. y8 M% T* v) W可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
5 ~) |  }0 r6 e2 r. y, R; W/ Q倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解4 y9 P, k- j0 j5 a, n
过程中的极化现象。
6 u$ a$ x2 K5 [6 X1.3.4 电渗析法& q0 }6 S' F8 w$ w
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
7 K0 q1 n" w  N) Y5 o. m: I/ J液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
( c2 I6 p6 m* r3 G8 h( ~* P. K" ^  [板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
, L2 E4 c; x) h/ N% M室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
8 o' d( G/ g2 v* W' a, F4 E1.3.5 膜法
5 C: @+ G, v& W1 q$ a- r该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯; ^0 U# h" V- r" T4 _4 r( f
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液3 L' p, l$ }! @( l9 S' y8 Z5 N8 Z, Z
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
4 M4 W# B5 y: I" mAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜9 Z! V) x& _# {, ]$ B- c
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
0 L# C) P8 X' O7 L以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化5 t" Q/ b& S+ f8 V
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。% @7 T- Z; Y6 _# _" n- J
1.4 以含铝矿物为原料' q* |9 w, Y  s. l
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物# ^6 _% \' w& J! V: M
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主& c/ x% I: ~8 W2 V* ~2 u$ T. o
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
& I; o% Q& D4 }8 i. d: {几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一1 t: F% x9 ]  O' U
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
! g! _7 @& b+ `% A2 ^% H的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
7 o9 H3 M; m5 t) M6 m( q$ i4 d# y分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二6 J" `6 I" I* y0 [3 j9 N1 K
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为1 a2 s) D: `- j- G9 C4 C
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,9 g5 M( {4 W) _/ K$ J1 C* J
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
" I: k( v! u& g8 \$ _$ r& q霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚( x# `0 U& [! Y( l
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物4 R4 Q2 b6 @) e+ Y/ D
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。% ?$ i2 k0 {% K( W- J+ E  ?& S7 z
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。/ s+ p# t. E2 e
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较8 Q( G, r; D. G: s# O
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
+ Y; x$ t) T+ y渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
% g! G' x! Q6 O粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
7 U  B) k# V# h% L8 s对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
4 k6 W/ P) }2 m; B4 z* i. T种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
+ w* S/ @& t. v5 o, E8 p6 m溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越# x4 ~' U+ r( `" Z( d
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为$ g/ {4 k5 G2 D/ A& D
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合2 _6 ~5 Q! @: C* v% m
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,- H0 L9 Z- H4 O+ ]/ O
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
: T3 [! k" Y' D( A+ @铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于! @  p2 J/ B( q0 G
30% 。
4 m% B' Z9 Q3 ?& S. q: q# S一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法; H$ U0 y8 ~4 X
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
) i5 }( Y) E* t6 Y" E需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
- G: q) w- U3 Q; g3 _+ j6 f) n. C. ^其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠: j. M# L6 L1 I% O* v* _
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
+ }. _$ @7 N2 b1 g0 C复杂,成本高,一般使用较少。
/ I) ~! V& `: O9 F3 I, P7 `1.4.2 煤矸石" f0 U1 p8 z& ^: \
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
* ?2 |7 d1 B, x& d2 Q2 F物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧: Z  T) t! }: u7 E
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
  c9 k. m; z( H( m5 j: f料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而, d7 C: Q6 @9 }$ D% A7 h0 H" u
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
9 D* E+ s9 u, v& [& |. a4 L数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
, V6 U8 \. C& p: L! h" {9 |3 R5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
0 e' @$ b6 R0 z氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,3 x( {( ?8 O. U4 `# \5 ]* t( Z
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
3 `1 h$ J+ Y. i' `) x经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小; ?: B3 A  A: R9 {% d" H) B4 z
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
$ T1 K4 b8 q. ]8 \处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
6 k: z" c3 A8 y* Y9 g5 S结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化* c! Z1 }' i7 N- o: h  v8 ?
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐2 R% J' O1 X: M5 R2 _% G" r
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为) q9 ]- Q" ~' ?
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。4 r4 Q! t4 J+ z, \$ f, p; v
1.4.3 铝酸钙矿粉
4 {) V3 h! P. J( c  F1 P6 ~7 ]  f, O铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温; ]7 e- {7 L: B# s- w8 n
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的& ~! m. R* z9 ^/ D  i+ T9 C, n* g
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
0 W+ }5 ^, o# t" b2 @$ ?: m% d  A(1)碱溶法
2 b& l  n" K6 @6 T用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶! X. o: ~% h$ V1 ?( h  n
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
/ g! r2 u5 Z+ ]8 l5 a% f在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
( S/ J/ J4 C/ B' w# b  E" {: w1 _/ t值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止- M9 _- W  x* ^( w% y
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
8 G, D; U  d4 ^1 \! {形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
' E: k, ?( Z& }' a加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
6 `4 u& z% z  [" S& r状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
! A8 F5 v7 V& V- `8 l铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
) ^. }4 F# W3 d! e. t3 p& N1 U' d生产成本较高[19]。
! p6 A2 p. I  ^5 b(2)酸溶法0 b3 r; y1 M- F, e9 P# a" O
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
/ A- F) J3 j7 M4 q+ B6 _& a& h8 Q熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简# f3 b) J9 I& p
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不! n( H- w$ v4 t/ N1 |' o
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常/ v% x2 Q& f- B$ m  d* T' r/ v
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,* d) Z; I3 r2 h+ U  m3 h
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
& T; W5 U# r4 U9 d+ M氯化铝铁1 A: }* {6 r; k6 Q8 q/ b
(3)两步法
4 i9 M6 e1 W. s2 s, j* V4 v0 A这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工0 Q% v% `9 x* b7 X
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
1 l& i! I& p1 r2 B# T! [比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是, b7 X( L1 I+ K' g6 `8 k4 o$ H6 j
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
( m& K/ D# t- m; s4 a1 y这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
' x) z6 Y3 J  h% {# k第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
' `2 q4 c3 |6 |& V铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
1 u7 k) L: i8 H' F; n流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
. G% V$ m' O- d酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
' t# Y3 n! q+ y3 _铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
9 o8 q% X2 T* M& U合氯化铝产品。9 M( U0 l/ K( r! ^# ~* F: G& y' v! `
1.5 以粉煤灰为原料; R7 k8 |# J& }; D
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
5 b1 j3 k4 T. l9 Z/ W& a废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
5 v3 D6 F( I1 E( B, l# \( c. r活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
% P: o  J* s' g3 g* F' I常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
+ U9 a8 S( y& \) Z高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
+ l7 i* G* k- e: c人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
# L+ j( n5 S0 j: Q溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
, o8 X% s7 c( @9 ~1 L! B% j用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用! K: p$ w& ?) g1 x! T4 i
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
- m" {5 p6 C, ~, W4 I8 }* U铝产品,据称能耗低。  o' w' }( U3 k- h
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及! T2 a9 E4 f; w2 d6 ^, X. k
解决建议
2 j* r, J- d$ \7 M% k5 C$ Q) L9 k我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随% Q: |! }* j1 F+ I0 A, P
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国8 w: u6 {* P6 B% I. {( {
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,( l" X: P  |1 b$ z
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最& U0 u8 }3 F) Z8 o. G5 K2 F6 s
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
; G3 F, N5 n' m. ?0 v( k3 _! l4 S认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
1 y; j- ]' k& T, l0 e8 E面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研6 P) ~, E$ t; q! V% d
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
5 e+ |" {" z: }4 P7 d- X: ^反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、8 \" e& ?* a3 s) e0 I
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离2 x& D2 Y; j; t* j
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深  @% _# i7 Z: c5 h2 B% Q) ~) s8 n8 v
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在0 V, A+ @+ w$ c
以下难点问题
, A4 D- x8 X- U2 [7 b3 A5 b. w2.1 产品纯度问题
, U' `! i# G! P7 X) {+ N4 K氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
5 ], C1 H% B- b: u) S$ p+ T& _常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
. E% t3 c/ w( D国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
4 e; r# x: Q7 y  g/ w! c  ~产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
. ?8 K- i/ N; H/ I6 `  S酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
/ V: G: \. M- u+ Z品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
" R" ~% s8 _5 `铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝  ?5 x* {# O: w0 X0 N& o5 K
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需% }" Y1 x* f, T& I: z4 G
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝" H& Q: p, g  \: u, C
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之8 k1 f! M) `/ x+ ]& j
1 ^! o' O# B6 Y$ _0 q
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推! w  V; K1 ?7 ]/ I% e+ P
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
1 g/ q* q* _0 [6 f2 E) T4 E产品开发力度。
3 w9 R, L: ]& H. z2.2 不溶物的问题* ~7 [+ c/ u8 }+ u: }/ q
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
: B0 F: a1 f2 ^0 d: g明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而  Y4 I+ j. Z9 c/ _; ?/ E0 j
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加3 i- N5 u& ]" `: i  `& X
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相" R  c/ U6 f; K1 X) n4 m
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
# S5 i$ I0 X# N( [0 k6 g6 [不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解2 h7 a. B" z& C9 }* H" |
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
6 R$ L# X) |$ K果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择6 w! c7 Z' B: \$ [" y# M
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①- K4 G1 _3 H* X; s% K6 }( d
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积1 f- Y  n0 U" n: }
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
1 _; P2 e/ a0 S+ X! m高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
3 T+ |6 v! |  Z/ T通常会取得较好的效果。; L* V  z* X) T: w4 t( o0 A
2.3 盐基度问题
1 u) F' ^% t1 B盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
$ J5 y7 W0 Y- O1 u1 g" O. _( k& q# h在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
0 c! P+ q9 |2 M' e# q# k酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考8 n$ j9 p2 m  e% I
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和% ^9 x8 k' C" h4 z) v' [
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
1 Q& K0 x0 `% G0 h% A- ^7 o' {$ l; X0 i# I国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。: ?; `$ F" I$ y2 t. G. H. V
2.4 重金属等有害离子的去除问题
' m; n. X* X% t5 b. g3 e" \  A某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
; o2 D# j; U. ^5 I2 }在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
# e# B0 {! a- e7 h- Y6 y- b害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑4 f2 w  O! y4 P/ k3 \0 o( W. M
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。. ]" q$ w1 @" P, k# }+ D; z( E. x, R
2.5 盐酸投加量问题
2 T6 ?" `% q# V制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工/ @, D! {- }, `/ C7 X8 L8 z. z
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
% b0 u: M: @9 s9 G; V本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
0 p4 c2 L- I5 K$ W" v! N3 t2 A法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问3 P* u2 j+ l) l0 P7 L8 H
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥" a9 k5 |' O. m( k9 ~0 m- x# E
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数; E6 ?3 c* i3 [
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率# n, L* k  L$ X% f# k. a
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度: s. e$ e1 c! a( D- z7 L0 `
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
/ N; `  N0 b" b% |, {6 r) B3 结语与展望$ M8 B8 I0 O, m% _, {5 \
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
9 \7 A. ^" o) R$ P# w品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
. |% I, S5 @8 W4 _6 }处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
; q5 k4 X0 p, F0 \有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝! g/ y, O2 x; y: w
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产% `9 |( J6 `7 u+ D/ b
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
' H8 H: j, M7 h& n由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利! ?/ S- U  A6 M) u- k7 [7 W' t; f5 O
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用1 _* V# E! C  d, X8 q9 @( q; N
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
% c8 C: M8 w4 l) @5 h; x& A氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
. N! {* d7 d- A0 z" ^含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业8 Y# v& C, \1 F5 f& Y/ N( Q# u
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究1 M2 c1 V+ ^( E6 J7 H" ]( P
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产* E# ^, n' G$ a" W/ N8 ?# X
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
) ~4 p7 o, F- f. x$ m是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
7 p4 ]; R( i7 T, O* F+ }9 t/ G/ j是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
9 D: u5 k. S6 r配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝% E) a% d9 @) ], I
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范4 Y" [( h' b: [/ l
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
/ d5 A! C) \" M0 O1 h0 s子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
: ~% u* V4 @2 c" q& x$ T8 MPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料  k3 U2 L" }, E& e1 \9 j( G
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产1 @$ I! R2 ]. ~* q2 u( {5 q7 j
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点6 j8 @  W9 U/ j- _5 L0 O& p
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' o1 s- i' i8 o# M3 M& r5 K$ t- U& q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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