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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# a& x: Y3 J  g
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)0 C' p% _* Q6 l4 ?9 |( Z
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
2 J$ Z4 ]8 @% G$ R$ a! i液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
( U0 T8 A* z# Y& \' I理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用. f! E$ l, V8 j' ]  D" N. {
水、生活污水和工业废斜管填料中。* X: L# `9 g( L- C  n
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
. D- n. E6 f) _3 }4 J' m8 k凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代( R( b1 K! s6 h. f+ G7 }3 E' d
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
8 G) U' W$ S# y6 |& d最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉  _6 ^5 J8 q2 ?9 K
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
8 o- [- F$ M2 o* @- q# \9 P值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国3 V' a2 [$ c$ N
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
) D- f% r9 p" @' s( L. \7 F% |% R发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到1 q5 a4 Y: v# e: P! H; P- f
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角- r* a* D5 e( N
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
% [) r! b0 d5 c和探讨
& ?  Y$ F" B# {8 s0 R* n1 聚合氯化铝的制备技术7 O5 {9 R+ Y' l( d* r: T
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
. E. E# n6 i$ |  a1.1.1 酸溶一步法
0 P8 T& f. W8 Y3 \1 Q6 L- l, }将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
% K5 ]0 S: N) D6 h3 \+ A在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.: U( W4 E/ X$ g0 U+ T4 Q) B( j( s9 h
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
7 N9 o, y7 q- r, i8 f% E放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,1 y3 K% J5 y6 p# l1 }
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
) N% ]: e: {, q3 g" @出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
( U! q' V  g* A) s不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
* s8 j+ i$ |$ E6 \; c9 W' Y7 K+ F至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺; ?) |+ q8 ?8 I7 E% @$ i/ s
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量  Q+ E7 O3 k+ t! T* K6 E- m, T
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
1 ?% Z3 d+ _, a# {6 H备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重$ \& G- W* J8 i" J3 I0 b: @
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?$ N' L& d6 ?! q1 S6 I% R8 K
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
0 d/ D& j* g: k5 S: F8 d) s出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚% E7 f, ?9 [: D) X9 g; I* h+ e
合氯化铝标准溶液。
/ ~/ E, ~1 q  u2 T4 S1.1.2 碱溶法/ V3 h# p" C  c. I* R) q7 w
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再$ e9 k! m) y9 {0 W5 u0 I, }) o
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
' h3 C7 i* I: T5 ?( N: \的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠6 J; ~) Q( f3 X+ m- o) @
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
5 |$ m& K! d8 }8 V# f化生产成本较大2 F( O! N& ]) q5 E
1.1.3 中和法1 G* D; w' R: N1 \0 ?3 e$ ?
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
- a  ]3 ?! G: j/ `制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
% l, y. a! Q1 i$ Q9 G, @- g制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
: y1 u& a! P1 g) ~" j2 Z物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与- E" d+ L+ H6 k; i9 A! f: \$ ]
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
1 b! k( F! W- u+ Z用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
; q" k! ~! P( |7 \1 h" \把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
0 v$ |- h) F, A$ v9 e' p" i到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据+ y( c! W' {. T: j" V) c
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
/ p/ n+ x7 P  v4 Y+ y' J6 \1.1.4 原电池法
, H( [# `2 k( i# Z+ d" A( {该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
' p7 i% }* K4 l( C化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆7 a; v- Z/ ?0 K' }/ N4 Q
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属# r' {6 S" j8 h. D+ T0 c
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进% U0 @9 x) u; h& K' Y( f+ E
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
. ]# k3 P3 t3 [+ w. O6 y生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅$ d3 ^6 M; e3 T4 X* `1 c2 W5 X
拌,大大节约能耗 ]。* R* w. z1 l& b; u
1.2 以氢氧化铝为原料( V# n# G: y# F+ F- |9 M- j
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
9 ~, ~3 ]3 a$ @温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
+ E6 Y1 z  m5 q+ A/ K该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
+ q# T0 }: \6 Q4 P" {遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故9 M' J; k; w) i8 l- Y+ k1 x3 i
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度7 U6 ?: ]( |% P  {) x5 K+ R
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多% G8 s4 ~% _; t9 }" s
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
' b: B) P7 Q: d! N8 Z' X" |& }钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
& e$ R! l5 G6 [0 D7 l质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
+ Z: z0 A6 L, \5 C9 G得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
# o3 O# Z0 M6 J+ K2 |9 a酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
9 I$ x/ r" i0 k% m: A7 s化铝。# h* g+ W# h* ^2 y
1.3 以氯化铝为原料
3 Z& x9 W1 K" z! u" D; \" s1.3.1 沸腾热解法
8 O1 `2 h5 Q  B; X1 k: t6 P用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
: R: n3 v6 R; f( x# Z/ i: g5 l氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水6 q: f. L5 F5 J# ?
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚) e5 P; }2 c( d! r
合氯化铝固体产品。4 k% Q8 Y7 g) @/ C" E! X( P  ^. X
1.3.2 加碱法- U* `; K' @, ~4 ~- q
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
2 V# I3 z: w! J$ C- D" Z强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,- f$ [  V* }6 M2 w5 `4 |
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产3 @  B# b2 w* x; _2 a4 L' e
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
+ _% v$ D: R  M, j品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
+ }, Y, f, d' D+ a通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol// b9 ~. z7 ~$ F. u2 ~
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
/ J+ J! M+ i# y6 Q道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
2 U8 k/ A' a( Q, S8 p' }" V+ U3 kAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
% J8 a! T7 h! E# t0 j- P7 E量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
% d* r* M% [6 V6 z, B# C滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘2 l- @2 F9 V% A# t( o' w. s
量也不高。
/ H2 M" ~. I1 U+ a. u1.3.3 电解法
  {& H: q8 L7 d  [: \2 ~该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以) E% {$ a: j# T& q. K& @
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
5 V" M' `6 F9 {2 A8 k$ o低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉0 _% ]& ^4 V  m3 `4 r( A! j
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
9 `! X2 [2 r2 f- P5 M! h) O氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
3 h- D# f  Z6 r* u+ t9 c* c+ k* ?9 ]锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且, Y: U: v( A( ?3 [0 R0 F+ l) r, }* [
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的& A  Z* x5 Q4 q) M; H" i+ R8 U
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解1 G- h. K# C' `6 w  d# y
过程中的极化现象。
/ Q1 f( [. T: V1.3.4 电渗析法  E) x' A4 |; f) H
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解' F- P( f7 x; b0 ]3 C" X+ n
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁: ^" S- |2 t1 V# U2 t7 I
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
" T; A  M6 t5 N/ ?. X: R$ a6 k室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
+ @. I4 T6 O6 v& T6 n1.3.5 膜法
7 c7 K. J% u+ M$ R& ~/ W+ u该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
3 d5 U- ?$ G+ {: r& _化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液6 ?/ W4 k( B! |9 z7 h
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
: g& ~2 [2 M4 Y. p+ J- IAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜/ j, r# A, W; O' s! i3 S! n
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
1 u# M% l' y  A$ e以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化& h0 }: s! y* B2 o  N; Z9 w
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
) u5 t5 k9 D4 }" T8 x. K8 y1.4 以含铝矿物为原料
& X) R) F" w5 N" y- E1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物& T/ ~9 y- g$ C( ?# ~
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主9 T+ Z! [2 @+ A$ w; o9 M$ }
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这* `: Z* [6 x' a
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
, c6 _/ o) E7 P7 ]( B4 z9 m5 k. M  K般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等7 F& b" w; V. s; P" s
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
- j" o& `+ B* T( O/ u: I分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二) X* p: t2 ~1 c. T0 q1 f) B
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为5 p1 I- j, n& `$ i: b: l4 j
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,( s% Z& k! y: n  n0 W+ n2 _7 T
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
; N/ Z! I1 @9 K; T霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚) e2 u4 L3 e' m  T2 P4 K1 J
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
/ o7 ~5 k$ Q9 j* A. ~. z一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
4 h  u6 a* c1 a# ]5 E酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
, O; _- U* C+ l8 |! u  m; \生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较& t5 J+ T8 r3 ~' K6 e
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残& W4 d0 v: R# V0 C1 C5 i6 v
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的% j6 R  Q! h) x
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
9 U6 }3 \  C0 K% @对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
  L3 o3 z. w* C$ |& U' J, v' x) R种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
0 ^2 \* E: J  K& v, s% ~溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越# [  h9 [+ M  _+ N% ~
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
) m5 f+ \2 F) k  E7 f+ F20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
4 i1 C+ y3 V8 |. z: c( G; v氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
, y! T4 A6 }2 b) a氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
  U% X; ~# d1 e( k8 J8 z7 H铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
- O) l# V1 f9 u/ a8 |/ d# d1 v4 @30% 。
2 e5 Q# p- O$ @一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法. @5 @& H9 ~8 M6 \# {
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都7 H/ \* |, b9 G
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或' @, l  X& d$ Y: Z
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
8 X7 j& o" {( S和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
- K' s% E9 G8 Q复杂,成本高,一般使用较少。
) N/ E2 i9 Q+ S4 {8 S+ L' F0 B% ?1.4.2 煤矸石
6 e3 ^- Q9 W$ H6 r9 G; ]8 o6 M1 k煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃( m1 U0 r3 N1 C. j# d
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧) m& c& A+ Q% Y, w5 u
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
! d% B2 d% H) _0 f) }1 u料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而% n" L. X+ U3 N+ f7 ]" ?  B" ]. D
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
- @# r7 y& J5 {数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和( ?  \- `" f# ~
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合9 j7 P% ]' E) D! t- I
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,7 l, i- h7 m7 j
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石0 H: A( ]! D: {( C1 w1 W5 e; {+ ?
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小3 e/ b8 p# J9 V& P3 q+ L* Z5 D1 n; p
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当! r) L; N& s$ [* C# V3 m* a
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得- e! K# W( i; F9 @% W
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化0 b# _; z- e" G% `8 n& T% Y
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
) b0 P& s* \: ~  N* A基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为/ l" l( ~; z3 v& q" Z
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
: ?9 }# u( W5 e* |4 ?1.4.3 铝酸钙矿粉7 S! |. i5 ]: R; ?2 ^& d
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
! p! W; D% ?* L  O# m煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
) K0 V5 C# e8 V不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
! |% m3 B! b3 ]* \" C(1)碱溶法. s9 f0 u) a, I. b  p6 i6 c
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
( i# L0 T  ?$ h/ c  k# f液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
. I1 _3 d8 P4 d7 @( P1 S在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH% y4 m$ ?% |- \  B: w0 c6 R7 t* p0 Q
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止( M" P9 Y; n5 s
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
5 f- f; ~+ Z0 @- i$ `" V形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中- H7 m; ]! b! W9 L
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
& p$ z$ z# a9 K  d) \, {状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化  C" C* y" d2 D7 t; z
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但3 U. n1 V; O& H: v" T' N
生产成本较高[19]。3 U# {2 }2 F0 a% S2 P0 c5 I
(2)酸溶法
" F$ X  w! F- |2 K! Q& {. n把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并' p  Z: w# p1 j2 P4 J3 [) C
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简3 u; H( Q7 W' E# ^
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
5 D& [3 W( Q( n! G6 |/ ~8 N) e溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常& G8 {, C2 L, Y9 |* m6 Q2 i
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
. e& w3 m. S% a2 m6 x, t铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合$ F1 L& X4 C  w/ K. J3 @+ b! `
氯化铝铁/ H5 E# }) w( f
(3)两步法" @3 X( C+ f* v1 p$ q' {) O7 q
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
( k& a; u1 `1 z+ j9 |) ?# w艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量- k7 m' x( N7 `1 }8 b: o
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是. W% W: Y/ v2 e
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。4 Z+ \( t8 {- r0 }. Q9 p
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常9 y3 ]6 b& v, B* a$ a  T& Q! Q
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化. ]' W  J5 z5 n7 ^; c  ^9 f$ w
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回! k: _( J" O' B- j1 ?/ X: K; x/ T
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝; p7 z8 S7 L6 l  g- l3 w1 X
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
" u. o3 K9 {9 D5 H  D+ K0 P) z5 F铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚0 k" |" _; @; t# j  M/ Q- t& {* h
合氯化铝产品。
1 D: s2 T0 e) T/ b  M1.5 以粉煤灰为原料
* P, u% R: }/ v( L粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
8 v! S7 d! z  \* x/ `# E废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
" |, ?( ?% x. a6 c. v活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
" h  T" }' \. J8 v7 C+ V9 \7 u( k常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
$ b; s9 t( ^! |( B9 F: F# b+ a" r高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
- u" O; L0 z) f人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸0 K% G: i- _& J1 w0 `) B: X
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再9 G. K- d9 M/ l* N5 ~
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用- g& W+ z" k* w
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
8 X3 y+ R$ ~2 C0 `2 q$ E铝产品,据称能耗低。
4 Z1 G1 Z7 f9 `1 X2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及/ u8 {9 y! v" V  v9 @  a# R# a6 X
解决建议
8 y4 l4 K8 u$ l) k, j我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随" o; ^- b* y. q$ T+ d( F* E- P
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
: I" P' l, S6 p内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
, w7 u; N, [' i; W+ y" @但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最4 ]7 ~5 V7 q6 c, L; F8 ]
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
8 o1 \7 d$ }1 G, O* t5 b/ Y. }1 ?4 g认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方5 F6 U% ^; d5 Z- L6 M1 c
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研! a" k9 P' A! N4 g$ ~. D
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
6 e5 l: v. w4 D5 e  P* w反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、% A) f! l; U% c% D7 S% S$ S' v
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
# ]' q3 Q7 \! W+ G8 ]4 M子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
% D( ?/ m1 B- I- M入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
7 O5 Y" ^1 Y2 l3 w+ o8 {1 \( ?以下难点问题" E! z1 a- R) }& W9 V
2.1 产品纯度问题
. [2 c9 `. i. d3 M4 Y$ U氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
, l! N* K# Y4 X; h6 [, S" }常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我) }- x$ Y5 n% g
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
8 H' f- j! N5 R/ V产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
3 G5 B6 b6 F% E4 N, E酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
8 a( P9 _9 w2 q2 _品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
8 ?1 d) D& n. D/ E6 Q. ~铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝6 w: c" b  Y. Z7 J9 ^: x
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
/ o1 N8 }- ^$ Y2 X求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝5 G& u  H; y* h8 L- _: x/ O
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
) Q8 }* m0 i. g) O6 w) @% F  K3 l/ O" I8 L5 A& |
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
) m$ R% R& U+ M3 z# L广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新  t+ T1 ?; J2 Z& u
产品开发力度。
$ [  `/ O7 W7 a* G( b* B9 Q2.2 不溶物的问题8 i+ e6 R: U, M# O+ R" j
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了- a3 g6 y- `& e/ t! l
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
! D1 t" @9 D3 k" d- F矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
7 ~' z) b% ]1 I( [0 @) ]* U成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相; k& ]/ R0 L: s! y) f  _1 m1 I8 Y
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
: J% h7 i) W. ?% P2 W- ]不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解+ Y9 k: {6 k: Q
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效5 @; y$ b0 z" M& m# R
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
7 o' [+ J& n& U( `7 V' U4 l也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
) v! w. f3 O" h  X+ t自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积6 w3 x4 [: ]  D6 J( x* n( T/ r. J2 W
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗% I& u5 j- M" f4 N& D5 ?  H
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,1 k6 b+ ^: \- ^- ?
通常会取得较好的效果。  j) ~* G% F6 m' n3 G; t
2.3 盐基度问题
( V# o- H; b2 ], F* h盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
% m5 A5 x2 u& h- {6 M* \在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
: J$ V* I7 }$ V酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
7 ^1 o4 U: c) `9 |: h虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和. H9 v, b, L; w4 S* t0 l5 g# w
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前) v+ y" k4 a3 h
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
, x. E, D% _+ [( r" X, I2.4 重金属等有害离子的去除问题
6 w' \" h7 @. M: ?4 V# Q某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
9 y7 J  C0 k/ o' N在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
3 u* N) c* k& c& d7 K害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑0 o/ u1 w, w4 i- `
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
  p7 g$ z" A+ a" X  T& \) J2 c" s2.5 盐酸投加量问题1 A$ }/ M/ u; Z
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工# Q# g3 Z( s$ T1 `
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
& {. H5 \" T$ J+ D本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶8 _  W# ?. S' L4 M
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问$ Q7 `  ~( h2 |! f: ~
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥0 r- k$ S5 \$ t1 d. a! c2 p# t
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
$ M. b. P& ]8 L' ?; P通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
; J$ R5 k9 V- ?& B* _低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度9 z) T  T4 K: u
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。) z! Y1 h& _9 A7 n
3 结语与展望' s) R# Q  R+ u. L2 x1 V3 P/ [
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产, N* r2 Q+ `, X: |1 g% T. U
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水# G* K0 |, ^4 Z) Y$ h% y0 o
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上8 j& Y( Y1 g1 K% t) F$ n
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝$ t! J3 k( O; x0 g+ x
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产, P4 x5 K) _% n2 P- A6 p
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来4 j* S% b2 g& y7 ^. F
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
# R# L7 L: x! c3 N用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用/ Z# ]- W5 H7 N) u9 r
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、5 @; y" k  Y+ g
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
8 s( a- _( g6 w- a! O& K含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业  N" a0 G6 m* b' `7 m$ T$ X
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
6 i! D8 E3 L% O应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
. [- a$ q* a3 T* X$ U2 t/ l' X0 k5 N聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
. C; ]" ]+ A7 ]" H$ c9 a是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向% i  G0 T' i6 p8 W# \* 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
9 o/ C; @4 B% K# t+ P& S% t; T配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
. f2 o& x+ K8 p# V7 L剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
- A, C' e% f9 j& ?* _围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离  @& u0 k$ [/ [; o! i; o
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内* n; z1 S! q0 l
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
) X. e9 x* P# f& f4 z利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
+ B0 z. X) \1 ^3 @工艺,必将成为今后工业生产研究的热点+ l% M' `1 U+ x/ K; U; a! }/ u
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! S; A- c9 A" H  Q: a& f3 o) N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。
理袁律师事务所
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发表于 2010-2-2 01:23 | 显示全部楼层
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