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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" Q# }& J: R+ i" h. W" d
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
, {2 \# p3 Q, P2 T6 ]在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
. a- U% q3 r' C) i7 f% \: s6 x6 D液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处$ `: s1 P4 \: @
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
3 D$ z1 ^4 u8 X+ y: j水、生活污水和工业废斜管填料中。5 D# S5 Y- J- k. J$ [8 M7 f, C- q/ Y
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
1 R0 w9 J) r( w& t- x3 E凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
) f& H& ?! q% V& F6 t- z投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
* G% Q9 j8 z" J& D% T& W* E最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉7 t# v4 Y2 u8 |
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
, @1 [% n! x4 |值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
* E2 U) A" g2 b: }. t1 Z6 Y- ~从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研! l& S1 u& m: e# B6 F4 B" }8 h/ E1 f
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
! C1 i( D7 p! a( h. G了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
6 |1 I' L0 G7 S5 |6 e度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述( o: w* j0 @: Y/ J
和探讨$ o" r3 W  x1 d' j$ Y& M2 s
1 聚合氯化铝的制备技术! F7 o/ U+ j" O' r: M
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料# H0 Q1 U! G# F* ~) O% f
1.1.1 酸溶一步法- J" [+ P9 Y# b) L( |0 }
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
5 G4 k5 A6 U! p6 r在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
0 U1 r/ p$ u! C0 B3 o) W) W放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
- W& j# t0 _6 o放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,6 n, R& M5 J/ p
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
3 h% V2 Z& {9 e# a& q3 ]出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
1 b: w) o9 `) y! s; E+ N7 @不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
, W" u3 ?" f% N3 h3 V至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺1 J5 F2 m3 T) a/ }
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量) @) F. {. g8 G9 A' r* `' @
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设2 s% O0 `6 X4 y
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重& N' |  f+ J8 a* Z2 O; P, m
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?, V' b5 a  x, @% Q: g7 J# V" Y/ y
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
! ~5 V. [; t6 \# A9 }出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
7 S* N/ ^* K8 D2 B6 ]合氯化铝标准溶液。6 ~1 V6 Z( W- \. ]8 _9 y/ G
1.1.2 碱溶法
% V- p; r3 q# o7 T5 k# ~先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
3 b8 t* n3 X! T9 Z; W5 f用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法1 d  {: T6 e4 k  R0 j, C
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
) ~# K, L7 u# e2 h$ C$ f含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
8 R8 R' |* Q& G9 S5 b0 O) D9 U; O5 ]化生产成本较大
8 o: c  P: b; J1 z3 Z7 j$ g) R1.1.3 中和法0 m3 e0 ]+ u6 q% P) u( B
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别+ ^% w2 K+ Y* X/ l( R6 Q3 {9 ~
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即7 z1 |6 \3 ?# A5 N0 j1 }" j
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶% Q' I* H+ V. |; b% r% v- e8 I: y
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
% u" T7 ]0 X( ^铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分) |% p5 ]1 t1 u# z
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再! n0 O/ B( Y: l2 _
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
: T$ s/ Q! v  V+ P) P, y( j$ ~- B0 J到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据5 G* d" Z( {& a8 p5 R& ^5 f
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。$ r7 V1 h- F+ f! u! f
1.1.4 原电池法
9 H3 @  s2 O0 I9 T该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电! i0 M6 O8 r1 F
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆! }- N/ ]0 G  K7 Q
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属0 n+ |# p. J  r
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进# M7 D! x; E  j) p/ F6 ]* E4 q/ E
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
- ^# s1 u/ V5 _. n! Z生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅7 q, L. y& s$ P( k
拌,大大节约能耗 ]。/ N- u. w* ?. L' K5 Z, z
1.2 以氢氧化铝为原料
1 D- H! y  k$ G将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
5 r3 ?. O7 F+ Z: _; Q, k2 k温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。, Z# |  V4 Z4 i
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
2 q6 v& i: Q3 v6 r0 q) U遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故0 z  d( e  {! s" Z4 o- ]
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度1 |. ?' W# |( \
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多" a2 x( W. c) Z) d- @$ Y" u
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸, P1 X3 f8 v% U/ Z
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
3 ~9 [( W. ~8 i* F& I# k质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制# q6 V' v' y7 I% g$ X3 n0 ]3 b$ T5 y
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
$ X6 }, l- R6 ^! D. r0 [酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
  W, e- T; ~% v, ^% p化铝。
9 q7 k4 c0 \  J$ j: V1.3 以氯化铝为原料
: U4 n  }! i+ N5 w) e* d' Z/ }1.3.1 沸腾热解法( L* Y8 n, l/ w
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出. ?  P  g6 H! e, T
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水+ k5 r# R1 r2 o9 o3 \( d
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚1 u' F, J) B9 s9 l. u* n9 \3 B/ H5 v
合氯化铝固体产品。
/ z* n1 c) G" y6 }1.3.2 加碱法
# K& N4 {" x' m3 P+ ?3 G先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
( f5 j% R6 N& ]- k, I强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,5 |6 b& m1 d7 ]9 p+ Y" [; F) B' Z6 m
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产& t* y8 g* z' `( E9 s
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
# t6 T! v$ }% T6 Q品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
) Z  ]% ]; g4 ~* A8 V" a通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
3 m; o! L; @3 T8 LL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报$ g* I9 J% Y5 n7 ]8 W. \
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到7 P+ `4 x% }$ p9 F+ b2 K
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质0 W$ _# O+ C- a3 [) {: Z* H
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
; s! \' ~9 F, d4 p0 g滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
. C" L( ~( t" n7 e. \量也不高。
2 i. q1 }$ h2 P0 ?3 U7 S6 v1.3.3 电解法& Q1 e: Y4 Y) L; _
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
2 d9 A  `0 z/ H3 l) V7 K7 G3 ]) ]不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在: Q" P7 d# s4 ^) f7 X
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉3 N6 n: Q4 X3 m. b# R; ~
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合0 S, _) o! {) J6 _
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何2 {2 e3 {; D* J
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且$ X* d& g% L0 T  V4 @# n
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
1 V( O& J& }1 p! P! R9 y" A倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
/ K6 \; J' x4 b8 c  a. R* r过程中的极化现象。
, |9 r' ~" l$ }" V( Y1 t  i. m/ ~- Z1.3.4 电渗析法5 u: E; g& j( E$ J$ n! L/ J0 y. q
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
: Y; a, P1 n- Q- f% B, B液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁2 B8 J0 M/ H" {- \
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
5 l0 L9 u+ O5 J: [$ N) n4 J室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
4 n$ `0 i0 @# M; r! b+ Q% {1.3.5 膜法
: T$ M- B2 Y# e1 [该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯( O+ D" m- ]+ v
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液& d. X. Y" ]1 ~% A1 a
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
! m( l; F% {0 e8 i' A8 F+ _* U7 LAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜4 |. z* x% H. u# s% [
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%1 {( K) r/ t/ M, H, W
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化/ r$ A% s8 S$ c( y$ ^4 I$ W; D4 S
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
. F3 `; W. ]! T0 B1.4 以含铝矿物为原料- t+ K5 T% r* ^3 E% X2 J$ j* j4 ?6 ?
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物. j" X- g' R, I/ Q6 i
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
' ?; J1 }: I+ e0 f5 k8 r要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
  \1 x0 u4 ^& q- ~7 ~8 J: v7 p. J几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
2 O, `# Z: [7 m( X& H般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等& D% q7 r5 H' p2 n% {7 S
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其# N$ A$ T7 e2 T$ f8 p- Y7 ?
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二6 _6 b5 I  p, \3 V  s, R- x% F& y
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为: Y- ]: N, S' ?! Q8 R2 z4 g
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
- @- y/ ^( c1 f4 g7 \) \可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
7 u, i; ^( d2 E& o% |' `  A霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
) x+ A* ?5 e1 m. Q% r8 z  Q" X氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物1 k7 e0 j7 \& J+ Y7 K
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。- x( @. e7 A/ S- J# F+ b( k
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
+ L  V' G% D' q/ O0 T生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
/ S" z+ [4 H6 p大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
6 T% a! N8 E( Z, ?8 m- ?/ }渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的! [8 {7 t7 W& F' B
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需4 y3 ]4 K! R7 y. \7 {( g
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石( ?' i' a  L# u2 G- j3 \
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
' U. D& B' f" U; D8 e- u! Y溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
+ P9 a" V- J  M& T) n- h: }' U高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
8 D9 j9 C/ a! n! L5 F/ M: x20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
9 R7 I) W, q- u' Z. w氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,# ?' C1 H+ z2 g0 D0 o2 ]4 t2 K8 q
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
, O) x  {6 o# |1 B  J2 S铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于: s3 e- b4 o, N! H
30% 。
* h# x2 v7 C  {$ F5 V3 |一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法9 A2 {/ I% k( ?( n
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
% u. Q, w8 @9 x4 \/ ^需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或5 h9 ^0 S/ w# |5 b$ d/ X  V5 @
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
; r3 M4 g  F- D0 T7 T和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备( e4 n% d5 }7 J) u# m5 w6 ?
复杂,成本高,一般使用较少。
" B3 J$ N" G% e  h. H1.4.2 煤矸石, c5 U3 W3 Q6 y. N# y
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
! V, F/ \; X; T/ z& F物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
5 z$ J' x6 E! [& D( f% s  I" B增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原" c5 t: b9 Z/ C# {& {+ J8 o
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而" d( D( F3 p5 k9 Z; `1 X1 T' {
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
; [5 t  f  G! Q数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
' t! o) [! }8 b/ n5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
# u6 m! n5 R' w5 `5 v氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,* p9 H+ S; m5 Q0 i- A" H
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石8 F0 U/ N0 F3 V& u( N) r$ p
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
4 ?! s/ }( w7 j0 }, i. @时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当& @' K, m0 k+ ]
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得, a6 N( y4 `( G9 {
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
; \* ~* N9 L# s, C. b0 b( Y0 ]2 V8 _铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
+ A  M# h2 F& \: N9 d8 R基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为! Y# g9 Z/ A- k% U7 y: r) q4 R/ {
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
! [2 Y! Q. z: f3 D$ R  k1.4.3 铝酸钙矿粉# p, ]) }7 W# ^' b  G- e" x
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温: f& E6 f1 X  q+ M  ]  C$ f
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的& H- x6 @2 q& ?4 F+ m( R9 m" D
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
  k* Y) O  e9 r+ U(1)碱溶法5 Z4 @' G7 H7 s* S- g2 J' G! W
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶& m! @  a2 S; t$ h
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后$ h7 I: q. v1 A, w. \
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
9 r$ n3 J- E+ n- A值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
  Q2 x3 c9 u8 P反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会( a- R3 l: m' S$ q4 L9 i
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中# }" P6 Z& y0 H9 c2 M  ^+ j6 d
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠4 j3 I/ d" e6 l  E
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
* I" t6 ~, [2 X6 L5 D( F+ v% Q铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但& b- r$ C: F7 O" E) |" @( ?
生产成本较高[19]。
1 m" U2 G! G- y* s(2)酸溶法
/ Z- G7 y, P: b9 G0 A" `* b把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并5 O, O$ U6 G/ `' S* i
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简8 s! J1 X2 M. [9 B
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不# x- V# C# M8 S6 \- y
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
7 I, N3 [: }4 `+ T. R; `' Z不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,- _7 W- j! m+ ]: K% a
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合. L4 \1 }$ ]. J  C0 a! y1 ~& U# e1 n& [
氯化铝铁
3 ~4 o( Y! v1 \+ G# C(3)两步法
8 B6 G, Q* V4 \& a/ O/ k这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工8 A6 P1 K5 G- A& W" u! m: D! w" H
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
( ^( r$ e4 ~1 P$ ^; `, J比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
, b( j% s( v# T3 a  N把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
# _, p3 E: w& h这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
9 ~8 F' L1 L3 j9 J) M8 M7 I第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化9 K1 a4 n6 j; ^- G$ Q' H
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
  G( s: a1 n0 P' V/ b) G流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
6 l  @. x$ ]* a' {酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化7 `8 C8 ]; |, v1 R
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚9 z4 n% T% A9 _! T
合氯化铝产品。
' E- l: u4 ]8 b- g5 N3 d+ z1.5 以粉煤灰为原料7 M+ p0 {% S) u$ r9 a# E
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
+ A2 [' |# s; D% J# c' j5 j废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
6 T! w& c5 m6 F. z  ^活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
  R$ t, _: H- U常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性/ g" n' g. f+ e: X1 o8 X8 k
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
5 j+ {$ _  \% l6 C; e人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸' h+ u/ Z2 P' a' c; i' n2 P  [7 y4 Q
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再3 l5 C9 X1 A# o5 m: t% Q
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用7 O; A( D2 A  A2 j! q' Z0 q0 h
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
5 t& v7 w* J' W1 x1 C铝产品,据称能耗低。/ \/ b& m5 `( I2 [+ T
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
3 D) C: ]9 ^6 o; O7 r. P+ _& D解决建议
7 X! X) [% x( z" X我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随1 @7 z( j' ^$ L& g
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国- F; d5 H: M2 E: j
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
& k- i% {' P2 i" \/ f但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最2 H6 }+ `2 I  c3 e! E
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者0 e; H: G, u4 z/ ?* A
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方. c' H% o# D1 Y6 r6 s
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
2 h! Y5 C; q% `% e究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
- |, o$ m& x- P' e1 z反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、2 ?) u- \8 |1 U) b+ S
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离3 T9 H7 {' J- h/ `4 i8 ?. S
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深$ e7 N2 }+ F1 L
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
( m  g( ^( \: p2 J( w# v以下难点问题. i2 p1 \& j( m' Z; U! n
2.1 产品纯度问题
; O5 V2 @( |; C4 Z/ h5 w; Q氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通% v2 r/ a: e8 M& s, z( _
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
: E/ I4 O$ Z8 N2 @" B  c# m9 C国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
0 C" O  S' u' ]4 l产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
( _. G/ f+ B! d$ {0 d  }酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产" j% `4 z) `6 I& o1 h6 A
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化% E% z3 D( s0 r" H% @: `& ^( X
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
! k5 ^7 [# O  Q# j( c' K7 D盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
2 G* r$ P0 l9 O9 C! f. K求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
: t& z* R: [, t- {! \0 J+ X! b% }产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
: G2 E9 P- F, x
, W7 Q( \* l" d。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推" W* c, N; i$ c2 ~1 Q
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
) n- k( ^7 Z5 Y! @& K/ {产品开发力度。7 t. X# G3 l* K! S- U6 t# O
2.2 不溶物的问题! A$ ^- N6 g3 Z" x
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了" ~- v$ M5 ?& C6 V! m# W
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
7 l. A( Z; h5 @- f/ T/ [矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加# p# e: A8 Z0 H% Z9 r# u
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相0 S& G+ I2 G1 }6 V$ o
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
; D4 q# t$ [6 F: _( J9 R不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解; b+ S! }' F: ^
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
2 w) m, c; }8 e) u2 I9 e; e, S. D果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
7 D0 l' E4 s* h0 N1 K也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
9 m" S6 k! d$ u: l! x% d自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
/ |" ?, ?8 [$ C7 h小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗6 O+ P; S) Z# Y# U8 f
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
2 v7 b8 x2 N! G4 ~1 x9 ?  ?通常会取得较好的效果。
$ z. |& o" f7 ]% w1 C, P2.3 盐基度问题0 |/ f( v0 i9 t& G' V
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可1 @9 }. f; k9 y3 J. T$ z
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
! O; o6 F9 y- |) X! i8 x酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
2 ]) H/ [' K* H4 _6 \# l虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
1 O3 ]3 t& r6 n' g+ v铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
3 D6 O+ o8 `. W国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。7 T) p: A; ~1 T" F# X
2.4 重金属等有害离子的去除问题6 N, T' u; K9 ]% }  ?8 Z
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
/ ]8 j/ w# f: c# f) ^在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有1 |6 i( `0 a1 l/ o0 I" H
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑9 b! X! ^# I" V  _  D& J/ Z
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
1 |$ S6 d  C- ~; S; q* \2.5 盐酸投加量问题1 k6 l( Q9 y. O( d7 J5 U2 `. T; S. |
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工+ [( ]6 L! _: i% `. E% g( S
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
% M0 G# K9 ^/ E' b+ d& r0 M( `本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶( ]# s2 S# h) B
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问& ^: M) f. m5 [: B! |4 z1 u
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
7 [5 }1 g" C+ X. Y8 T  z发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数1 \0 U  P9 p& w0 ]8 L0 o. ~
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
$ h1 c* X5 G3 O. J8 }. u低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度( O- c; A' h) |7 O
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
" b, C5 I0 Y, }3 结语与展望
  _$ y4 I8 B6 s% s* ?聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产9 u: X4 q; P: Q7 z6 j- ^
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水+ a3 G3 y7 B' R' }* e
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上' U1 k/ L5 m8 q! x8 B' s
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
8 v- e1 u; `. J" d品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
8 V* n, y5 |. \& ^品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来& q1 G" n. ~3 ]0 i9 V4 R+ h
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
; p& j, d: I( ~2 g用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
+ l2 n* @3 J3 w此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
4 N  V* C5 l8 [( h/ E6 g氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用; Z; S" l' y/ J. r/ c
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业" x, b2 _1 \# y' c. C
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究% v3 E' M( m! r& z
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
% A0 R4 Z# r! t* e. d! Q, f* n% R聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
" [$ ?! P3 D; O2 Z是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向0 i# W  j6 G$ u* V* t% y$ R/ V
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复7 x1 P1 U0 e9 ?. w6 {% O
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝) K* n& m& ]# e) p+ r4 j
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
( G8 l* u6 ]; n$ f7 g3 q围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
% j/ u1 f& s/ V! A$ D子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内  R4 O5 B' R  _! h; W
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
8 u' |! E3 I% Z4 A7 E  m利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
, P8 N% ]7 w3 r% Y工艺,必将成为今后工业生产研究的热点* x# D6 f$ s( N4 _4 z
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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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