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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
7 m* p; u2 o( t6 L/ i* `(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092); e9 ^; y" t% }( V7 `5 Y- q/ m& }% Y
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固0 C( J9 k+ m4 X7 ?, y* n7 P3 O
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处7 r/ |. N4 [+ u5 O) r. t+ s1 \
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用3 {5 |3 U5 s! K/ V: Q
水、生活污水和工业废斜管填料中。
" d3 g/ O7 P: v% k+ m% p$ s聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
4 z; ^5 Z2 e! U凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代6 b% G& Q' h  ^1 b- ~
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
6 E8 [2 t1 g# C最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉6 W0 a+ v% J* v/ r- r& m2 s
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
% V4 ]' r. q3 p& V; c值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
: Y  s! h+ _1 _) g/ }* b从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
9 S/ B; k3 X: ]# ~3 i( ?发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
) R. `# b& I  e* z了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
. y1 A4 V0 ?9 U& A# a度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
$ A% Y% Q7 K6 n% g% B3 U! T$ L和探讨3 G6 E8 d! z/ `9 q( Z
1 聚合氯化铝的制备技术
' |) u0 e/ c, c1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
5 q+ r+ K7 M. h) m/ Y) Q  {" n& V1.1.1 酸溶一步法8 m2 }- W+ F6 K3 u8 n
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
& G. w4 a) u+ X, G& p在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.6 i. V$ V3 C9 x5 n, d% z
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
+ E; V: L/ K/ G放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,' t( h8 [4 r$ J
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
' d% b: E. H! V. C出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至8 e4 D8 s; f" y& m! o. Y* D
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度5 n" Z6 h, S( v, s8 E
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
" U5 T/ ^- A: b简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
! G  X. C5 ?( c. `3 y; o6 x较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设9 ]0 W' N7 b; B
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
& @* L; v; Q) g  y" B6 o5 i金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
% s( Y% V/ g) D/ u4 B) p; R利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备( @% m. w. [' y9 x/ p5 c) l
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚5 {; ?: b! X0 x+ r, I9 W
合氯化铝标准溶液。0 P3 k0 j4 k1 O
1.1.2 碱溶法
7 d1 ~% u5 \' z6 S8 T; s, j先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再8 j2 Z1 P, d2 {$ v
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法( B' K( N1 G( P  B& o& B
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠& G' H1 P; i! U' v
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
5 i+ S0 L' S% {& n3 g  a化生产成本较大
8 T" F; g$ f/ ]& E1.1.3 中和法
: |9 P2 Y/ f0 s' o5 w该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
2 D" D8 X# v* ^5 ?- ^: W5 F" c制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即  u+ c* E5 i/ ^- \+ [
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
" F$ g4 u5 T' e2 z物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
; M' A7 }4 t+ e/ S( B2 `. H! c铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
* v" K1 z) X1 Z, M3 U" s0 T用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再7 o( @* k0 r/ D, y6 m  L4 Z$ F/ c
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得* d4 {' |. Z9 w8 n2 q$ P
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据. ], z3 i2 e: X. [5 @+ z
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
1 Q+ o4 r( {+ l* u( i) P1.1.4 原电池法
  N! ^& i" K& Z1 s+ o+ S该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
5 c+ L" Q  r) N/ g! x! H化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆3 I7 a! T* N( g, e, |( p3 V
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
2 g4 ^( }: k) x: L1 k* J) u筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
$ H2 o$ o2 L- N; y2 j: {6 R- M行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产& b, E6 Z) I; ?  O5 ]; D9 |
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅2 ^1 X# S1 k, n8 a0 c
拌,大大节约能耗 ]。+ S2 i4 t8 J" ^+ A. `
1.2 以氢氧化铝为原料
1 g3 z+ b6 @4 J; Y& }5 J$ v2 o! E9 H将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的8 j' Q( ~" |5 U
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
9 K9 x5 C3 O- i8 S7 o该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
+ O  L' ]* z$ ?) U遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
8 |9 Q6 P8 z- g3 b) V5 S6 a# p酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
" S" W4 c2 [8 J( _. x+ \不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多8 h% y8 }4 t' V- B6 F- z. F1 S
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸2 d; z: H" E, z" I1 [
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
$ s) |  I+ l. o+ A质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
0 K. V8 F* T* u2 C0 M7 F4 B得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝: B& k& b* J  E( m5 d! \# e( `) B
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯2 }, ~/ C/ l/ o/ {/ ]
化铝。, W2 p& ?: o. u& t( t
1.3 以氯化铝为原料  N% W% {, x: Z( Y
1.3.1 沸腾热解法
8 `: ^) C6 X' F4 ^8 `! h$ z9 }用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
# T. A% C5 T; ^0 R% A% R/ s氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水( J$ S9 \2 d  o: m
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
2 }- h- J1 Q& _+ R5 o; H合氯化铝固体产品。
  B# e+ ?% R. S/ R/ p1 G' ?1.3.2 加碱法& p- s! L0 H6 o) E- K
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
0 W) w0 ]" a2 s9 j强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
/ g) x9 j6 y$ }1 S反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
# _# T: [3 p. S( o. p7 E品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
' g: o+ R" T0 S" C品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等; v+ N) F+ _  p* D  Y
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/* B/ @' [4 P) G& y9 D4 c4 K
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报- K; _, H2 m2 c8 w1 {% I5 m2 z
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
, u0 T* |. W1 {2 m7 CAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
) O0 C- _, a" m' Z) h, g量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐& {! {/ f' O8 r9 g) L
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
: C4 h3 |! U' z* l+ {% r量也不高。
5 a6 H, n5 F& O. F1.3.3 电解法. C  K, Y: |2 k/ _  q0 b
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以& U* C8 ^5 q2 l
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
: u, n7 n. r! }9 U# w( l5 ?4 D低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
! l+ ^2 i- L& s. \等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合5 k# b0 }. _4 G
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何/ a7 F% k2 W4 r$ ]% X) H
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且. m$ Q# O& R" u% [7 v  v* E# \3 J
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
% L, N/ M  R+ ?倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
& w3 x$ n9 F2 E; i( z过程中的极化现象。5 e& @7 c$ Q! d  \/ x
1.3.4 电渗析法
. `" j3 V+ x% S路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
% G& Y$ n7 I( s$ L8 D0 W" V* t2 j液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
' ]" u5 h# v. R/ L$ a5 Z板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应2 ?( _7 F9 `: F0 k3 s+ ~) ~
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。* F# i5 V; f8 S! K/ q3 R
1.3.5 膜法$ V% Z2 G* }+ k
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
( _" c& s  G. C6 g  q化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
9 u  t3 p( O3 l7 I/ E) e/ m, g  R通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得' W( k0 n5 U# n" Z
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜2 V0 f: H' p  n5 _* [& i
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
/ e: \) E9 {8 z' N* M, ?3 a以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化. d$ `) F" ^. c: }( M! L) F
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。4 O, }9 C" K' v  ]
1.4 以含铝矿物为原料2 O7 X5 n& e+ m5 {2 [# W5 i4 `- j
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
' P! t/ \# ^; Z. v! ^9 r铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主2 t' u# Y7 S- Q* t& X. N
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
# {" C0 j3 C2 O. ^$ z- U# j- r几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一/ w6 H0 `2 N$ S+ m$ O: I  j5 G  e% o, n6 {
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等4 P/ \( ^0 h* E- ~7 ^3 J4 D, e
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
9 j5 p0 u0 w; @: ^7 D, [8 |分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二% I6 y4 _- ^! ?; {2 r6 p, M; S! d6 B$ t
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
" {" w4 m) t; f* M$ Z% w丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,: e! S, [2 c# ^( K
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。' y0 G" t: d( D0 v& G
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚9 Y; n. y1 i2 a. l/ E
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
! ^- |  M/ p( `( |一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
1 U( M$ d: W( m酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
3 j9 J) r; `; I" c0 Y5 K$ P生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较" q! H# [+ J7 _+ ?$ a
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
5 N7 E& b  c4 N% ]$ x& ^# k渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的. U: m0 }5 V) ]# n
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需6 B  f4 o% H3 K- c
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
' I+ E5 u# H# W9 A0 \种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸2 A- E( e) ~* ?+ \
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
$ N: x8 b5 G6 A高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为5 v) u! ?; q% z/ i. U+ |
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合& e( J! t' }$ M2 n- H! |) @
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
0 q% t, m6 |* Q  A氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
0 d; d+ e: r  t3 w' c铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于* I" q$ r; g' t/ T5 _. K
30% 。
, C1 C: ]$ j  j, `5 s, u8 d, O一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法& o! [/ W0 T  t3 g
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
; z  b8 m& T! B需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
& e+ a7 T+ `+ K, E$ t  G0 X6 M其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
1 C/ o+ h) S  `' {# @4 ^和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
8 \- ^, w: m! S2 ?: e. P复杂,成本高,一般使用较少。
7 Z' z  {+ v0 t. E7 H1.4.2 煤矸石
% n0 ?3 `; k3 R煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
5 P( K/ E$ E+ }7 u/ n物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
' U( a6 `' h& T6 S! E- `  v% I增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原3 K2 W' L9 D% E- Q% \% i8 e
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而/ f( B' i. c& _9 ~
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
# t6 b3 t) }; ^数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和% t9 l/ i" C" E) N- x
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合- y6 Q$ d" U$ ]6 F4 {5 m1 N
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,6 }) o1 T9 R( Q9 X5 {0 R
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
8 U$ \0 B1 D5 X. t0 {经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小; o6 _% _" [% ~9 [$ J
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当' k+ }/ `2 {3 ]
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得. M/ M1 z* b' H6 a; H+ L9 s
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化6 @* o; w/ i& x" }6 i+ B
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐3 j2 T3 A; Y+ }5 P
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
  i4 I% _# L5 [( I; ?* I原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
& U7 v% M  Q% o) a- N, \$ N6 B5 C1.4.3 铝酸钙矿粉
2 I( R+ y9 W8 U0 j铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
- j( a/ i5 n; b2 i' l; Z煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
2 g/ j" b& l) y, r不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
  i* R" {' Z- U(1)碱溶法7 t+ F4 c; z/ [. I) v
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶; R) C* M! `/ ]4 r4 t# L& B
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
* q8 t; z( f2 O* @2 h在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
8 n0 o: b: c4 _5 R" C值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止) o9 M6 X% x/ {% R1 x% b
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会" s$ v' O% z  k& e3 h. g8 M
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中: |. g! o- q" ~4 b+ Y
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
/ R; Z* O2 g9 j% o状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
! D) b( A& f& l% Q% o铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
0 t) n6 d3 x5 J7 g生产成本较高[19]。: u0 H2 R8 Q$ K8 s- O4 ~# @
(2)酸溶法
0 S1 L4 q2 d/ J3 D+ h8 I2 I# M; r把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并0 Y3 G1 N9 Q1 S; i1 x
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
3 _/ w6 V9 l1 {- p* E单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不6 a9 D7 h7 e* J- i1 \! @  s+ }
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常3 }. y3 e6 X( v! }  R
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
% o0 H( b( {, r4 |4 D  L铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
6 ~3 B- `' t# A$ J氯化铝铁
$ t1 ]3 y  D' l! q- m(3)两步法  M2 S5 l7 {. n( u6 Z
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
+ O+ ^* {# P+ A6 H* X) s艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
% e$ Z+ O6 _0 S# K) Z比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是) n) b' r& P( \2 g
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
( q2 `, c# O9 E- V* I这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常% N# j3 W+ r% s3 S4 B) [
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化$ J' w: M2 ]4 Y6 S
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回9 ?1 `3 f9 U  H2 ~' Y
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
1 g) Q, K0 ^0 d( W9 u酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
/ v1 \, ~% ]" d铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
# \. N+ b# n2 r: n$ b, x9 e合氯化铝产品。( B0 L3 x% V+ @' o3 I
1.5 以粉煤灰为原料" P) e- M5 W3 K- z" `
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体, H% t' K, i9 N9 S- q% ~# z# O
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态." F6 S7 m  G/ O- [( v. n
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通! F$ f1 Q. m: c+ _4 z5 O9 {
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
+ r, X4 o* i# T, g2 L高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
9 k9 t0 @; `& \" G' ]4 r, |人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
% [( [% a  P( B7 m3 X溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
3 o. C5 |, l9 v" o4 d+ V! Z8 S用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用0 N9 ?# }# B; V! f& }7 \
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
$ N' Y6 s; G! S) E铝产品,据称能耗低。& R, y. j) A5 ?* ~4 E0 O
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
" D$ {# Y/ \8 q- I+ b1 Q; f6 b解决建议/ e3 J. F( g4 P; L
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随7 _& T( V  @) }5 C9 _1 c; j
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国- i4 c' k$ u$ l+ [/ }7 Z
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
4 y: i& s# j/ E5 R8 Y但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
9 W  l! B1 g5 z6 |佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者8 Z5 L0 e) P6 J, E! C
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
3 b8 z5 ~: f5 P6 f& V面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
- Z3 F9 A# u& x+ \5 K+ l; n2 }究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度' ~. p6 ]( q* E7 r' o
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、6 j; x9 \" l" _- C# s
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离5 y  c: p/ q  C. N* _0 V' i
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
% M: i( D4 r! p8 e- R: `6 G4 m2 N入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
, E- j; i$ n4 g$ N% x$ m以下难点问题9 w4 o) n# x$ w
2.1 产品纯度问题2 Z7 F# `- p  W, ?: i( {) z
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通+ U3 l) f: I! j
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
# q2 t7 M- o; B; H. x1 J7 F  `国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列/ T$ Q2 q& v, i% q9 n" A1 V
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
+ p+ F5 @+ O$ N/ V# F9 f酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
( `' k6 _% w" H品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
! @; a- j! S- i3 O铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
3 \' I5 E% i$ ?( B& L; j盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需4 f6 f/ F5 Z& H
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝; G; S9 D0 G, g7 K0 V
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
* E: @* V5 I! h3 d+ t4 F' n# M' I) X) c: v! Q' ~) h& e
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推( A9 h6 N( s3 N0 E" r: h
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新. ]4 w* o0 Z  p* D2 m( O# q: m
产品开发力度。
' K! L4 O0 M& a' R8 T2 F2.2 不溶物的问题( O+ k- i# j& t. F! P3 i. N  ^* N$ o
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了- A% s. }7 ~) t( E6 m( u5 T
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而  u  D/ ~( M0 j; N8 W9 S( b% C! t
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
: i' z( w4 d7 l  ?% u+ d成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
" ~* h: |( L3 g0 a) a应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低$ C; J8 x8 u  `1 W4 B
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
+ R5 B& v" P8 l7 Y5 b决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效* ^( c: s; d1 g- \5 y2 x
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
' ?( f% j/ a% p0 H+ ?  G也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
; Z0 q8 b, M. l1 W$ a- x自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
; ^" f& F* [6 n+ T: A/ M小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗, y* J5 }& O  f/ r) k/ c: c
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,/ }3 {# l4 u/ {# O' B4 {
通常会取得较好的效果。
$ {% _7 |; p5 a& U. i2.3 盐基度问题2 z4 `1 u) [- A! F- t; U
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
; |7 i( W" }7 u4 {0 |在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
8 K, J1 p7 B4 l. C. F酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考5 ]$ f$ b  i. F
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和9 m' Z. R# y8 e1 c
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
6 v7 ?; U& F# X# f- o% y& p# J国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。1 o% p! X8 W* G7 c! I! H
2.4 重金属等有害离子的去除问题
# l; A6 ]' o; e2 p  r* _. m某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以. h9 T; V6 L9 ], y% R: a
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有$ u- |' o0 L  G/ P9 ]( B9 i9 R
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
5 o# H, [. A( v& i$ `) i+ p9 B# N置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。2 q3 Z1 ^# |! K
2.5 盐酸投加量问题: h; o( o6 W0 Q0 M
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工. N, D+ o0 O# H. D2 z
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成2 Q1 P/ i& e4 W9 P. U7 L: ^9 [  D
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
) Z( O  {% e! ~: M, C法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
; S! ^1 \) q$ l题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
9 S  W; F6 x" X发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
7 E8 {" h7 y( P2 J! ?  `通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率! `1 g+ @, U( K/ C2 q4 M: U% l* n
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度' L! }2 y' i7 Q! k7 B8 t" A1 S
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
% T* b1 T7 Z" e7 q' D* C3 结语与展望
- m" ?9 h( s3 Z聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产$ A% p6 D$ B3 Q% G) W2 Y$ M; F
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
# Q8 D8 o# C2 j, r6 v4 k9 p* d处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上0 O5 X, J( }- l# F) p
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
# r- U0 [, I0 v品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产, ~- m& s2 p. u4 Q
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来2 H5 m+ r( F0 ]8 m" p
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
& W! f$ Z9 \& f' ?用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
+ u* _% B, d8 [6 ?. d9 v7 o6 x此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
& T4 b5 x4 ^0 F. L7 j; r& K氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用1 i. H! d2 U5 x- y! r
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业; ~1 E& W/ o. c# ?  V7 K2 z( a
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
& {6 ]" v1 Z1 _- }6 R! v4 X$ F应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产8 G* R  x0 s" T# C
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
8 |( X5 b+ y. ]  i是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
# T6 \1 j0 f7 L# 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
' B' m8 L: b: v' K% X+ U8 X配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
4 X4 w* I3 ]/ q8 J/ F% ~剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范, F$ ^. g6 I6 q; U4 U, r$ ^* b
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离6 \1 U* F+ ~: i/ g; o+ `, A3 ^' K
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内" Y0 y8 D8 e- U' F+ i- l7 z( V* [
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料4 a( s; V! y6 e/ S
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
4 j2 G3 z" b+ \. ~/ s8 D, k! B工艺,必将成为今后工业生产研究的热点1 R3 Q0 j' ]% g- B! s) Z: `4 ^$ d% _
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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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