埃德蒙顿华人社区-Edmonton China

 找回密码
 注册
查看: 676|回复: 1

聚合氯化铝的工艺

[复制链接]
鲜花(0) 鸡蛋(0)
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
/ T6 Q$ b7 y$ D; w(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
+ V5 k0 o8 |2 v0 l" k4 L  Q6 @在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
, X' ^& D  e+ Y4 C液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
7 A+ P' W) g+ t8 H理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
+ Q0 j9 o. B" R5 m' C2 s( X9 r: l& j水、生活污水和工业废斜管填料中。$ \% `- [% z  [/ V
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
2 b% L0 E& F0 y, J; c# w9 ?/ l* M凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代6 i% x" U5 C$ w- P; x
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量  ?1 i4 ?1 E1 R6 w1 v* f" v
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
9 |- r/ v' V# d6 T/ F淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
  N: L6 ?, O3 M  V& D值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
0 O' M' X6 I) e% M4 M7 I. Q/ p从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研$ @# W( \5 P, R: L1 D8 X
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
* H4 I. b. q& ^3 \: w+ w6 t- g4 i了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角6 _3 M! w& E/ j' `. C
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
& Q( n( t1 s. D/ V) e2 T# h9 j和探讨2 L$ _# F' a  u8 I' ~4 C& a
1 聚合氯化铝的制备技术* ?6 u: ]8 B8 g
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
2 Y/ D% R  B/ i9 N4 e2 ^1.1.1 酸溶一步法
  {$ T9 A& k) Z3 Q将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
5 x' C( N$ V, l! p4 Z7 U在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.$ G7 c# s6 _" `, x' l
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为9 x  Y0 _( m' }5 a! t$ v# r
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,9 @, b: d& l# e6 m! r
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放2 E" G$ N" t: K' _6 A$ ?# x+ {
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
2 E( c+ U: H) K( d2 s8 {, i. M不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
7 W5 m0 {3 Z5 Q" T至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺# u5 O2 V: v& V  m
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量3 n0 M$ X  R, s: k# y. p/ N
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设4 ]: e$ R7 t- r$ g$ y( T, u
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
5 C6 X6 k1 @( t5 X' `9 t金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?" _% H" T" N3 Y$ h5 N8 e
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备0 F  ^7 B, o; g& H9 h/ u
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
0 ]) F  M; ~' P+ E, {6 X合氯化铝标准溶液。
% b; X& }) S; P7 f. o; v3 l3 S% |1.1.2 碱溶法
; J: o$ |$ c# C/ G5 Q3 k0 z; C先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再6 U& h3 q  h2 v6 `# _: a9 m' G
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
' d3 B: z4 @" w6 D+ g' T的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
; O8 j8 b  Y) d! _' h5 C含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
9 V: i! W! W7 `6 F化生产成本较大+ @& j' c2 _" }6 X
1.1.3 中和法
' S4 Y2 z; w, t该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
# ~3 G. b+ u  G( E- a/ Y& [6 B制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即5 K. z4 g. J& E% B# A9 f$ E; Z
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶! u  S) R1 Y# j' @9 p/ d
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
2 b  O6 U+ t! z. F0 S2 R6 w: r铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分1 H! P0 a) H' n7 T
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再8 Q' ^" i& r: m  T1 c" k
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
$ m4 G9 T) n2 `1 c到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
; \' V0 ~" c7 R6 Q& I9 Q5 Y称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。# X  p) @1 a+ N7 G" d7 x9 w
1.1.4 原电池法1 N; R, [1 J2 h; C2 O8 F; E3 g& _
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
" I  ~) z( R' O化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
. @& |6 P9 t0 i) b9 q桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
9 \" x7 [- E' L+ Q1 r. }+ f8 Q筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
7 u: l* H# A: N2 T7 [行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
. Q) c. ?2 s* a& {0 e+ h! M3 W生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
$ q; n7 Z$ C% b0 ^0 o拌,大大节约能耗 ]。
: U9 N3 N( M& S4 R4 a, S1.2 以氢氧化铝为原料+ J. E- @* s2 g
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的2 R. Y# {9 Q; J" c
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
& p" [- W! N& e6 ?6 s1 Y# L& `该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普2 w" s* N% T& J8 z
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
! X: }8 c. }8 |# m3 x酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度" Z# I& x1 ^5 T+ ]( {' ^
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
9 o5 Z# C2 Q9 W) F提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
# n3 n8 u* ^- V1 e钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
) r- S$ Z; N; O) K% s3 y5 U质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制# y2 |4 f& Y0 {- n$ n7 p* w5 {2 m
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝, ]- k* B7 \# t0 H- X
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
: l; |# W' N" d4 U  B/ ~5 I化铝。
2 P' B3 y/ y# g2 ?1.3 以氯化铝为原料
$ S6 O' u& K( d6 M. f9 `  c' C1.3.1 沸腾热解法, |+ m% E% j9 f& f' i+ a- j
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
/ K9 V  {: [4 ]% D/ V% S  d. W; N, ]氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
" G0 G+ a7 r6 l  m$ }7 e+ Q& s搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
1 g$ R) l) C% H, t1 k合氯化铝固体产品。
4 m8 s( y+ x4 I7 D1.3.2 加碱法! K2 I* ^: N8 |% {: M+ |. z
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
: H, m8 T" V1 r, K$ J2 U强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
# h: g0 ~+ U$ b5 ~/ E6 X* H反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
! w: X- C. a: _- [品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
( N3 `% c! z: l  n9 e品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
4 d! ]1 m! G/ U& f* M5 h% v: S通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
8 Z+ w( u2 Q4 w6 jL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报# e3 X9 K6 N8 b- u  h
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到( x! N5 ?% p1 \+ n  Y0 `
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
5 k- ]/ I% P/ v6 C0 y$ W8 v量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
! X$ s9 r% H3 q3 U滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
: |$ ]8 `0 c/ [3 S8 s量也不高。
+ f3 I9 w* m  l% Z7 i1.3.3 电解法$ l' n5 T# D' ^3 |' l$ b
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以4 i% P2 t- u' I! _8 d' K. O
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
& K9 @/ ]/ ^$ _/ Z: A低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉+ o) L5 ^. X3 }
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合9 p0 D; L! R6 f: |
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
7 Q( Y) Y4 t4 |锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且. S) ^! O( Z( A5 P* J
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
. A) f0 Q+ @/ p- l倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解6 Y2 S3 L0 m6 p5 u" l: r  y! i
过程中的极化现象。* m2 q* v( d7 z
1.3.4 电渗析法8 x* |+ H5 U3 x# v7 T; u* D# \
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
+ h) x3 j: G1 O- `. L: h液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
5 h5 R: y8 [5 u$ ]+ D# U板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
1 G( S3 {  n  |! o4 c( t4 s室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。3 V! X  d; C$ O% H3 O0 c7 ]) k
1.3.5 膜法& f' \3 F. H# Y4 b' }' I
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯) _( P" m- v/ N) h- U
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液5 ^; W' L! U6 y2 a
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
% p9 T: y0 w8 S$ ~" N  Y8 u0 AAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
% e3 w& u5 A2 \, d" @+ Q/ ?制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
9 J; \, `: G) R) ?* q) V以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化0 r2 ]8 }! v9 C0 @; U; x8 H3 O
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。2 U+ o. L8 w. _( m% u: Y# T
1.4 以含铝矿物为原料  k* h$ R' D6 i* K" d; |* G
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物8 k. _8 e% [8 q4 O& z0 ~- P
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主0 I; ~  L& @3 }; W
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这5 J* I+ F8 h. F* V9 a
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一' B* }  G: s# f( ~9 Y
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等, z8 V6 I6 T: ~
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其3 C0 j1 Z4 W0 {9 B
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
3 o& P+ I* ]5 {7 `( ^: u! H氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为4 ?8 h9 X- p/ b3 g4 E
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,8 ?% U; _4 ~2 @+ v& f+ x
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。) k0 F% ~$ u  z# E$ p& {* G
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
4 j% b5 t% j( d6 p, B+ L氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
) \4 ^. k3 P# a" `" ^9 t. p  s" K1 k一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。+ u  J0 E! l8 W' [
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。; I0 S3 ]% }) r' q) {
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
. A' m% j+ a1 O3 {; A9 o大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残4 P- M1 Y9 B* Z. t  u' {
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的% J0 A6 E! [6 a! M+ D6 U5 A# I
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
2 N1 Z* p& g! V% [; P' ~: G对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
* B# V$ [4 H' F* i. f7 {4 i1 V% N2 E种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸6 n6 I$ ?( }/ W2 G) s* W
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越5 w$ ]1 i" ]6 A
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为# _. m1 r; a$ h1 M: R4 `( w
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合% ~' y4 E1 q$ e1 H8 `7 u# }
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
* v9 G0 w% ^' H0 y' z2 [6 ?6 T氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
0 Q- f) M, N9 c, N5 V- W6 Z$ g铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
0 @! c& v+ M' R30% 。  a! C5 {% D- g6 |8 G
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
& q0 ^& |; S0 O制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都" b6 H0 U- q  ]  A: |
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或: B8 j0 \( p( ?" M7 o) v
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
. Q& Q! v0 E1 U  r4 b2 z1 Q和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备3 S: Q; G5 n2 X# k
复杂,成本高,一般使用较少。7 U- r4 D% e2 U: W. A0 R* a  K
1.4.2 煤矸石# ~0 E, Q- Q7 O8 b7 q* n; [
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
" I( I$ H9 E0 V0 a" S  w物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
* l/ [- U* b+ I4 T4 W增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原4 q" h9 x2 b  X8 H* k- f# t# q
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而* h; ^. S7 N1 r' y' |4 n& f
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
% y5 O: z% {4 T0 @数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
6 K* ?8 |) C, H+ t) ]+ a: ~5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合( D) R# s6 @/ X$ }4 z# E: W
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
7 W! Y8 Z, O( i2 _  r2 }' m. E已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
8 c" g) n4 ], V6 `经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小9 P1 }! d0 \7 N
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当; C' X5 h1 N- D6 W# y
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
4 k. ^9 _+ e5 `4 \结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化; {) K% `! ~6 ^7 u4 r: n: r2 }2 X
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
. C0 \' h/ {# K9 X& f3 m" W$ Q  B基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为0 j/ p( ~# ?( _+ K# ~# M  d
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。* b& c  \7 I' V. s
1.4.3 铝酸钙矿粉
2 j% L: K" x- G/ K6 A, _$ o铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温0 Z: w3 @% X! T
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
7 v  T6 H( j: _, p* \' i, q不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。- G, T3 ~# i  j& B9 T
(1)碱溶法3 m5 z2 t' g% Z
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶6 D# A0 E3 n0 i0 w
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后3 z* ~$ ?. v5 c; e
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
  l. H/ k! ^) F/ o! e! k& a值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止  h2 d6 p# u" L4 U
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
6 [8 y7 R* X& N! `. L, N$ |% u: P形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中; D( z$ Q$ r4 x9 j
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
, `2 M; O! E* w+ d状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化- O6 V4 c( Q" w7 Q  b' F  q
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
9 d. \5 T. ?' o3 R生产成本较高[19]。8 d: ~. K5 f( y8 ?) z0 g! z7 g
(2)酸溶法
, z( ?8 o1 Y- m( M0 N把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
) x. N* L! y, N. r% U2 N/ c熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
* L4 h* _$ Z3 ?+ ^7 t6 @* U6 q单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不7 c3 i: A) h2 O) _; s
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
8 H3 A: l% D8 I% p% R0 Q  b不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
- y+ F; F" l# ~& T$ U* Y$ ~8 B& y铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合) m* A" e/ y$ `7 ?; O3 Y
氯化铝铁+ `, K" Q( e* a" R0 o
(3)两步法5 ^& {# y$ n3 Q) l# j, C
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
# u/ T+ I+ I9 u$ a2 O9 e艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量! A: y0 P2 g* |& [0 H$ l- z9 ~- |: v
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是! z4 |- K3 g' ~9 s1 i% _3 p
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
/ Y5 N8 |. {- s% U- o# p. Q这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常/ ?1 P0 U5 {% D: U, D- H  g
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化* ^, Y0 z3 u- v+ ]- `- b$ W& Q7 U1 I
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回2 S$ G  s* A) ~, j& e6 t5 o
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
8 K2 V6 F- N2 y酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化1 p) K# p6 ^9 T3 ]
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚4 u/ t# \; [/ w$ J3 u/ S' O( ~) O; R
合氯化铝产品。
$ u% C3 n5 Z- b( Z9 I1.5 以粉煤灰为原料5 r% b4 z. q* ~( h1 a: S
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
, z2 }  b- F7 ~$ Y9 Z废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.& g6 ?4 V! Q& x
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通1 ^& T/ g: \1 F) |5 Y8 R
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
) r1 ?! h  W1 |. r; Z高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有& ~' t, d6 n' n5 c' O
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸$ m* c4 N6 C. L3 x  d
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
) @; N" _& T  [5 L# K用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
" V2 S$ k$ ^! r& W4 ?1 }' ]粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
# T9 n  Q  x  V$ L1 c& [铝产品,据称能耗低。
5 d; N+ A2 i  S( p6 H. X2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及! F8 J- f' L: I$ \  k
解决建议& k- r' I, ~3 r. {3 ]
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
) C7 l0 E: S; F" H" V7 H5 `着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
6 h5 t3 u/ [+ D# q8 P6 ~& E' H内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,8 x# J+ P# q2 L" l
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最% B% b0 ^) {* G7 p' M- @
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者4 }, a8 d& G  d1 ?  D0 q& \
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方9 z$ V4 N" J- |$ g- L
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
( P: \2 ?2 x3 P2 E+ u究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
4 n5 ^, w5 t. X4 o8 _1 o反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
; I/ I. \# u8 }# w5 R$ b( e硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
) v$ d8 `% r; x) \5 l子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深  V+ f' e. ?+ ?. s) S6 B8 b, W+ B$ C
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在$ U+ B- Q* v. H) H. @1 z4 l
以下难点问题
# ~6 _7 t& k$ E" Z( ~6 K8 R2.1 产品纯度问题9 S* a5 @" y! Z/ x% p0 u* g; R
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
& e8 C9 z8 ?) M9 |常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我0 U) K5 B7 O6 _$ F" D
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
( s" x! l, p, u8 ?3 {产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝6 P6 t8 d8 }) H* P8 w3 l% M" }
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产9 Y; g2 M& j* h9 N# c9 @$ [
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化- \7 f: y* G& C
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝) I6 Z% [. x& d3 `( a
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需" z& T" |, v  P! z
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
. i) s' p, D3 K. @! }产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
& x* @7 {/ [: k  o% X( c" r5 p8 D1 F" x2 r
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推; e* k# I: k3 H+ @9 A8 r/ g
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新; o( E% v, K+ ?1 \
产品开发力度。
+ F% a. i+ ^$ f( X; H/ B* A2.2 不溶物的问题: A& u  f4 d* K  j' Q9 g: E& Q
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
6 [6 c. S7 q- c, R明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
+ X. C, A5 n. t( C& h- J矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加" k6 S6 A$ B" d% q" F
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相& ?+ |5 B! l6 Q% A% |; `/ Z# D
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低9 d$ o& k/ p  z! g( @% G: c
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解5 ^. c' |& S3 u; }/ y2 }
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效  j: w4 x1 l3 K% k  _
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择; }. j/ V; m0 b9 ^5 ^* |% }
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
" a3 Y0 y4 p8 c0 m6 i' \+ m自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
3 i$ \5 D2 b3 {7 S% a! A$ y% ]( Q6 i! {小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗$ i# Y' i8 f8 w; N  u) T+ H
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
8 q; a( }$ i9 @' B: x$ i通常会取得较好的效果。
( ?# C: e! R: Z0 ?7 `2 g2.3 盐基度问题
3 p4 k4 H) Y6 S6 K0 O& x盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可. \/ s9 ^  h# J- g3 L
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳* Q% X- j5 p( u. S/ L1 D
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考! }8 @! P9 C9 T6 y- Z1 Z( I, n' X
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和; v* d( h7 G* E) D4 ~
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
/ Y, Q  R' o$ Z; }  x( i+ G国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。5 l9 X: Z5 N$ j, J
2.4 重金属等有害离子的去除问题  e/ O, y! t* U* ]& b# c% {( H
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以7 ^  a) ^- h& u  \/ z% m3 S0 c" L
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有, S( X$ V" S0 T
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
% o# j% E- t9 N0 o9 T9 B" S) E置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
- X5 K/ K. k& R$ B* g2.5 盐酸投加量问题
! L2 P7 T3 s$ ~$ K6 ~  _" B制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工$ g, f5 X# T) g* d7 W
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成! A0 P6 {3 p! U4 \  V3 _
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
- @# x0 y! e' |4 i- V, ?4 _法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问, L! {/ U' S5 _* Y8 n4 ?  V7 b
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥8 I5 I! Q3 U5 h7 B# C. B6 s
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数5 v7 N' \" U! q: {5 |: ]& Y
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率, F- X: Y  O# I5 i
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度1 h4 P) c7 }$ ^. M$ {. e
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
/ ^. i- p" _& l! \. l0 V3 结语与展望1 x% F, X' p# H8 z0 Y* l
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产; |, |6 o! F9 ~2 L2 {: l
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
; Q( H# L6 T/ ~. ~$ ]* S处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上, V% l4 J# f+ E" W/ F, W5 T2 b
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝5 C! O8 e  Q+ @& a" d" v8 O/ F- y
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产- Y/ w0 B( g3 v: [
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来8 M( e  v4 O0 K
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
# H- Q9 [0 E; J3 F; j, o( a$ R用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用3 n1 F$ O+ t4 Z! ^0 ?# `
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、$ m; T3 u- U/ J/ W' N; @( s
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
$ w9 F1 ^# S$ Q% P  Q8 i) Y含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
! A5 P) {( p: w6 @4 i生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究! ?/ S8 x! c. N7 Y, n* k: ^
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产  W, D$ o5 ]& B# {; s( a
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
4 o3 c' D0 i+ |/ X* _- _是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向8 j* U2 }( o; a- w- j1 q
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复( K7 ]: H/ z% G2 C4 s  [
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝: x" T, v& Y1 p
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范% J8 ?6 b) m5 b6 {# T+ y
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离/ W* \$ I. M3 E9 W8 G6 b: w
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内1 x0 b. i) r: ]* h. y; y4 E
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料% @( A6 f) h( }, V. C0 z
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
& [; a$ r- R& {5 O( L$ d" k8 r工艺,必将成为今后工业生产研究的热点0 j0 j" B2 X  I( i
参考文献:
& u* d; _* X: p+ F0 G" H[1]阮复昌,郑复昌, 范娟.一种超纯聚合氯化铝的制备及其DH7 J+ w( I; f+ L- ^
值与盐基度的相关性研究[J].化学反应工程与工艺,2006,1 r; ?) a$ u- M# n; e
16(1):38—41.
' Q6 U5 m8 d" {* k' }# H8 C[2]刘春涛,马荣华,李莉.废弃铝箔制备高效锰砂净水 石英砂净水剂及其应用4 w" O: T+ n3 @3 z5 B
[J].斜管填料技术,2002,28(6):350—351.
1 G/ u- e, V2 Y% Z[3]李凡修,陈武.聚合氯化铝制备技术的研究现状和进展[J].工& A& k  X( Q# k: Y+ j7 y
业斜管填料,2003。23(3):5—8.
) R% f5 s& {: S" }[4]晏永祥,陈夫山,栾兆坤.高纯聚合氯化铝的制备及其影响因
4 H% t5 h3 z+ J素[J].工业斜管填料,2007,27(2):57—59.
/ G6 b5 m( |0 a4 P! ]( C[5]赵华章,彭凤仙,栾兆坤,等.微量加碱法合成聚合氯化铝的
/ K4 F; v0 f& k4 N3 O- b改进及All3形成机理[J].环境化学,2004,23(2):202—207.
: \% K9 ?, g- N$ l9 ~[6]Akitt J W ,Elde~J M.Muhinuclear magnetic resonance studies of+ n, r4 n2 Q# S8 V' M5 d5 ?2 J  K
the hydrolysis of aluminium(Ⅲ )[J]. Chem Soc Dalton Trans,
9 o. B) `3 Q4 \1988,19(6):1347—1355.. M. s& n! `0 S* ]
[7]Kloprogge J T,Seykens D,Jansen J B H,et o1.Nuclear magnetic1 \" M: t. R4 B" [
resonance study on the optimalization of the development of the A113
# \/ G/ c8 T+ O" h3 _' O0 apolymer[J].Journal of Non-Crystalline Solids,1992,142(2):; _, l" Q. m* w( p+ n
94—102.* m# w! U7 |1 H) H, |' S+ G
[8]Bertsch P M.Conditions for A1l3 polymer formation in partially neutralized
) _$ L" d- @0 `' b" cAluminum solutions[J].Soil Sci SOC Am,1987,51(6):8 S3 r6 d( N9 @" x. j+ F7 d# ]
825—828.. I  z9 p8 H: m4 f8 c. n7 n9 q
[9]于月华,柳松,黄冬根.聚合氯化铝的制备与分析研究[J].无
, S3 q8 T" }( J0 ?. U; Z8 a机盐工业,2o06,38(1):35—37.) B! }9 I1 u% S6 b0 q' R% e
[1O]曲久辉,刘会娟,雷鹏举,等.电解法制备PAC在斜管填料中
% I* O7 d3 g5 {7 j的应用研究[J].中国给水排水,2001,17(5):l6一l9.1 w8 y5 o  F! [3 W
[11]何锡辉,朱红涛,彭昌荣,等。电解法制备聚合氯化铝的研0 g& I3 C. A# X& y  J
究[J]. 四川大学学报(自然科学版),2006,43(5): 1088一& o( L% R- K% z: w
l092.# I4 Q3 Q( r: |2 y% {; [
[12]罗亚田,皮科武,钟春妮,等.倒极电解法合成聚合氯化铝
! z# l' o# S( {$ c! f聚合氯化铝[J].化工环保,2004,24(2):145—147.0 b  _$ e$ x8 x
[13]路光杰, 曲久辉,汤鸿霄.电渗析法合成高效聚合氯化铝的
* }1 k4 B" Q8 ^* X' @研究[J].中国环境科学,2000,20(3):250—253.
2 m- x5 }' I! w' }" o/ y  w[14]彭跃莲,刘忠洲.超滤膜的一种新用途— — 制备聚合氯化铝) @) s* a5 @( E- H! F
聚合氯化铝[J].膜科学与技术,2001,21(3):37—41.
  O) e; u8 J/ z+ _6 [4 E[15]张健,贺高红,李祥村,等.中空纤维膜法制备聚合氯化铝
" R5 u4 y7 `$ `: c, ?& S的研究[J].化学工程,2007,35(3):71—74.4 R; q9 J) \/ d! v! Y
[16]常青.斜管填料絮凝学[M]. 北京:化学工业出版社,2003.
) A, i. }. \9 ~  W3 R77-78.
% N. w: B2 `/ t4 W" e) c- o[17]胡俊虎,刘喜元,李晓宏,等.复合型聚合氯化铝聚合氯化铝铁
" a- I, u8 N3 Z6 Q) P" `; r(PACF)的合成及其应用[J].环境化学,2007,26(1):35—38.
$ J+ [( D: G6 _$ I5 m: `$ ^[18]马艳然,于伯渠,鲁秀国.从煤矸石中制备聚合氯化铝及其
, f, m6 u1 Z! Y; U* B9 u, k3 V! O应用[J].化学世界,2004,(2):63—65.
0 @. r' T' S6 e$ m, m- }. n[19]李风亭,张善发,赵艳.聚合氯化铝与聚合氯化铝[M].北京:化学工
$ x# p; l6 P1 I9 D6 y业出版社.2o05.45—46.$ ~' \/ g3 o/ G# _3 F( O4 g1 |
[2O]郑怀礼,张海彦, 刘克万,等.用于市政废水除磷的聚合氯
* r# b# V, y4 a+ q9 I! q) H( d铝铁聚合氯化铝研究[J].斜管填料技术,-2006,32(6):34—36.1 |1 g0 Y. |  p, T
[21]董申伟,李善得,李明玉,等.利用铝土矿和铝酸钙制备聚* O& |5 l5 f6 }, a4 N; S
合氯化铝的研究[J].无机盐工业,2005,37(12):31—33.
9 @3 l7 c. Z% \% \6 U[22]陆胜,赵宏,解晓斌.生态处理粉煤灰制备结晶氯化铝、聚2 D; O* e! \3 _3 n& H
合氯化铝的实验研究[J].粉煤灰,2003,10(2):10—11.  m# m( c, f. e- p
[23]李凯,李润生,宁寻安,等.不同聚氯化铝系列的水解聚合2 T: J7 a9 R& m1 s4 Q
形态研究[J].中国给水排水,2003,19(10):55—57.
" ?; ?- }% J" k6 d4 X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。
鲜花(0) 鸡蛋(0)
发表于 2010-2-2 01:23 | 显示全部楼层
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

联系我们|小黑屋|手机版|Archiver|埃德蒙顿中文网

GMT-7, 2025-11-5 10:22 , Processed in 0.181423 second(s), 11 queries , Gzip On, APC On.

Powered by Discuz! X3.4

Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.

快速回复 返回顶部 返回列表