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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
8 s* f5 Q# }+ y(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
  S0 U4 ^" {! m9 I. b7 h在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固) y$ _* p. z' w" u9 V, N; x) l
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
+ c8 h3 ^2 S; Q理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
0 }: m$ D- A6 d, ^: d  x$ s8 ]水、生活污水和工业废斜管填料中。  T, U5 s! `. K/ K" K1 V# r3 x
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
+ c" _" ^8 e' _/ F2 }5 ?凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
9 s$ O3 i4 h2 {# a# \" i  m1 m- v2 k投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量8 h' U0 ~1 h7 U: x8 G4 h
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
* `+ f0 }% }" x/ n3 y  h  ?淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
; U# N7 |( C  R值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国* ?) u8 u8 f4 o- ^+ d, _9 |! M
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
% R% Y" c+ y+ W% o/ p2 U  S2 \( i! L$ H发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到# S5 k+ s/ o+ @) O1 v1 x1 Q
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
; N' U0 m, @2 I4 D度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述* x9 ?: x% }2 _# t
和探讨
: ]9 Y! T* ?2 T0 q& [1 聚合氯化铝的制备技术8 ~( f7 P* C3 K9 _
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料6 l: l/ y3 R- w* x( G5 D
1.1.1 酸溶一步法" D9 U# H; [7 y- m
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,. l" t+ E" g2 x' z
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.8 Q! \  O/ ]" p% a- ~  r' D. q
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为6 `' Y+ ~! D& D/ H
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
4 L2 @& |* d) h" S* V水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放. v" ^& C; q- S) c, J- N( t
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
8 F# m* R, Y" o0 b1 _$ e& L不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度) K  x6 X1 i& O4 T$ q6 u1 F
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺5 Y% k6 l2 V7 _- m
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量1 ?( ^9 I& r3 P
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设9 ?# G; ]: O% _- s
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
: z$ n+ v4 c  t+ ]  b/ Y/ K金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
; g/ e' T7 z6 t' x3 h7 V0 R$ I! V利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
( T" n3 @/ n8 R2 T9 z4 Q出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
5 f/ ]+ y  g/ b  k. p( \2 E' U合氯化铝标准溶液。
6 w, L9 i. ]. e1 e% l* K1.1.2 碱溶法* I( @- ^5 E$ r7 C0 k& m6 z
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
4 k$ f2 L& f3 `4 G: n: T9 A8 Z用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
4 P6 z  Y$ o. h" k# r7 l( E1 y的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠3 R+ A8 P$ l/ \! ?: U3 J
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业, s- P! [* ^$ i2 F" F
化生产成本较大9 S1 c% V( k5 O3 |1 S/ m& Y
1.1.3 中和法/ ?+ ^4 {( u& _3 f" X2 w; N
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别' ^2 z! ~" ~+ {
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即5 O0 z) G8 Y! c0 A3 l
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
" g" N3 q/ ?4 a5 ~4 C+ H/ z) f, l& S# c物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
+ N* R$ n3 v8 ^) U铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
2 A% O/ E/ L6 t, f  ~3 R用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
! N1 u& `: y% H8 q把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得; a4 ?6 R4 q' n$ w. w1 s
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据9 ~- p9 \1 S, D+ {4 O) ]' R! E0 N
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。% g( b2 p* {+ h( ^9 }
1.1.4 原电池法
/ \( L( `( C- C2 F% k: a该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电% l/ h9 N, u& _' U2 w
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆' B, Z2 b! l- Z
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属. U* }; y7 B9 g3 z
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进8 b% s4 L& Z/ i* i
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
' a2 g8 F: U* c# M3 g& n6 O1 V生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
$ Y- A! X+ Y4 B$ e& L拌,大大节约能耗 ]。
  T/ x- Q+ I6 |8 i( H/ ]: a+ @1.2 以氢氧化铝为原料; {/ Z" t/ U; U9 }/ s! I) n
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的( m- K. w; n8 h
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。4 b8 L8 |7 q& F+ I8 `7 X3 N& E
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普2 p, o8 |+ S' O0 R2 y
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
; ?$ D/ J3 Q, p酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度- x. K/ ?/ M) @" ~/ x3 c/ \0 T' ]7 Q
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多8 F7 _+ H" L+ d* y3 k  I
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸/ ^/ L( i: S- a, U4 A* p
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
3 r$ x. n. g. }! M& q4 J质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
1 h6 B) A8 ?% l" a7 x8 @得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝% l) o0 C& q4 [5 g3 W! ]  |$ V
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯9 T/ `& i# g( I& I
化铝。
! f! w5 c; L! t: ~. P) M; h1.3 以氯化铝为原料
& d! |" A  F" H; }& Q( Q3 o1.3.1 沸腾热解法
4 S. }: [+ Z; }2 t用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
; C# j% M  P: s* A# h! Q( f6 r/ K- z氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
- |% y* ]9 b" T* v搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
5 \( P/ O! r2 N合氯化铝固体产品。
6 \8 G% q; J7 P; l% T; F1.3.2 加碱法' W( N. R9 V6 R& @" O0 [
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下7 l4 q; }* ^5 W% [
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,7 O% M4 h' |0 c/ }
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产% S- c5 }1 A7 R3 {$ t
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产5 E: c8 F4 E. K% A5 D& r: w& G- o
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
3 f5 d7 Q" b* |: `2 _9 ^3 |通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/0 E# _# E, Q& R0 M! ^& L& f9 _
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
' p& t- i$ }) v' N道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
5 n! H0 {: i. c! w7 Y! m: G; mAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质+ Z- @, L9 M3 d$ D
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐4 W) x. H/ K, d5 A8 M8 K' F2 |1 b
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
5 i/ a, b& f/ \6 }% [6 F- u9 ]+ K量也不高。8 e! V5 F" f# R4 V- c" h
1.3.3 电解法! T. T+ j1 s: G
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以9 ]8 O* X$ D( b7 h$ r7 U; P" T
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在! X& s- x) n8 y% _  z4 ]4 l
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
  |8 O% s2 g+ A0 A8 w: j& j2 m: `; F等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
" k2 K' f2 o& }% |/ n, `& X氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何* w1 |/ p& Y6 }9 ]/ T4 @, L! K
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且& n% b3 i, P" \$ b6 B
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的1 W; r" V/ b( J& y
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解7 ^- r: K+ B) J( G( I% A$ w# C# O
过程中的极化现象。
% C' X7 Y; K; B2 h; S. w7 a- L1.3.4 电渗析法5 n+ w" ?" F) q+ N6 F5 g: Z
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解$ ]' R$ R# y/ u  D- T
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁' b* j, B2 c. h% N# O4 n3 s
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应/ i0 Z8 ?3 X) i4 [' ?) D, u( I
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。  W5 Q1 G% m# h5 k
1.3.5 膜法, v: b: k8 F/ S1 c
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯  n6 _  `1 W3 J
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
$ a/ |# r: f3 i1 \4 l通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
: i& ?9 b& G$ u' t$ b: IAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜5 B" g$ Q6 S2 ]% h' w' R
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
# v- R$ Q9 Y  Z' I" k+ w5 ?7 B以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
- h2 {, D, q+ @铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。7 d: I' Z0 j  M: P1 D
1.4 以含铝矿物为原料
+ d7 k2 ?0 U! M' B5 E( @8 ^1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物; ]' t& [. @& ^# G: D
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
- N1 B; E) F! W9 Y6 Z, t要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
; x& d6 C) Y' h8 L" T0 A, w6 ~几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
4 y7 N  d5 M3 k7 y/ I3 a( M( l般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等3 G4 |5 g$ ]3 M$ d
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
+ Y" B. X" o1 K3 o1 l+ P) Y8 P分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
: _6 j4 L+ v; t9 V% J: w* q3 ]氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
  ^" w. M' q# D! S4 D丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
  T/ `8 Z% v) m可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。/ Q4 Y  V% o  l& x
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
! x, |" L( K% M2 s! Q氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物) l0 S1 D2 \3 v# ^: w; q2 x# P# I
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。" j3 O4 b; E4 v# `; ]
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。! O5 l+ y3 q7 ~9 @) f; }
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较! T/ a( v! L9 N, l0 w: Q2 _2 z
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残* t9 F' j$ i" O2 n3 |
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的# h& q( w" G- C# {
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需! _% {( y7 H( X; s- L! r
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石  p' [3 F( `' U1 g! ]$ i) J. [$ r
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
/ {# R/ L1 o, m- Q溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越6 ]. d/ _' s% D' Q' e0 a
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为8 a# Y; ?  e+ U2 n" d
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合2 H' {* @  _, M9 v! N! M: t
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
1 l! v7 c1 S( S/ }% k氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
) ]: f0 t. L' z6 o+ Y7 G) q铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于+ U4 h5 Q/ m; Q: S: w
30% 。+ o5 @& `* ~# {3 o% B
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
9 p$ j* A1 c0 w0 c3 S. V# z3 P制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
+ \; T' W3 m$ h* H6 n需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
0 m" }9 X' Z1 M$ i: F* \4 X9 d2 l其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
" e  H* J1 D1 ~+ Y1 u5 p- h和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备$ n) O1 {6 H  [9 y# y1 K" [
复杂,成本高,一般使用较少。. X* ~0 a. d( h7 }, K
1.4.2 煤矸石/ ~& A' z* d" u2 o; ~
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
  S8 v* J, d/ Y2 v, Y$ S3 q物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧- P! A8 s& K7 x# u; H4 n3 f
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原; d$ B* y' ]9 V! `: U/ G, u
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而& D5 G6 a6 H% S0 e. j5 J
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分- H6 }6 w; z( W9 h& s0 V
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
3 ]* Z- u4 t7 e1 N5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
) m- R+ `" B+ l- [" f氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
" _2 I9 e: X2 S" C+ ?  y( O6 a已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
# N  ?5 K0 \2 b8 s8 v3 E经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
% Z# u3 ^7 t( ^" H4 `2 D  Y' B" i6 b1 Y时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当/ n9 U. p2 u4 \- o8 c1 i, K' s
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得! N3 R2 @  }9 e/ i
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
' v1 F* a+ l( Z+ M4 r铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
! z& B. H# ^: O, L# D9 D# j0 o. [基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
' ?- l2 Q. `4 E6 q; _( @2 j6 T- l原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。; _4 n" J6 o* U& K! u! x
1.4.3 铝酸钙矿粉+ d" H3 q* U- ]7 K
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温. M1 }1 e# m4 h6 l$ d0 y* E
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
/ z0 @, A- m1 T9 m$ d不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。4 g# O5 U5 I; b1 p/ `1 M( |; h
(1)碱溶法
9 C9 R' r0 A' U# k用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
0 m4 S5 K+ Q# T% c液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后+ ?8 Z. T2 N. [
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH1 x5 z/ r6 Q* r) i$ t% @
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止8 v" z" y9 P* t! n5 J5 d
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
9 j; B1 w2 s( }, M; X2 w: A# c' |' \形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中! M3 ^6 y5 O# w. W2 {& k# }
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠: @4 A2 [# s# S8 G5 j
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化* N. M2 a& Z2 Y) D
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
6 p' r: Z; I3 M生产成本较高[19]。
5 x: M. q! h- p- L8 x(2)酸溶法
: |2 Y9 |5 t' U5 J9 ~8 X' c- }  z% G把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
# O" d, l. p. n9 `熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
. i9 D9 {2 X! ]1 J8 ^. @; a2 \单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不! j) C( y/ J' m  W' i$ l
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常5 U8 g7 r8 Z1 v& F; h6 ]8 a
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,; D( J. {+ v1 {
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合% w+ z. n7 q, M1 c2 R$ Q$ }
氯化铝铁$ q' M( ?! H8 W/ ?6 h) w5 _
(3)两步法
; e( J, P2 k, e9 `7 R这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工5 o  L0 P# a' A2 h$ Y' j; k  v) I. @, b
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
; D7 e) o% j; I/ U8 v) d; {比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是3 ~9 {; W7 |4 d- S9 F. N
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。5 N/ N  a2 r& Z. T) A3 |5 T
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常- M& `1 `' v4 K' O3 s6 V
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化; }4 {& i9 V, Z9 G
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
! {' i2 L  h: g0 l流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝2 q0 _2 p/ ^+ |; V  [( Z
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化! s3 A' x0 ?5 n$ j9 C1 @4 S
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚! }# k0 o2 T" i0 n9 _
合氯化铝产品。$ X# r$ ^% }. H- E2 ^7 h6 ?, b" w8 z
1.5 以粉煤灰为原料
3 O- x' V7 }8 |8 F" g5 V粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体7 R5 o" e, Z% d6 b
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
3 E' O4 X3 \$ ?, I: m5 g/ J& b. o, B) y活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
' Z4 Q  p4 E& F' S; u/ h( O3 @" ?常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
2 }! o( x, B, _$ \  y& _- K高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
1 K# [0 e: Q. J" e1 M人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
: T0 [: u+ G& h0 N溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
* M6 C1 J' k$ D2 d8 v( c6 J用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
' X9 G/ n) A1 W) i粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
! L" _, y7 r1 X! M. K铝产品,据称能耗低。
) O7 q* g/ i# R! z1 k1 s2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及& E% ^$ `; S% L, G" d; t+ B2 ]4 b; O
解决建议
! S/ I6 d: O, O( A; ], w6 b/ P我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
0 Y# ?  ^; T( O: `1 t/ M* V6 t8 k着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
+ }' `* W. R$ C+ b) A1 X内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
( c) O, x! ~1 t( ~/ A5 _% Y但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
. V1 {0 j) l' o3 Q0 l% T1 m佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
. a+ T9 x+ `! Y7 A0 l' g认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
& D  o$ i1 C- d! w9 X: }& w面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研" T) Q. a; N7 |+ t+ }( G
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
2 w9 Z+ g) \2 g# u" z9 k反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、9 S; i( j7 a* d  b# w- ~: M
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
( f  K5 I+ s8 n' c) y( x' [1 n子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深$ Z: N" q) b5 d: z
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
' V9 k% c# W3 h- X1 j以下难点问题
  w5 c0 Z8 L  k# @* ^9 G2.1 产品纯度问题5 ~7 @/ L/ {- [- m) Z# E8 v! ~( w
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
  Q% A" ?. j) O常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
1 A: M% [! W% K+ [5 H. s1 ^" L0 Y, V国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列6 N. F7 D) R& O7 `2 ^9 s
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
" u5 i) o" `5 @酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产5 V9 i# d1 N) q" g
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
+ Q2 O* [  p0 j铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝) |; T) X& w6 h4 b3 ?& u0 f1 f& [
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需' |" ~( p; A- z6 N/ x; J1 H) E
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝  U9 O9 v& t2 D
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之! \+ t! S! a( G0 B

2 X% k, y/ O: a) w2 I' T- ?。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推$ G9 _+ t; Y3 l, v* ?
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
; W, d3 H& G! y) `5 ~产品开发力度。
4 {/ T( F! n+ ]  @+ T) {2.2 不溶物的问题
0 ?1 `& K- Z$ u1 Q8 y# Z( T国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
- r' N- R) A4 n9 {7 z明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而; P" p- m# L5 e
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加' l4 Z- ?( G2 j9 W# J: r% n$ s
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相( t% e/ X  [2 ?; m* T
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
7 [! V% w) ^, ^4 j* L2 v不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
4 d3 w' m1 Z; |8 E决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效! H1 C7 Z0 W. W
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
0 ]7 \% z8 p0 d8 y9 V也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
# R" r( }' h' O/ R自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
) ?* w) F7 {6 R- H* N小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
# C+ g: y0 N( O# Y高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
, F; k  P/ w2 v8 U! L) t$ h+ `通常会取得较好的效果。" x$ z+ j' J8 u
2.3 盐基度问题. ?9 E) E$ m- }
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
5 }# I0 p/ O$ |  o4 _$ N( O在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
, ~  l* C* N. i/ _* U% F. u酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考6 t+ H6 R( g( m( x2 Z
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和' q% R: T3 }# `. A  @! i3 @
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前8 k  O, B1 R# o* v
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
; o: s, d0 S5 i3 h6 D$ l  R) S; {2.4 重金属等有害离子的去除问题
7 l. u" s2 C2 l6 x3 n  C7 S某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
0 j/ H; L" \( S% p0 V在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有# P/ S8 w4 {# @. G' _
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑% P6 j" T4 C7 v' u
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。3 U7 d' \( G( c, I0 b% u+ K
2.5 盐酸投加量问题1 Q4 f% J; [( O0 k
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工4 ]! p) V7 [' K
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
- _9 _0 P9 m/ \+ a" U% ?7 L本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶. ?- t" @! W7 m, D- X' v: W: u" K
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问, L# Q$ Q8 h# k7 W2 F
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
2 p( h) t' t+ `8 q发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数3 C& {  {7 Z8 m6 k8 E! i$ M
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率/ z7 x) X3 n$ K! \  c
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度$ b: F) G5 y! o9 h* a: {2 h
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
2 I" e' X' L$ A1 B* Q3 结语与展望3 n  x" Z' D0 _0 [
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产) c$ W4 @4 o" p: L3 n; H
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
! _4 W% ~5 W" {处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上$ q# \! ]1 K# B, X. n5 I
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
6 D$ X- X$ M" q3 N品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
& p7 B) t" y  \3 l! G! j* i* X0 ?品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来! Q7 }6 D3 a1 W/ E' J, A
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利% p) z# ]; j. K9 h9 i5 m7 N6 W/ r
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
+ ?/ E% W3 j) t$ D" Y5 i此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、" R, B' R8 F3 w7 I
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
2 S8 `. L5 @4 B7 N/ p$ `9 X含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
3 B" t  b; |5 r2 j! _1 h4 W生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
( l& v8 f. w% ?% J) ^应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产% R3 y2 c9 ~3 l. E. N# {
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
3 ?: C) u! Q& m是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向* R( B5 Y( d& c! p3 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. F, v+ r; c4 @5 k, K" c0 y
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
6 ~' M6 }8 p2 J剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范) o6 ]7 f" {3 O8 a% _: _( p
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
- u7 i* v* b* f$ }子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
( O# m8 l. e2 ?" YPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料7 Z% S5 C3 L8 J4 H
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
2 d: L& N- ]# }* G0 S& H/ s工艺,必将成为今后工业生产研究的热点7 [( S! ~# |- N
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( L0 Q4 k! C0 w' E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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