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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 ?) R& Q$ A& x' Y! w9 w(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
5 i% P1 x8 z  k7 E: w" R# i在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固+ A3 F) P& u! f, p. H3 j
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
& B2 K' Q& ]& P! ?" k理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
4 q* q- Z: }4 m, g, e水、生活污水和工业废斜管填料中。6 T! s! P" c" K- h, }0 `" L) u" g
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮6 B- C* S9 h, M) Y$ C
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
) z# Q- k0 S1 B4 c+ @投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量4 l# X0 s7 k  s, x. M" D4 I0 z
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉4 ?7 o/ q+ Z; p, M5 I2 L! v
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
8 A; ~1 ^6 ^1 [, a7 r. [) `值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
# V5 Q) w% v5 Y+ p- [# V# T从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研4 h4 E3 t5 ]4 G& z% w9 i
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
$ ]0 Y( M7 d( g. O- r了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角) j# b" c; a& U6 C
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述% O. Y+ [+ X9 ?- S( `
和探讨2 B; m: C4 n4 x% G7 y
1 聚合氯化铝的制备技术
/ c# R0 j& x: z& |5 Y1 N1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料; {! x7 j! J8 V0 G
1.1.1 酸溶一步法+ G% ?, Q. ?4 \9 N8 J! z. r% N
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
( u+ |$ b% i4 f+ l0 t  P/ ?8 o在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
7 I$ ?7 }: R. b/ n3 i0 y放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
- O) [; T2 ^, }, E: `+ L  p/ b7 j放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
: R% y" C6 L/ u- w0 L, K水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放" e. A) l* E$ q- I& n
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至, k4 d( \/ W: f' v9 Y+ z! Y9 F
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
, W' F3 B. t# j5 P  r7 c. f至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺9 h& i2 S" [/ o) U5 ^$ ]2 V0 d
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
, H4 l% c7 \* \5 u! Y) j7 P较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设! V5 N8 n; B& T" p  S
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
7 ^4 |5 Y# M8 |1 P1 v  v金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?" g; d/ W6 B$ c$ E: o
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
6 \. {" u! c( v0 s; j7 l出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚# u: z8 m9 n1 Z* P* ~
合氯化铝标准溶液。0 I; L  u! o+ f+ Z! {
1.1.2 碱溶法9 J  r. ?  ]3 _1 D
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
6 D% @0 O- c8 C, ~7 @: a/ y用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
4 o* Y( x% I2 t. v8 l3 n的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
" j, v9 `/ ~+ a0 ^5 N7 V含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业2 b; v, W  B/ f+ k" i
化生产成本较大
  v9 l6 E2 K% ~$ X+ w6 v# y1.1.3 中和法
& A* B% X/ M& v/ N$ w, j1 R! G该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
0 D6 B3 ~- d  N+ O制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即; B7 V7 V7 `" u' ?7 r: r) T" G
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
% ?, [# t5 Y% k$ m* U" E  D/ Y物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
; C& }+ {$ i# y5 f$ N2 o4 ]铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
# c) b8 u! b6 |! T  p5 I# z( a用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
' A" e3 B; H0 [- ^  `3 S9 R$ y把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得7 K; w1 H6 H) ?, |" v! r( z, P
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
2 t# d9 ]# ?* E- j/ `称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
. a% S/ G+ w: n/ a) d1.1.4 原电池法0 n$ L$ g$ E4 L7 E5 n
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电( A5 S( D9 H) Q1 P
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆/ H0 K+ y  b. W( E) k" W* e, i
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
. _& y& R4 ~0 {; M% N! c7 W筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进3 Q' o7 y6 e6 v: w! \" s: ^
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产7 |: P% T8 o& w/ [7 q0 i7 f0 e
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
  \3 ?3 @! e7 v8 e拌,大大节约能耗 ]。) A; u' z5 I! T3 Y
1.2 以氢氧化铝为原料
8 D* n( E, q* h0 s将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
* h( C% U, I& f+ F1 V温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。9 Z. ^' O1 x( K0 j3 E
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普2 X; k5 e. X" Q% }
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故& t+ D9 c) g0 p" T8 L- Z
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度4 q, C3 R( T: j4 ^
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
& |! [( }) N0 _. U+ P% E, [% Z提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸4 v+ N$ y4 H# b3 h6 `
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
6 u9 s% {( R7 |- `9 {% d质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制' x) `( m! m7 p+ G7 x5 G" B1 D; Y0 K
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝- o$ Q* O4 i( i! y& d
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
# H2 o1 p: {4 y$ L7 n& P- Y9 D7 p) p化铝。
$ `: v# }# X" ~( q5 j/ w1.3 以氯化铝为原料4 }% |0 F) h7 L. p4 |
1.3.1 沸腾热解法
; m! y/ M/ c; F用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
! [" |3 W2 H0 @氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
6 t9 `  @- G; ]/ P& s搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
% ~; p+ T& A2 d2 N5 ^合氯化铝固体产品。
+ k4 u4 f& w* G* i1.3.2 加碱法* T  K: Z" s* Q
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
9 u7 |) j  k) `. p0 I& i强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,0 g5 w0 w' S7 k" J% w
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
# D. a2 d& _" J9 O; @* _# _品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产' m4 q$ d  }9 u, J) d
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等( ?: j6 y/ y' v* y( m$ j
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
+ _- r! m8 `, fL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报$ j2 {5 I$ W$ G. g3 a2 E5 k
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到- T4 b; N* ~1 v8 F7 h
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质; V+ W+ q% `) @. w9 w" b+ m* c
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐, j3 Y% E. s  t6 {) [1 l
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘6 ^2 ~( K; s6 L- r7 L
量也不高。0 T" P4 u! f5 }7 a) Q
1.3.3 电解法2 L6 Y* d* o- y# U
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以) Y. y. I. y) Q
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
: H: m) H% C' \4 q8 U/ r低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉$ H1 [# O8 o9 y. v+ A# Z
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合* c! u' n  |( S, f3 ~, R% B
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
7 `( A4 T+ N8 D5 d" w- T5 w; n0 S锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
: ^- M3 P0 ?* A2 B$ p6 F可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的0 }( M5 G! b, U- R. Z5 y6 b
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
9 r/ x( u/ ]2 b过程中的极化现象。
/ R9 E( x1 ^+ I$ ?- V+ Y6 |1.3.4 电渗析法
: d) E. N+ R% y6 _8 g路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解" w& D$ j# b3 D- R1 R3 d# ~+ O
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
: W7 K3 V. D+ w- D* s板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应9 _+ i$ Q1 s8 M3 J1 a) B$ Z7 S% x& W
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。2 P6 t) r. \1 v- {" `- X
1.3.5 膜法6 E+ d8 B. _1 H8 m- ^
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
, ?- ]3 v6 G- @化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液& I& k) \) D  T# {: ]9 W
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
, s# {/ E( o! N, ]Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜1 B" [" c9 I5 m8 W. n1 ~4 f1 o' v9 C
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
( X+ \, B- ^# e  |' M以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
# `7 A, t: {& ~  J. O铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。/ T; A6 {5 q( f* e3 a
1.4 以含铝矿物为原料; n% W1 A  N6 y3 R
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物; d  d6 U# N+ c; W% `$ ^4 C8 J
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主9 ]: W3 ^. b8 `+ z1 c( ~* K
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这0 b8 h  \- C6 D( F  n) Y
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一, Q8 U1 Z, o9 ~: ~" t# W  _( s
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等% P* [& [9 P' T" v/ c+ y
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其0 d: {! d4 {  F2 F
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
8 A) C2 |6 n& i6 E2 h' C( u6 o& R氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
$ t; d5 ~) N9 O: T3 x: {5 g1 y+ Q' |丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,2 m( r) M, {9 y, p$ G
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
1 h' v: x* _2 O/ ?$ d7 A2 c霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚4 q/ V# i9 g6 o' N* ]
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
) s$ {/ B( `, g$ G9 m& R一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。( }/ {! N& [6 s9 e! ]# W4 z
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
4 _- S5 n' [8 E. k2 H, K7 G) S9 X, H生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较7 K: N; X  J0 B: d3 [( K! H! ~
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
$ A- R: R; C8 s8 a* N渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
% A& ]( p7 R2 x' m7 d+ o  K8 X) P) b, q粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需8 d# ~' f' v+ E( m7 d
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
) \, w+ R% I) x  d种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸8 e2 W; ~. |* s9 t/ N6 I
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
2 C& b; `% @: Q& i高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
, c$ H' B+ ~* g; J% k8 O20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
( X- T5 o- S/ G4 V/ P% H氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
; j. h/ [) T4 ]4 y3 k% i# c% \氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
: G) p- @6 I5 W+ E/ b- ~) M& [. m) |铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于. o1 I5 D6 ]. `9 ?  @
30% 。
4 R9 E, s/ k, k; `一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法# K; p* ^: [2 T- M% H
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都2 C  M  W; z9 U3 |  m
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或% w" u% c0 g3 l- `  V2 R6 b
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
3 \1 Y' V& x' P- p* W和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备! x4 }# [$ k3 R! o, j1 ~4 d
复杂,成本高,一般使用较少。
4 i7 A& C( Y% B& k" R1.4.2 煤矸石
' l+ c( a, F$ d4 m( A( a煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃$ B3 @. ^/ F* l+ \
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧1 X+ {* R, m( c" w: H2 @
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原! i% x1 ?# d) P5 C0 V" P
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而. F) L% [, B$ S) h. {8 g# d5 Q
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
8 W3 E6 C6 a0 h+ v5 Z/ ~数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
4 g7 F/ I( z+ G/ C& j5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
1 h1 z; I& f! ?氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,: c2 W6 \; D5 }2 R' m. k7 g" P
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
: H  c2 I1 t  l  X* T' k  K& s经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小  `- X0 D( `3 `7 ~% }) \
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
8 t  y* R1 ]6 l5 @( I处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得" k" T4 ~( Y) E) a& D
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化' P2 E5 Q& G0 I* A5 q, f
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
9 D  @+ U0 S3 J9 S' H" V" @基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为, F* U2 M9 e. o* m, n0 ]4 ]1 X
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。5 r$ l' N) l5 Z
1.4.3 铝酸钙矿粉
, N/ b) R, V% b* B. h" i0 H$ d铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
4 \% [0 R6 E/ w煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
# h, D* |& R* T6 m% ~不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
; K, g5 D" F0 F* H* l(1)碱溶法7 X& \* D: F; z4 J# x: Q% ?
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
- d# D0 }8 s  i% B- ~液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后( |- G3 [8 y, d
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH$ v  K" g" _( O/ N* V$ v
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
- B: J5 d' `# Q6 v反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会6 W4 |5 f; m1 s2 r' v% x9 ^
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
$ _2 B6 t8 l1 T% t/ H' V' x1 y& G+ B加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
! V+ M$ }" b; ^7 l* R状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
! Q! A8 D8 @6 I) Z# n铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
2 L# C* h3 [  _& z3 V: e1 z& W生产成本较高[19]。9 h7 h: e3 ?- T3 S: J9 H
(2)酸溶法5 Q4 s5 f0 Z2 D2 n( U# e
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
8 K& j1 M$ @6 K9 O$ `) J; \5 L熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
& r  g9 ^  t, ~- a4 C! I/ J6 e, O+ n单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不3 R7 H" e, l+ r, m" v2 H: b" T
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
3 x5 w7 q9 ~5 S" {2 u3 y0 x不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,' p3 b, C) Q. l; ?6 Z: _5 |/ \( M
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
- C( u" ?- B, n4 {/ W# W氯化铝铁; i3 M8 @6 M, i9 v% Q" `
(3)两步法5 s" \% z+ q4 x6 u  ^3 A' {
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工/ h" J$ x/ M% B- @7 u7 z
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量: x. l* H! v0 l; {- f+ z
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是# c4 H6 T# Y  R/ m- D/ o
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
/ h( e) i& \5 m+ D! Y) I7 w这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
7 I" y9 Z% B, {2 I第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
9 s6 U! a* Z" b2 l# C4 A/ e- V铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回, D" a5 s. H# S- u  \
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
2 Z! @+ k6 Z" B+ {* N+ e, R+ x酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
; X$ |- a' c, p+ G1 P铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚& C' w6 h  Q/ F, Z0 ^, P( V
合氯化铝产品。0 ~9 R4 F  w8 C5 v# [" w- H
1.5 以粉煤灰为原料0 L) Q* K1 D% N& ~
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体. |4 q/ g$ q( L
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.1 D, s& `9 I4 ~) x
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通- |, N2 m2 D1 t2 C$ k4 m3 U  U
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
6 K% E$ }3 I# f* x, {: i高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有+ N- S4 B" v9 K+ y
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
+ F' n6 v3 e- z" o! @! x溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
0 a$ K3 S" J; d; c& I9 a用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
3 T1 n% }# ~& D9 p2 b+ `粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
* w% Q% f8 r/ a: H: t% D, q5 F铝产品,据称能耗低。
9 x  z6 Y: U0 E2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
" k1 l1 V; u7 @+ c解决建议
: i! ^6 N+ v  O4 H0 P) E! U8 E我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
0 n( u  m6 F3 ?3 e着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
: [4 l& \+ e& Z. E6 ]内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
. Q6 S: |2 [9 n4 D但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
" h3 W+ ~, C6 X  t佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
. o7 c. e- v( N1 j& R7 D* P8 J- a认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
: c: D: |; x( p# F3 t' }面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研) H6 I- B  M+ J
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
6 r. [- b6 r* |反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
# {5 O; ~! s% L3 r- N: z3 u硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
5 J7 \1 q7 Y7 d6 P5 n7 R. o; Q子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
" c: x# e9 V. A! u2 p入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在" Q+ J% F. _7 n  @( f
以下难点问题& h5 \7 ^' T' V3 {
2.1 产品纯度问题3 a$ T: V7 l" G$ p
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通: E: P+ r' M- a* Z' L& @
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
7 Q! y& j3 V  [$ p! V% O国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列) s2 G# Q2 o8 L( Z/ R+ M  R! i
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
4 j' G: M0 ?7 W8 V- F4 I7 P酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
: }& T& X+ g5 |- Y$ h9 X5 s品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
! j8 r- O7 u6 @! E# H9 ]铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
) N0 W% A/ W/ ]0 c% K$ c  u盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
; B. P. j* K7 K9 a% w求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝3 U, k* K) }. B8 y; ~) \8 u
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
1 V9 e: C! I  g
9 G4 W. w" J0 D. F( t+ m。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
- y0 U( O1 q" m/ m  Q+ v2 l广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
) B: c8 |+ C- Q/ K产品开发力度。
! Z5 O  y7 s/ P5 U0 M6 _2.2 不溶物的问题
/ p6 ]$ F0 w; _/ j1 d3 j国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了5 S8 y* N( _, J# e) ?% W
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而9 X$ o% n+ ~$ V) Q
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
8 v. E' ^4 a8 l1 w( A成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
. y1 M9 D. R; f应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低9 X' B# a) C1 @5 r2 s; O& I; s
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解0 s% A  @+ d$ i
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
# S/ b+ S+ G- c0 A( U2 Q果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择4 a! p  C- e9 ]9 h2 U, f: a
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
. n/ Z# S3 v8 @" y, B$ _% R自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积% d( E" O$ s& @
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
& i* u' _* H' o+ l, Q高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
8 f6 ?! q0 H8 H; f/ |通常会取得较好的效果。# K6 l' X) `% @2 J! B$ _2 h+ P2 K
2.3 盐基度问题1 Y+ f8 O' Y6 e4 P3 ?& V$ i
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可. J1 M. W# x+ K9 D1 ^/ a
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳, _8 ]' z1 [' x& H4 ^% l
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
3 f- J5 b- P* Z& _7 g  m* p* |虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和6 `( z( H, S8 w
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前9 c" G+ Z. y9 B0 H! v- X! Q
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
' P, E( y1 ^6 h0 B; R) {2.4 重金属等有害离子的去除问题# R2 j* ]0 b4 o! p3 K7 B+ h6 l
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以' H6 M4 }0 [  x" F, @- b& ?' s2 l
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
7 f: k5 ]% l1 ~  ?. o* W; g害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
* m& r4 x$ P" R7 d置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
" l3 |" U7 @% N: u# H3 P8 x2.5 盐酸投加量问题
% N+ c/ x" h$ \( i! }% Y6 Z! ~* M制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
1 K  n" Z" @7 c+ o. \* y业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
6 h8 q& b% h- l. _* t' ~本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
% n  M, O8 L( p9 ?1 ]3 X  I法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
. n) }# C3 P: I0 v4 E  o题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥% A2 k" u2 u9 C. i9 k* l. S
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
4 V- i* ?. f/ W( J" N通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
* I8 x" o* a% i( j) S' z低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
3 f) _/ B. X6 N/ m  F低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
- J! ?3 a& Y* C: J! c) U3 结语与展望
$ {/ Z: A: F+ G4 T* k聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
6 f' g7 x. E. I8 D品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水. O! R% @) ~  \! ~
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上; I5 e6 w0 O* Y* q
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝. O6 G9 I  W& l( u* T6 t
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
/ t% O! @$ v& M1 ~# T0 ^% ^品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来+ w& I# y, A6 E7 M# d( Q; J
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
" l! w- W& E5 N$ q& F7 j0 ^7 B用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
# p' \( e1 r7 A; v) O5 l" O( x  u此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、, x9 w: N+ }' x$ C
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用9 f$ W1 s/ H5 ?9 B# S
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业# D/ E0 g3 p* I0 V; O; y6 ^
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
% r/ O* G# A/ Q' o7 h. I应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
3 X9 n& Y) ?7 A  X3 `) Z) L聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,5 w- `! \4 w5 p0 P
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向( Z" Z" \4 ^2 C6 @' I9 I
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复! N6 w* I( y+ n/ u4 P- T3 u
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
1 c+ V- d6 ?; @" z2 W剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
% Z  f6 d2 W* s2 a围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
% j3 j  [7 @& k; a子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
  b9 f0 P6 D5 V/ g& m& RPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
# a9 ^2 Y9 @! x8 c利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产+ a  q( _6 i( @2 P9 P
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点
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1 m; D+ W+ Q/ y/ u6 T$ \2 G0 `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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