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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
) ^0 l! T$ I3 _) S1 v2 h* h; ?# I(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092): V6 K, Q, j9 J. a9 y
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固' k$ i7 K& [/ k5 X% L
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处. B' |2 h; |% y: J. T( ?  m
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
1 ]" x7 Z  ^7 Q( i, p- y水、生活污水和工业废斜管填料中。% l4 M* i1 \+ O  A% d/ _. q- x4 Y
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮& B8 A- i' d- K& C" E* R
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
# F' q2 G( h$ m  J: V& I投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量9 t3 D5 J  E8 p) v. [4 o
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉' ]2 p( D6 R% C: z; m& }- l
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH5 j* P* ]! A9 L4 h. P! x' d
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
( c( W, K9 s2 b3 K从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研5 h: y1 Y, o9 l5 [
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到2 [8 s7 x6 i. W4 e1 K
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角4 n9 h: f. W+ [/ i# X  k
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
# a, f  m7 c$ j* j; I* Z和探讨" H" P( ]0 r7 ?/ u" r
1 聚合氯化铝的制备技术4 B! S4 \4 @# f9 T
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料  p8 Q( p8 N7 r5 G' {7 `* _
1.1.1 酸溶一步法$ n4 K7 y3 O3 i& m- ^7 y( `9 |
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
. K7 l% b& i: Z! I* ]  B在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.& F$ o5 w- H& q4 ^/ u6 i
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
5 o: G" b9 J' c1 r放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
: P' _& u( q4 b0 j  @+ t: c水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
0 W4 q& `$ ~% `! k: S出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至- h1 L; W1 }+ u; x. o
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
3 E+ h* F6 [. N6 N/ k* D至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
- X& i2 `1 i6 X6 X简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
" D% i3 E5 z: |  j! d较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
: O% Q# {5 y2 u备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重8 E3 s% r0 B  E6 I) g* a4 G
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?4 e1 u% }/ x+ _, \# j! R3 n
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
  u7 a* {/ X( I  r' o! P/ t出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
1 k2 [3 {) g: ?  P9 O合氯化铝标准溶液。1 N! a/ V/ t7 I# |& T8 N
1.1.2 碱溶法
3 N- I% B1 J' B+ J1 h' s( w8 f先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
5 A. ]9 \; e: D9 y0 S' ]6 o' Y用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
# e* j- A% A7 t的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠; f3 H  Q$ W" L9 U& E3 y  B" q* I
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
3 ~) L5 U# Q: {& h/ ~  d化生产成本较大
9 s3 b& c- B. H( M1.1.3 中和法1 F, C. v) q# I$ a7 P! g
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
" V- C  L! \1 a; v9 `制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即$ U, G1 E. i" ?( C9 W8 Q
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶3 ]9 V4 `: ~# l! C) {
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与& K& g! Z8 @( s: J- M$ ]4 f4 d
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
. x/ ?% F( s/ ]! [5 G用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再  X7 t. p/ F1 C3 O+ i7 ^$ F7 \: m
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得; h7 n; B7 ?: S0 |% Y! s  l
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据" I$ l& C' `; D: S7 L
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。3 i0 p. j0 h, {) {) v% c" }+ N
1.1.4 原电池法
+ I# c0 {& e2 p/ B  i' i该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
6 g8 I- G. r, N化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆0 E/ \2 A! p" V
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
, R  M- W! X/ ]9 y: t1 n6 K& t筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
7 q* F, l# q5 ]行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产4 y$ s* {" ]: @
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅3 S" a3 b& d6 n( B( A
拌,大大节约能耗 ]。9 Z( E" i2 h  S% l2 O
1.2 以氢氧化铝为原料& q, x- R2 m# `1 u. `
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的2 b" R2 ]6 v( p
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
) v1 {+ D# U# b; H$ g) b7 ?# U$ Y  ^该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
+ w1 l8 `1 t4 }1 b遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故8 M/ h) O! I: @% q. v
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
. D5 j# K5 Q& b不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多! s1 _( x) |" W7 @3 L1 K9 \2 `1 Q
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸- l9 ]5 }6 W& Q% F8 U
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂; f# f7 y# G: @/ H9 U
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制% H/ V8 B5 }; x: s
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝+ _  L9 y, C! y: z
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
, E: r8 I+ X8 M/ O4 S; ^/ H  r化铝。
: ~* I" I" s0 ]) S1 [+ f7 Y$ I# m. r. D% V1.3 以氯化铝为原料% z$ i2 v6 H4 t
1.3.1 沸腾热解法
% z8 }3 ]* [) B8 d$ f$ b( E用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出+ A/ Q1 W- Q1 r, b0 m
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
3 _9 o- w) g; x8 F; d搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
9 z/ f3 n/ I9 e合氯化铝固体产品。
2 G7 N$ S6 F- A' M1.3.2 加碱法
9 I* @, f/ {1 @6 m  @先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
/ n& L1 R6 G1 b强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,. ^3 N7 B5 T) m: q9 i
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产! p$ n" I7 N! U: z8 |: C. ~
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产& f) L4 `# J7 g9 ?
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等6 q' c+ [) f3 p+ ?) h4 Q. p! j; F& t
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/  ]" c  g: q2 C5 b7 B& [
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
; l+ W1 e2 j: i  Y3 c道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
' X* b6 L7 G5 O/ Y+ Y( g5 {: vAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
" Z6 @% M) N: x+ g量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐( z! R( m0 u, w% I: N  B8 h
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘: t3 c$ F& N! e# f
量也不高。* F0 k5 J- u  G) j+ q* R- M& s$ x! Y
1.3.3 电解法. d1 ^  q7 L0 V( |5 ~
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以6 q5 L' {( R( ?  n& L1 I
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
0 q' c) N4 W2 U低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
: H2 G: L& [3 K等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
+ U1 h6 e4 D* [% H2 P% n' o氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何* K7 Y8 e! a. C& O# k: v7 }5 _
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且3 G* F2 d* k& r) [' T) \0 p' @  p% \
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
/ F( A, q7 n# [! Z/ }& L$ p倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
/ T9 v: w4 }6 o- p: [过程中的极化现象。3 [+ I* H" j! f; N, w3 u9 Q
1.3.4 电渗析法
3 d- k1 q" c3 X) g路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
- f( {' s% V3 G- `. s6 [: u5 `液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
2 S9 W3 ?( O3 S4 m2 b板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
& ^. H  }! O% W: A  ]" y0 p3 p室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。" j0 b5 c8 i- f- T5 [9 P" e6 n  i) T
1.3.5 膜法
1 I. H' Z  v& ^) t) a  W该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
+ b; y7 R8 ?/ S7 h0 M& q化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
- ]7 [  I' L* ^2 x5 a1 ]" g, |通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
* }; L9 T  ?$ K8 OAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
: u' j2 t' M# |" H1 _制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
5 L1 \3 m# s( J( F4 y! X) t* z" B以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化4 }6 d% U! t* n/ ]' `) V+ T
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。! a: R. B; x* p# e  z
1.4 以含铝矿物为原料% r7 v! `5 ?) X& u" ~, m2 X
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物; A; c' r1 ^. p5 r  J) f* h' H
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主4 v2 v" A# B' W2 H
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
, p$ a% d( W/ {) [& a* a几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一* a9 Y7 U% D, u" O  p
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等2 g; D$ A+ e1 p4 S
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
: I5 b* K# M4 L4 F9 O- H分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二' S7 o, q5 |  f; V1 L  [, A
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
: j, C7 _8 B7 j: x; [( O丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
3 U3 ]' Z, X/ a" S& `+ L5 y可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。+ l; F" ?* E* ~8 t; P
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚6 ^' _# B4 W- n* a& l; ?/ e5 y( U
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物. }3 b$ Y+ x9 P: @
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
( x- b- C$ [8 v酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
3 P8 {% p. V+ E9 J  F生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
/ @1 e+ }" ]) z1 a0 C1 c大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残9 L8 B" z8 K8 \6 F
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
% L/ V. @$ ^/ g; |粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
7 ]" L' ~9 I8 P8 ^- M对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石0 h" h( h! W8 x8 K: c
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸8 X: j. I: Y1 C$ Q$ D( l" Q3 C
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
9 d5 C/ Z+ U* Q高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
  G6 C5 c) a* c4 Q  m! y- @- h# A20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
4 F" X( ^, \9 U# ^: t+ c! L氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,) Y3 ~2 t3 N1 k2 ^
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝2 {( h7 f! t& y: G2 E3 z
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于8 v; K, ^* g) a9 i2 {
30% 。. J% `5 o/ G1 X/ H
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
- u0 _& G- x9 L* v制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
/ n9 T& `4 ]3 d4 }, ^需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
+ }- O8 L) e; ^! I' X" S" p其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
( v" U" j/ W! @# M9 t& ^- ~和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备2 f  R+ p$ {8 k) j+ y4 c) A! g
复杂,成本高,一般使用较少。8 ]1 b7 _3 S/ @8 h0 I
1.4.2 煤矸石
' |" j9 ~$ [; j- p7 q煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
/ D* ^8 j. F0 S6 C  _, Q2 H, y/ ^5 |物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧9 {7 P! q. o+ v/ o  \: R# S4 A
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原: ]* ^9 t+ k/ Y9 A! \8 t" i
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而) R9 D. ^8 X, ~8 ^
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
& m8 w2 d* Q! {$ z数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和! f* E' \* X( f" |
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合6 L& F. Z: q( |: w) e7 w' t& }
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
# r  a: J- B6 ?. x9 a# i2 V已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石8 V  t" u5 j! ~( j& ~
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
* g* E9 C+ U8 e& C) G  Z- T时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
* x$ }! D  C+ T- F处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
, t/ r) ?5 h& P, r+ Z结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化0 z* w6 p9 V: R6 L6 R8 y
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
% R* @8 k: f5 f& q  U) h) A) Q基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
9 a; |0 z/ g- O$ h" p原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。/ @$ m* ~' V5 j: c6 C: Q8 A$ _
1.4.3 铝酸钙矿粉8 C' p9 P4 D: T/ Z* A! z  o
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
  \* e  j& {. B4 I1 A+ j, k' h煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的  P( y- ^+ m6 u1 \- U" z5 ?7 p
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
2 l/ k6 O/ q0 @$ F  P(1)碱溶法
7 \; s& R/ q. A4 o用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶/ W8 y2 x# C6 W1 s
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后; K5 ]* v9 k( y' L7 N
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH- y  f8 C9 u$ E) \0 Y6 `7 ~- A/ i- e1 [
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止+ R3 p0 s) G  y: F: c# {& T
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
! t1 v$ l, v* P2 E形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中1 G$ a2 Z. t+ q
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠! e5 I$ T; F" A* C/ z
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化. k$ }# u6 y( B) P' W1 M9 `* Y
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但1 w3 K$ p' k6 o( g$ z7 [1 |' X
生产成本较高[19]。
+ a9 Z, g: Z% b& Y- x(2)酸溶法) ]) N9 U2 K0 h9 b+ X$ [& b! y
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并7 m$ c6 i% c+ l3 P6 J
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
$ b! y* }$ a: d5 z4 H单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
  M# U8 t, [0 p, W; R溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常4 C4 V8 s, T# f
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,4 M  F( H9 [- t8 s  G9 b/ J7 I
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
9 V& a  u4 s+ p! q氯化铝铁
/ b" a5 F- d. V+ m% t# o9 _(3)两步法! ~# H7 z; ~- E9 N4 r( R
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
! X4 d1 Q9 D! D6 |艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
+ p6 O  u0 g3 p- t2 V比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
. \7 r+ u7 p. c7 L; w1 g把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。! \0 e+ R( a& S% B; Y5 X9 \6 J7 j
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
. H6 t0 Q1 m; x! d' z第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
" L& W) c  F& r$ a铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回3 O) m4 k9 b) G# R) W0 _
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝5 F& P+ E6 \9 }! _  d
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化2 ^4 y: S; g0 h  ^+ H' x# s
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
& o! n  j7 P$ h& Y3 L合氯化铝产品。+ h- y# O2 ]; W) R' H% _# t. x# z
1.5 以粉煤灰为原料/ c- }) W2 g4 e) V8 D1 a( J
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体: [4 g  E( j8 l% B( O, |. u5 l
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.* }- F' `! B. |' C) p
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通1 a5 ~5 b2 J; C5 y6 I& b
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
% h/ W$ M! s6 J% b/ l2 _高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有; d# `/ H  C7 K, p0 E* z6 w
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸0 `7 g" W1 G. j' t- F& g
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再* x. I% \9 d# Y% m
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
  L6 I3 D8 q" H/ d粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
& g+ _& h( W4 A- q- a- o: w" }铝产品,据称能耗低。" k' t' m6 b: d- s" J0 Y+ M$ D% [
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及7 N% H& [% i- j. N7 h
解决建议
  r& d/ v1 C3 k- e我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
  _, z" z3 i6 I2 A7 f着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
: u0 O4 e- T2 h) w+ q内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,& M# {0 @$ w. W  c  N$ ?- R# K
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最, H; H4 _$ H* ^4 u/ M9 G0 O$ G4 e
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
7 L2 L" r; X2 v) D( Z2 ^* V认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
  M* a+ p7 |9 l) Q8 U% f% J4 ~面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
4 j1 c8 ]& X. M# L究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度' J$ M/ n4 j9 {$ X
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
6 D- v# h) A# F) D5 M5 T0 a" `) Q硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
# K, q+ q; x7 X7 l1 |# g' X0 h& T9 G子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
( h' p; z) o: T# B1 B& J入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
6 \3 }9 E7 J2 @% U# U( Y以下难点问题
/ V! @7 ]; [$ t6 K2.1 产品纯度问题2 |9 T$ c; W; ]& o, R
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通% O' A  S3 W  |2 p( k; A. r
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我- V3 Z$ ^' O! B, D
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
. [; P1 |' y2 t* e; w产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝; Q; F- }8 o5 Q
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产2 k9 Z" h8 ^+ {# Z' K1 A% i
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化1 d  H& [& ]4 p7 ~
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝8 a6 Y* @' p; \/ Y. u
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
$ A& D( a8 f' O7 e6 N* r9 J/ }, L2 R求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
% t' h; S9 D5 K8 J5 p产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之7 x4 e+ x! G7 @$ W& d/ T, O
. j5 W( S! ~- Q( j- Q
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
! n: k0 ]  ?* e4 U7 [1 d. `9 a广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
6 E. t; R/ w5 Y  D5 a产品开发力度。: d6 z& Q& q0 _' A9 [3 Q" [- A/ m
2.2 不溶物的问题; r& K- g; a! S3 T3 U+ W
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了, j  K. I9 m+ o; M$ `. e
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
! q2 O& r9 U8 N3 Y矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
0 F! I8 K; o% C+ ?+ k成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
; V( r& {7 g. x应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
6 L- B9 K, j7 @7 s$ u不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
$ N, f+ |# }) f9 Z1 W决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
* R8 b: W1 O8 d9 e果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
: a4 H# Q5 q' ?) I' Y也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①/ l. `/ \7 g9 Z0 g: E( L
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积* B; |( K/ f+ a
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
) a; l5 t* q# Q% T1 M) t! P3 w高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,* w" B3 h( R6 X7 g3 i& r5 j3 ]2 S
通常会取得较好的效果。4 s% H- l8 K3 e+ u& _* {
2.3 盐基度问题
" O. R: b# ^4 r2 h+ j, s* G盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可+ N( m, \3 J& H) K# m" ]+ l
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳+ a" R( d' Z2 }% ~; O5 Z" o) {
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
9 @. c- j+ r" H. q8 A+ w6 I( L虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和+ Q7 s. s- d2 E3 s
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
! }1 z: N: w. h( W' g+ D国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。8 u' @2 L! r" g2 i% L
2.4 重金属等有害离子的去除问题  `/ K$ n: J4 f" j1 b
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
3 y: |" W% h& X在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
- Z% u. b& d. t0 g1 j害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
! t1 ^9 c& j: A! X# O& d置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
( f; |$ c. E: a" g- D6 S0 k1 ^2.5 盐酸投加量问题# ^! Y9 x, n" \& d
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
$ u4 w8 |! ?" @4 x$ ?* Y7 G. A0 p业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
% J6 G; d. c3 ]( D4 M本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
0 V  R" z9 p: m* C' \; k# p/ a法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
4 L' k3 Y- h: C: _$ q题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥0 s  y$ ^8 O9 s
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
6 i9 h! o0 D/ k# Y" ?通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
5 j+ @% N( t  B- B# g低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
: `/ B5 d' n" e+ N- J. b低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
* r. h, B; ~9 y* G& a" S3 结语与展望
2 t2 O6 o* J) N6 B聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产# j: a. N. F( D; Y
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水* V/ `4 D( a- p% t9 b- X
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上. r4 o/ T% x: _& P5 V
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝* \1 k& P) ]) X' q0 ]6 s
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产0 \1 d, B3 s4 v# u" b% L  m
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
& a# q7 p! D' J7 V& m5 o由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利& J% X/ f6 d3 t$ x$ q0 ]3 a
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
# p2 P0 p* T  f) |, g" [, u# v此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、! {! R' ]3 j( j/ B
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用% v* m1 H- `0 N: z" a  P0 p! Y) }
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业5 y3 Y. }; T4 R) T: i4 t2 ?2 ?3 h
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
8 h. N- C& \! S5 o0 l$ Z应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
3 l, r4 O% O) y1 Y( S聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
( q( P" t: h# a: n; @: M% p' Y1 r是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向* h: s1 t; v, V- a0 S/ \
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
+ V( K) O7 n& P配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
& p/ w! ^/ L: q6 X% N2 i9 K( ?; U剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
! S6 R5 y  O. S, i5 n. d9 M围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离& b6 ^' Q6 Z8 T8 j" W
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内% r$ D4 y! T7 t3 N3 g/ V( _6 y
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
  Z6 z& H0 J4 r4 ]利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
9 x. l* t# H8 l% ^4 y. ^' e工艺,必将成为今后工业生产研究的热点( h. S* A: A1 K6 g$ H: e: S% }
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7 b' ]% W% x: A' D! z  u4 ?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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