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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
  n% V7 S+ `3 n- C; ]4 ^(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)! W, N' ~! T. K$ S; K
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
- C+ {. r( t; J% K+ B% `液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处5 r* i3 b: ^1 T7 N+ V/ x
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
$ B+ e5 W% I* z0 p8 x8 x# {  ?水、生活污水和工业废斜管填料中。
+ v4 m5 m& k! E4 U, |聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮% M, C, r- `3 z/ B8 R2 n' \3 d9 ?
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代1 E% h; v% q- d. @# @. W
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量  L( e2 L; V* F( A
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
, s7 Q- i% ^& ]2 w* ]+ e: ~- D0 ]淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH7 f, {# W5 q* M
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
4 G- Y0 j) |- |4 [0 b: C* z从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研# @2 Y1 V9 D. ]- W$ K8 _
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到* S  |: L; ~  w# E: w
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
+ [, G# o! J& z# D度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述" x( b/ D! M' u0 ~$ {
和探讨
% X  c1 i4 u* }- U4 R1 聚合氯化铝的制备技术0 g  M% b, q2 `4 F- \
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
5 u1 B9 R/ {/ Y; x/ V" ]1.1.1 酸溶一步法
8 R/ q/ k  e4 D1 O1 I: U) I+ _将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,& m8 Z, f6 D0 c9 H2 x
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
9 `5 U  W! o1 Y# |$ G$ c  Z4 t- @放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
& _8 B+ Q( H9 c, A放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
$ E% u" K  A  _& [! G水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放" ]# |8 K1 F" A0 U
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
1 _# b. x# y# b7 C不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度& I% ?, C3 y1 X7 f5 u
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
$ ~- F$ t, t8 J简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量6 ~2 z! q, W/ U
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设* I( L4 z. B. I" g- p- G4 p
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重9 `: h2 G$ X. s" f/ {% H9 m
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?" ?, b0 |6 z" K" e& p
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
1 T$ ^5 z. {9 w4 r$ u出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚- U3 \. q  T8 q
合氯化铝标准溶液。6 N" D( T3 A; P' I% k/ L
1.1.2 碱溶法2 B9 q7 ~( C- R" l" ]/ N* t
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
8 R7 u5 B7 {9 F用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
. V/ r, D/ w4 p2 t的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
7 ^, I1 z4 C) N含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业( F7 G) t' h6 u# @( T/ x
化生产成本较大
6 j; d0 Z6 P+ }1 f1.1.3 中和法
% |3 L% j4 H( n8 ~" I该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别5 {; m5 R0 L# l
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
% N. E6 M" q8 a1 d! T制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
# `/ o  {5 U' G物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与) v  i! d* O1 }3 v5 V+ T
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分! r! Z# M3 y" X) o% ?
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
1 Q& r5 U8 i* E& @" D5 v( S把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得% v* X0 l& w  v, C3 D7 O
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
( U9 E. j8 Z9 X! H& b称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。6 Z1 ^9 c" m; \
1.1.4 原电池法1 e8 f- s8 i0 z
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电: Y8 F( j* P# Q' o! B
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
. T- i4 @- m7 t9 d2 w桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属% M% Y# J0 t: t& k, ?
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
; L' \  k* b5 m& f* h# P, C9 a行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
5 f/ A- S/ \6 S  J% J' x% k; _生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
; h$ B, I# }; g拌,大大节约能耗 ]。* e( y' M; ?! d/ D8 e
1.2 以氢氧化铝为原料
4 [" w% c% Z( a将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
: v! c- f% Q3 k; @温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。0 K6 Y$ d$ v  {0 I4 _: x" V; }7 @
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普& I3 e+ l/ [, w  z% z. q1 n0 G/ M
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
1 s( O1 W( T' R酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
# {& S5 g  m* e1 n& m0 V2 i9 s0 s- K不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
7 Q4 R' k7 U) z* |% p) f提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸! u2 u9 }& l: u- t: J
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
0 C5 L. A* O1 U6 K( e8 s质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
1 U/ \0 t$ V7 |2 O得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
6 k- H: _, m* N8 V酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
: U9 y5 x- i& n: h5 b2 {, c化铝。
0 h# @: f+ p* E% V. R! p1.3 以氯化铝为原料
" a5 Z- ^: U9 Z' ~1.3.1 沸腾热解法. d& E$ k4 }/ L
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
6 [5 d5 W- e6 x9 R# b8 b# A+ Q" h氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
* d3 f& ^( |" a( y& N% ^# A# l搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚& @' B7 u! b" s
合氯化铝固体产品。
) D" ?) H. I- @6 ?' q5 L  W1.3.2 加碱法1 z' r6 t; H2 i9 D
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
* W( ~+ r. i2 t9 R, Z% G强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
6 `: G% v- |; ^, ]& m反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
: |. S$ ]% I' J6 [3 X) U& Z品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
* }+ X2 h8 d2 S7 b3 {品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
( _( j2 E6 i, w) L5 T1 j4 j" D通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/' {: T2 [0 _6 D
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
7 ^8 E, x3 a. ^$ n道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
* D" m! W5 x& U. mAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质: G# h' a9 N! x. @
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
. P- K1 q7 ^* m  a滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
* o* x/ q) P) o# A量也不高。, O+ D# k+ g* k$ U4 e% l7 z: P
1.3.3 电解法- E3 s9 y/ P& a
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以+ z% l, Q2 S* V. r/ k+ E
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
9 m* _4 y# d3 U) D- N" H- ?低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉, g8 o. f  G6 t& M$ d8 B
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合+ o7 f6 b* m& K& J! _
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何+ l, |6 R3 j& d
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且! n; a  L* t2 T: [& K0 }0 Y+ Z% M
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的6 _$ C' R2 L) M& I. M& g
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解; ?- A3 k5 W# S% K
过程中的极化现象。
& I' I. e) L: ~. O' y( }0 z1.3.4 电渗析法
0 O8 ^& I/ V+ s& n0 O% [6 o9 }: y路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
; Z: Y( u1 o, Q  h. N( i; |$ j9 k液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁; o1 d, A8 s4 ^) V9 x
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
- K) ^" Z8 N- S: B: n4 o6 g/ Q室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
( \) m0 o* j) J/ H1.3.5 膜法
2 f$ t6 k+ S8 k3 l1 i, e4 T该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯/ p# B* e: t$ _8 E/ }3 |5 s
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
6 F% h% U* `& Q: J通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得- d! y8 J4 F! p& C
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
: m$ q9 t- |* ?, R. b制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%0 r/ S1 E! Z- z! D6 E* v  w
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
' A% M6 f" p, E5 }( j铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
, ~" K/ k4 C! Y& r9 s) M1.4 以含铝矿物为原料
4 q! o" K* x& f* M" }1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
4 y. [" H: P: K* n铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主' Z' S! G4 M% g! h0 g: r, U+ a- L1 l
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
8 z" H0 d& b4 I3 R几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
" k' |4 N7 B9 }6 Y. ^8 N, e般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等% |  l- W6 Z$ v8 c' M, G  o. ^; a
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其' Z, q2 f3 V8 N' D) N
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二8 H2 q$ i4 W( N  [8 b. W
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
# l7 ]; I- U1 `1 z, W+ q丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,4 J& W# M2 }1 A, N
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。1 ?* p' B* m& Q
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
4 D4 [% Y/ J: O1 ~7 Y( ]氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
3 C- W  T3 t' y* M, O一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。& `3 P( K7 O6 }2 d: z
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
+ T2 n9 M( r) y: |- H生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较3 m7 `! s# T/ k/ y2 E
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
4 B( d6 s* {, T; E8 j# N渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
' N6 I: O$ C8 d% @& |( V6 J1 w  L粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需( n7 u% s' \# G# F
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
0 J& C  ?- e2 d! m& e0 s种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸! b( ?& ?( s& @: p5 j# K
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越. R' q" u( G9 u- V3 }
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
8 w9 D, L6 T% n& B20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
/ x! Y0 Y. l/ J' X5 m氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,( d" o) R1 _# u3 X) D6 J
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
1 _9 y* ~! V/ X铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
) c& w1 f7 y& A# N$ u7 F2 X30% 。
, W' T* P% s- A& s* C  l; i一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法; x; `- x* ?0 {" r0 E
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
% F% O# r; P3 F- B需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
1 m' v9 l! x: b  K+ e" p& R其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠  @5 ]. l$ K) _; A
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备( i: d, r* t# x2 S1 b; [& ?
复杂,成本高,一般使用较少。# z0 `8 q# M/ {. z4 L2 j
1.4.2 煤矸石
- c) i; d+ b' r* |煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃) g- F- Y/ [( X9 y" {% @
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
5 J+ Z: D, T2 n增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
% _6 `" i) i: Y; d, ^! Z2 J料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
7 O( x. O! Y' g; a% S且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
' r* T7 l2 X2 F0 L数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
3 E, ^) r2 l, h' v4 S" ]) Q5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
' \: R4 f! n4 f6 U, [' Q/ \氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
9 w3 F7 [7 S* ?+ e$ ^8 o已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
) d$ t0 B/ R0 ~* y+ [0 p" @4 O经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
( N9 n. R. D5 J1 S% g时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
. c9 {: D# l* w" f( _处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
  B5 a* ?- Q0 d$ a2 c9 J结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化" i' j" O' ]0 c$ d
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
3 Y7 f6 X# l8 _9 D, p* V# g基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为& E! }, g/ n' Z% ]2 z
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。7 T/ {7 H6 R. D$ X/ o  A
1.4.3 铝酸钙矿粉# k9 \! t, h4 D* N4 H- I" C
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温$ Z8 |- a/ A+ Y4 M
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的$ c/ e) z, }, G! j! B0 n) Z: E5 y
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
: a7 o* b$ n# h% k5 d2 E(1)碱溶法
- E7 J- A% |' v  m- l6 o用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
+ U2 p3 Q* L% ^9 r$ G液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
6 b/ F$ Q, r: C: ~! O+ m. X在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
+ J: c0 W1 V& H  M值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止# p1 D2 {1 h6 W
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会: J/ w6 l; O0 H3 a
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中  w, [( m! C: \
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠$ a1 Z+ `, \" \, F
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
9 Q* R: ]* [3 r% N7 g铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
: a) q2 L2 ^. `$ }* G- ?生产成本较高[19]。; B6 U, n( |0 ~2 X7 \) I; ]% ^
(2)酸溶法9 q- y: m# @8 H2 {7 D
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
  W" q: g7 ]1 f( X- X1 K  Z. s5 X熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
2 i! R- y6 Z9 v8 v+ W$ S4 i单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
4 c1 j8 j7 E: e6 d3 w溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常( H8 u6 V% b0 a$ i1 e
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
, i' y' q% J9 I/ t铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
' a1 F' V9 R( I氯化铝铁, \( l- E& N$ v6 d4 A: h
(3)两步法
+ ~4 {, B" t! E* F$ d这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
: h  u5 Q! k- A4 M' b6 h艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量; [2 |& t& H8 U5 m4 h; ^; D
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是4 s2 H) T/ V- S9 c4 b6 v# P
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。9 V/ z5 M% W* e; f. _
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
5 n# W) I: [2 ]8 v. B2 Y" X! W第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
" u  i& [+ O/ O: Y1 @2 b铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回7 K  k6 s( F- h( K1 R3 X0 N6 h
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
4 X/ w# [" |: y" M' }酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
% J% Q( p2 z; {. J# Z6 M铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
0 ^  V3 J9 D, H' O4 W5 Y合氯化铝产品。$ W1 F7 C% ^; ?% f- U$ Y' W
1.5 以粉煤灰为原料
7 F# Z# M9 O6 C, P! N1 U, B6 Z# ^粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
; C9 _# U- C6 a2 v9 O+ M废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
* l3 y5 e) u2 ]6 g活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通  ?! N& k  S, d5 H9 Y7 C9 L
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
  R' _8 ?+ p& {/ J高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有6 W( x' D+ S8 i5 [3 q: A
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸+ d' v" z/ D2 P2 Z
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再# b# y/ T3 u0 p. H$ T9 \- ?
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
+ F+ ^3 K4 v  @/ _: M" H1 Y粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
- ^0 B. V9 X4 E* G4 E9 g* A7 _铝产品,据称能耗低。
+ _' [: q6 X6 u& S1 N2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
- Q5 _* V( I3 \/ c. \* `% D6 ?解决建议
0 ?! e3 I# H: v  j我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
4 f1 ?6 Z' O3 e, q) R. k$ |着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
7 q; p( v+ L+ ?- \1 J1 R内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,: i( f6 J0 y' P2 c& B
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
( x5 y! E* S: Z佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
9 D, ^  h- I% F  Q3 {认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方" Z  ?9 }2 j' L( L8 M
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
8 U; ~; \& a# P3 v究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度5 }1 \& ~7 P0 R" N, R9 g$ c
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、. v0 _- Z$ a* H2 n
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
/ [& O+ k' a4 h& ~$ f$ B子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
6 S4 ~, l+ E, p! F" V入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在6 ?# V4 U; K. J2 i4 g
以下难点问题
; C* ]$ f% N/ i2.1 产品纯度问题
. L8 _1 t6 Z0 g5 ^氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
( i# M# d" B! p$ ~- ~常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我+ O: F) w) ?" E& x3 n
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列6 T1 G5 t' F# |) ]
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
0 N7 l6 E6 ~& d" \& B- g酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
! p- J" [# e% I+ \5 l# Z9 s品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化$ ]- y+ M+ m5 j: S; P* A7 x
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
7 F1 K) R- K0 ]+ l盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
3 u: K* c  d# E: ]- D3 N求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝2 n( z4 F; E/ W
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
+ v/ r6 }! {! L- m& s6 G& a' q' S4 K) F6 }# e- X  q
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
) J! U) J& q/ P4 h% t( N广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
+ `. d7 k' P3 p' i产品开发力度。
5 e1 @# d9 A) u2.2 不溶物的问题, }* f& ]" p: ?. C
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
0 @8 I2 }3 O  ~9 m明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
3 C" w/ Q3 T  F矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加0 N& L8 |1 R) ^2 ?& c; G5 f- S/ e
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
8 P. m3 m; A$ q1 ~( c: Y应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低2 O" Q3 V8 F. ~# A8 T. e+ {( @3 Q$ r
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解' v& d3 C: V3 c' h+ @
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效! n) ?: g% \! a
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择0 z; z+ K" h7 i* Q
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①2 {6 g+ Z# |! V
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
0 h+ Z* X8 P+ C小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗3 X& v) H6 m1 j1 D/ e
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,4 a: c' S" k' R8 Q
通常会取得较好的效果。
2 ?& \, D4 t) X# o' }2.3 盐基度问题
% k9 g' m- h) c+ s/ r/ P  n盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可4 s5 V& x8 E: p: n
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
0 b. F, l8 l+ b" U酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
0 u1 e8 J& O) `0 O虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
5 e' D$ C7 z( C* m铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
6 K+ J) Z% h1 ~8 v) R, c国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
7 a. z1 {+ U# z! y' v" \4 g6 O2.4 重金属等有害离子的去除问题$ B1 m  f6 T- ?$ ], q
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以5 S, m: R& R, E: X1 Z
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有8 y' ^# N- I( b. |) }
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
. |8 l- C* x" ~1 d3 W- I; r; j( N置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
* A% U+ I: [* A/ @& R, O0 m' J2.5 盐酸投加量问题, y, ^4 ?0 u# s& G$ f
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
, M3 v3 @; T7 B- e3 c业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
: n' W$ _+ J* H: ]' U- A  h+ |本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
1 q7 h& z$ I# H法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
) e1 a9 I% l' u! Q3 G题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥- U9 A$ p# a0 X1 l9 Y3 T
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数, o  t. m% V3 `/ `3 [1 Q$ @! H. A
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率' {: H# W5 S! l& ]# W: P; a; G
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度- }0 M1 `( z1 V: Q' L  H
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
- ]* a. \5 h! M. h- ]3 结语与展望8 T9 n( r# }7 k2 p) _0 A
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产" s7 N0 _& \: G( S5 i, r% L
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
& V' V7 r$ }) l/ c  i8 U处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上/ P# o+ P1 H7 E& y$ B% Q
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝: X+ s1 U$ J- i* d- T
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产+ U  k# v  k$ E: c
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
4 S; G  k7 A8 D由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
7 K& N: [7 X$ f用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用7 u  J& d6 X+ D+ H
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
2 E0 S1 t  h9 c8 D& q0 D* G氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用* C( ?8 [. f/ L) w3 @7 a5 Q( S
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
2 K  _# T, K" A5 P生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究* S! M4 N5 i- S
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
  V! c- I2 w5 s& Z+ @聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,: W  ]$ I- K; {& x# ^  V) w
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向  ^, y" }7 U( A3 G5 W
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复8 t- j5 w, x# ~' R. M
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
% E  e: P- j8 B0 a! w0 r剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范: }3 g5 [. U, @: Z1 [5 |/ L
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离' E" J  m8 x' R$ h3 s
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
! ^: q& Z; g* N/ OPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料; Q: J4 f0 `; [/ p* \2 b
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
) L  Y, a: i" X0 o7 Z' [! v$ s工艺,必将成为今后工业生产研究的热点
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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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