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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+ F+ w  b' f0 ?7 A3 `4 r  ~+ o5 L: |(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
: L6 H5 H. r1 {( \在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固( D7 O- z: f  ], Z  i/ @' E: h& N& g
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处5 a! f- r# A: P6 _8 w; @' M, k1 Y
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
" l- N, H1 `( ^8 X水、生活污水和工业废斜管填料中。- }. h3 O1 v: K+ m7 b3 `: R
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
# ?5 V: H" j5 W凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代. [/ Z7 i4 V2 i: p4 S
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
* d. \6 `' W5 t, S6 p* P最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
$ j  j' v* Q9 N; d淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
. l* X- F2 U9 c- i值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国. M2 b" |/ V; c9 h* ^
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
1 G5 g6 r8 S# N' ~/ l) j1 B4 y% q发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到: _6 X! n& O$ s0 b* r
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角# E1 Y( C; ?' g4 i: G# i
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
* N! g, Z. A1 G3 {2 x和探讨, @+ @5 d( j9 G* f$ {) T3 L, [$ ^
1 聚合氯化铝的制备技术- S1 f: w# G/ _4 e8 K
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
$ P  L2 Z4 h' d0 q7 C) D4 d0 q1.1.1 酸溶一步法
5 y/ |  n7 M; Q# }0 s4 @* B$ w6 {将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
. N, S. I0 v8 Y, k& o1 h, t在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
. k1 D" x/ U! q6 m5 k  \7 D放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为9 S  Y4 ?1 B& M- t
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
! j3 F4 u% y7 B水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放1 \* Z3 o0 |% d# F
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
8 _' S8 c- O* F2 f不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
- r. i; B. O; ]1 R9 x- h至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
  ?: p) t; ?( O2 a简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
. H$ N; J/ f! x* f较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设+ P/ Q+ k% s: o( L8 s5 H* V
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
9 L+ E1 X1 s' u5 C& z! c6 h; P金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?" N  l1 V( H5 W
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
$ j% I4 g. S2 N5 K% z出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
" J$ t4 H1 D% `; ]' Y, S合氯化铝标准溶液。
; _. M( Z% m  E# j1.1.2 碱溶法
$ q# ?. q! N# R( o! y0 l先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
! @; s0 o- N3 H) `/ p! `: y用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法% S( Q4 F, A& ]& k- m4 L1 y
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠: h6 t& n, E, O6 K8 l1 s& c
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
: h; W: ~9 S! z8 w) d6 P化生产成本较大
2 X5 Y+ B$ C, `6 n1.1.3 中和法' r" f1 @" Z& A" ?
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别. ?& N$ Q6 |" Y, ]" i6 L# h
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
* A) `' d. y2 h8 D, A3 c6 a制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶2 g+ [7 q" ?; E- H# ?8 v
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与$ G# Q  x1 j/ m2 `+ ]7 ?& w
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
6 g: S$ y/ D' B) @用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
2 }7 Q# Z: V8 c5 u2 a把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
$ m- K1 D% [8 |! A( T" v% u到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据, d4 Z+ u) j. z9 c+ W" x$ z
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。3 B  i- l# E" B2 `9 F
1.1.4 原电池法8 ?6 x/ n# c  N1 T/ y+ e
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电. B/ y' r5 S7 A+ t- G3 M6 H
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
/ h# Q: ~8 q' p; A1 Y3 Q3 Q桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
* O( g8 M) |4 B: v* \/ E9 y筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进$ ]! ]% Q. u- d% c& @- s
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产0 W7 ^" p6 R9 {3 b3 X
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅6 e( C+ q+ I+ v$ }* P( s
拌,大大节约能耗 ]。# j% V5 O* T* l0 T3 N3 `
1.2 以氢氧化铝为原料
  c) c' X4 Y' _8 s将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
* V& l& j% k7 K  X温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
1 |$ ?* s  ^4 E8 Q$ o该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
6 Q" z% a( e+ K: ^- W8 X& F遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故! R& q9 a$ I9 i+ t; D
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
3 Y# ~4 h, \/ L- k& u不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
& s! J$ Y" w/ X/ S' P6 h- m. F; f提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
. s. p9 q3 Y' |% O钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
+ v$ ?' V& w1 T; q7 d( y6 V) ~质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制& s/ _& |/ v4 x/ k
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
8 L7 r  M# K4 l' A) @+ S9 H酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
* `) H8 M5 Z7 W' v, L5 X化铝。
4 F5 w+ g& q+ @. J1.3 以氯化铝为原料  I5 W+ b) ~& {4 [. f0 J) D
1.3.1 沸腾热解法
) }8 D1 I, W: v5 s* `# y3 s' A用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
; U0 b1 d: v" O. `1 a* t  q氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
# q  x( U. O) s) e8 w搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚5 ]) T$ A: J& X. k6 T$ x3 U
合氯化铝固体产品。
% d( c: I) C$ Q# w. T. o$ l" e1.3.2 加碱法0 l) G7 i9 y7 w) y4 S( b
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下( O7 D2 g$ X* ^0 K$ T0 F" j
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
. f" b3 U7 a, t9 ?$ p3 k反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产6 S8 j% U3 x3 A/ N: K
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产) b1 E2 m6 Z: N1 e+ D2 \
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等4 h. Z; ~3 {9 m
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/9 n1 l" n% E( `
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
7 a. f2 }/ ^& F道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到- [) g) @* P& d0 j( A3 l
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质/ [6 Q) [/ g, F/ \# C9 y1 x
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐: q) m& _# r0 x% y  H$ F
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘9 A4 O; D6 {, C- I4 Q
量也不高。
1 n( }) y, z* B7 O+ f1.3.3 电解法' N, [7 w. y+ E) j" G/ a
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
  O9 n, y) T# ]3 h: [: c/ s不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在* O0 }* l; x% ?  o* |; r' I+ L
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
+ G7 Q! n3 a) n0 R2 Y+ F: v等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合, W3 G/ n9 D! |) v9 t# J1 N. z
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
( `9 {) W$ Y5 {' [锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且0 v9 c+ \) I6 ]5 l5 w
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的2 Z0 l4 k/ h( n3 D* L  Z
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
7 Q0 N6 d8 C- j. z4 [$ v( e- `过程中的极化现象。
( M/ m9 @" m" z- n$ R1.3.4 电渗析法( N% f, W3 o# c4 N
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
1 }. q+ Q  F/ ]* D液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
6 J/ p* V, O2 ]$ P5 T板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应/ `) R" {- M* o
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
# c3 t$ \/ p' W) ?1 P' T3 ^4 m1.3.5 膜法
7 c" d, y# F% I+ i, u4 d该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯$ F8 U0 i9 L  j4 E+ t6 f
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
; x" z- h: a2 A  Y通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得# r% k# B  F8 w. R1 c8 V9 q
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜0 }$ R( K. V1 s# ^
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%9 Q( y% P7 W3 F1 P
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
6 D& {! x, B; s5 u4 t; @% j铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
; o' ?0 Z# T' T9 g  q9 x5 m) Q/ C1.4 以含铝矿物为原料
( P4 L+ k: E" _  H5 p: v1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物7 j- U$ R! j1 L8 z& t# ^) O3 `5 r' X
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主, p" _3 R" R3 I, W# Q9 l8 Z* A
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这; s; u; t+ `7 v
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
( l/ U" d  }8 s) Q+ U6 Y8 C) Z般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
% F. G/ h) f  c" }( M  C6 k的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
. N) o& \: F# Y' s) U. S: f分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
" o9 D, [, v$ W氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为/ ]( C  K2 _& V! q9 {6 ^
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
$ n8 ]( ~+ h9 C/ }  q  u可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
! s) _, D. I6 u7 \3 g4 ]/ {; P6 A* Z霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
8 d/ d) A" n3 I7 }8 r9 k氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物, j  X2 s3 L) p) Q( Y
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。/ C: O- k2 B# d( l* m- ^# I
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
( a7 G' w* d% d! b; z生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较3 b1 ?2 h& i% |3 |1 e( `: j
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
* ]- S7 z6 h; z; E$ }$ L6 q渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
+ }" l/ U8 E0 K+ A2 ]% O& H9 y7 k粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需' T( u/ f% c7 h
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石/ Y8 u  m, Q4 Z
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸7 K7 P# T( F4 Q% h" I; }
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
0 h4 F. c) _$ `高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为. o; }  i% O9 }, J0 ^
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
$ C$ L( b  \- N3 v- f氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
7 `) |: Z" p0 y6 j; o! H8 c* a氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
; M- s; m1 F1 c" }3 W+ y铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于& v# A# n3 H4 A" [' F7 t5 D6 p, N
30% 。
; ]( W  H9 {) S  T; y2 ?8 \0 u! T一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法0 p6 M9 ~. n$ q# g( e1 G/ t
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都& c# x9 e6 u; S' H6 H3 z6 x
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或4 \( c( l( V: g0 w( K; G
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
0 Y( ]0 G$ ^9 c* ~5 |和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
) @7 S* J8 p+ ~% v, i! p5 r复杂,成本高,一般使用较少。
- D' h, Y! q3 {# h1.4.2 煤矸石8 T9 N% i- O+ d3 j3 s
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃5 b1 a& R/ y. H
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
' R  p* }* ~! F7 c& h1 O7 c增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原3 m, O' b5 v1 E& |- |! z8 e
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而* @8 P! K8 n6 K4 H  r9 k
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
% L. A: z: I* u( Q/ P0 b7 j1 a数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和; x9 `5 c3 T& r- r5 O' n
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合6 D% n& ^- N* B# c$ d, l! q
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
$ h) H4 o& x/ V0 i% c1 [( `" B已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
5 O3 ?/ }) F/ E$ b( V" b7 V经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小# N: e' L0 S5 v* j% A* r/ X
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当% ]1 o, q# L6 w! V& d8 i( ?
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
5 U7 `% s$ ?; ^8 q- \; v结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
' q* t9 t/ @: t8 L+ w7 F* s2 [% z铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
1 z! j1 t* }/ y3 h' E5 v基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为& W* F7 X  {$ ?1 O' g5 A# `4 M; U
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。' @3 u1 j4 N3 F: }' y+ Y+ w% @; U
1.4.3 铝酸钙矿粉4 F& C8 I1 y( Q/ L# j3 z: a' _) k
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
+ J6 b. M# X/ K煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的! O7 d- U8 s4 X" U
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。/ A4 x( v2 h, {8 k3 T8 l
(1)碱溶法0 k" m$ m) l* p& q3 x6 Q& H
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶  v9 a. F$ a9 A( S8 ]
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后# {2 }$ ^& a; h- K3 o: I
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH  J5 H8 C/ O& W1 k. `' G, c6 j
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
6 x/ F- }' Q: f$ G1 x( F反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会4 }8 K- x4 F5 K8 U
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
. {4 M- `5 ?  _0 s$ }9 g加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
2 e8 _, l' X" U3 M' P7 w& _状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
/ h; W5 T/ L% I/ \3 T铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
* H& ^8 @- R0 p, U8 j3 b生产成本较高[19]。7 Y- \( m4 h2 i. S. f: w! l
(2)酸溶法2 A0 K' r  b1 Z# Y) ^; N
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并9 j, b8 i* D0 q" r# W# k& n- i+ G
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简: W8 [7 h" N8 T8 l5 f5 D
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
. g1 j" d) H  X! }" W+ g4 c溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常5 E- Q7 l6 X' f8 u! d3 y9 [, P# b
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,' _2 m: l2 Y- C  L( n' l
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合! U+ A- P5 `0 G7 \5 D* J
氯化铝铁( ]4 W& P, ~8 x
(3)两步法
+ }, ~! y) u  r( I5 ]这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
9 L$ t6 n+ T8 Z- r- R; d艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
9 @* k% @. t9 @9 I1 F% K比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是' M# P$ l, w9 c, V; b1 `
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
$ ?. }! `/ x. ?5 ~& D) w这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常" g8 N3 v; N$ _; s# k6 ]
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化+ P+ d" d; W6 P, B" b# x
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回. o( J& B) _( e6 Q+ B
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
! q& M1 |4 Z  y  k+ O酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
6 L, N  `5 m) A, m' k0 e5 Z' R* u铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
! N0 q: t% K' q/ U合氯化铝产品。. o; F, D$ a4 n4 `# X3 S, E$ ?# @8 c
1.5 以粉煤灰为原料
+ k8 j# ^. T8 A; q! k$ _粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
3 S7 ^& u- u" I* C3 `废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.' o* g3 L! ~/ ?1 m3 C% x
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通5 Q: @; D& u- c# j
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
: A- U& A+ S! p! I$ V高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有% o# h4 R0 P0 O. X+ S
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸: I4 R3 l7 j) s4 q
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再0 a" k1 A5 {$ a6 M3 Y
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
" _* x  ~. Q: i& K2 X粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
* @! `2 F3 o: Y铝产品,据称能耗低。/ |" |% x) }1 h9 d1 F. k7 t2 p
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及+ E0 r' d* z* ]  ]& d0 g0 A
解决建议. X1 D- Z0 z+ W: _9 E1 U
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随6 n" a# M0 D" E7 G# y/ N
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国" F3 V% ^4 b2 G/ Y9 m
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
# i0 q' o  f0 C- I2 ]但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最* @* ]" l1 _4 Z; z  r! R
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
, n: ^& X3 C6 r/ D# d6 ~认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方# a2 O4 L6 v; Y" C' j5 _4 E% ?
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研" j8 Z% V6 O1 d3 i
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
5 M3 a2 v: L5 t反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、  {5 _9 M5 P3 f+ e) K" L0 ^$ M
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离4 y# A3 B& x$ z# s* s( Q
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
: `( C2 [& A3 H4 c入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
5 K+ g9 O- K' t/ O" k2 n+ ?以下难点问题
4 O" D- b  S- I8 R# p0 F0 \2.1 产品纯度问题
7 d0 j( l7 q+ }氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通( E  F" @* j2 c1 g" W( }. Q) x% s
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
5 d; u$ M1 F  a7 `8 }国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
6 @4 V7 y4 Z3 e4 T7 o. j: M, I产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
3 s7 |& \, w' M, l酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产) D3 u6 b- O' |* h8 x; E8 q
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
: x; _% r1 c" L铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
' }: \9 ^1 s" z" A, |0 _$ M盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需( p- l5 j1 n5 J& ], ]/ u
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝" Y6 x# E* E" K
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之% I6 {9 ]" v3 d5 R

) D9 s- ^$ @; ^9 T。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推" h# C7 k3 k- T; }2 J
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
) @& q/ c; W: ~- Z5 W, {产品开发力度。
7 @  C, R4 u5 ^* Y9 b2.2 不溶物的问题$ \  L$ A8 W2 L- Y# f) o6 Z. p' B# b  F
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了2 _7 h, S( I  c! h2 E* c
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
1 p# \( G+ G. x8 |矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
! s0 d2 G2 [5 w0 A+ t2 Z成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相: F! I  P- o3 r$ Q4 i
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
1 h4 d% p# j: x1 j* W不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解0 u% m+ m( j" [: `, d* n% L6 W7 g
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
- o0 u8 R4 L# X4 S9 p" Y/ F6 z果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
9 {  K, |! \; `0 I$ U也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
' `8 l+ g$ B, |9 i0 g" c/ d自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积' U" k, w% o7 F  g" v- X  e- m
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗- l' q6 U  V3 q5 ?
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
) H( P9 V: ?: C! N- ^通常会取得较好的效果。
7 L1 x6 t& ~( R) N/ ?( y2.3 盐基度问题
' v# l; b, {; {2 @$ S% i. t+ u盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可9 o- ]5 A4 w8 m2 A7 {* H& o
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳/ c& \5 p3 U8 q( f2 q
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
3 y0 x" i: @5 A虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和* W# j3 |9 q7 t, e
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
3 M( T  E2 V% v$ p; q& {0 e" ]国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
4 n+ N% n5 S7 O- J) s' S( p2.4 重金属等有害离子的去除问题  {3 J( X7 s9 g5 r" [3 v
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
/ P2 L" h  h, x; Q; N0 Y. d在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有5 {( J; m' J9 ?' u" d+ y# \
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑$ b  G; B  C: _5 p/ N( `
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
1 ]1 s+ j# l: y, \; o8 w. B2.5 盐酸投加量问题
+ v2 M! o3 h6 D# B( U! D0 c# A, @3 N制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工& P) v2 N5 _( E/ g- _8 B* K* ?
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
( a% E& v! ~" K; K/ u. z+ Q本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶! {; h% O! \- Q
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问$ |1 ?/ t0 R0 [" f/ h) X
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥. M# m+ t2 G4 J4 c! O
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数) g) z/ u4 P7 G7 J+ i. B3 m. y5 t
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率1 c* [+ b$ w/ K) d9 E7 |
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度6 V8 E1 c' d" r4 J+ `2 X4 d4 z
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
* p) s+ c  c7 h0 h3 结语与展望8 P3 M& P% Z5 h# ]
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
7 `/ c( Q3 }& e1 v- z' C品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
5 r3 [6 y: R$ |& t+ b  n) }$ P处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
0 |. q$ v4 ^5 k, _5 F有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝% ]4 x" A2 X0 S, H4 G9 A
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产# j, {+ y+ C7 h, x: D
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来' C/ W" s! G& J& W
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利. H# ^4 T, M. }9 z- R- E5 |
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
+ |! m% I6 u& a% ^% {: E6 b此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、  d' E6 q! S$ r4 O
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用4 q* c7 u! ~1 ?* j% s2 c
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业+ g7 q: z3 Y1 E" T$ o% \. s/ W2 f
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
5 Z  q; h2 d' u$ U2 R应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产6 d" m) j6 y2 [6 t4 a
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,1 P( P5 x' Y5 G6 t
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
/ }4 y9 o; k  n% M" e" n是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
/ f8 |( E  l+ r8 Q+ a配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝4 G5 R) Q  P: P4 c. y9 o3 z
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
- G) \$ l* {, n围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
8 K8 `8 ~9 b% S$ N4 Z7 p子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
6 M1 o0 v" Q! @1 ePAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
) Y- q8 ]$ M( `3 h( A利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
8 Z' @8 v, t) ]8 d& L+ e工艺,必将成为今后工业生产研究的热点
" n: o2 i6 X9 L& a$ Y% _/ u6 L参考文献:
! r$ {. E3 [) G5 j. I( S! \[1]阮复昌,郑复昌, 范娟.一种超纯聚合氯化铝的制备及其DH: E8 @4 \% A# b/ D
值与盐基度的相关性研究[J].化学反应工程与工艺,2006,
, \9 r; [% Y: q9 b16(1):38—41.
( [% a! t( n! h% H2 R" m/ |[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
) |, n: j1 v$ Y! v0 i0 A; }7 P; ?[J].斜管填料技术,2002,28(6):350—351.
0 A4 e* P; J# E- e$ C[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3 u7 g, |# G0 F- }) a; S( h
业斜管填料,2003。23(3):5—8.
& C: R2 \. z: l& x4 ~[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
# L9 j( N; c+ N4 [素[J].工业斜管填料,2007,27(2):57—59.! Z" v& M7 J) P7 X, h
[5]赵华章,彭凤仙,栾兆坤,等.微量加碱法合成聚合氯化铝的. `' k6 x0 o/ a# G; a
改进及All3形成机理[J].环境化学,2004,23(2):202—207.' p9 D  s) T% l! t
[6]Akitt J W ,Elde~J M.Muhinuclear magnetic resonance studies of+ v' j% l4 J; c3 H- ]
the hydrolysis of aluminium(Ⅲ )[J]. Chem Soc Dalton Trans,
# V, U5 V$ K0 q# g* j, c. D6 m1988,19(6):1347—1355.7 X. v' b* k% ]& {
[7]Kloprogge J T,Seykens D,Jansen J B H,et o1.Nuclear magnetic( C" g1 R( o! x0 {0 R9 K
resonance study on the optimalization of the development of the A113
: M7 K5 R3 U6 mpolymer[J].Journal of Non-Crystalline Solids,1992,142(2):: A. R: @; L: q2 R8 h$ `& w  [
94—102.
8 u9 a* d  e) c' Z% y( _5 n! q. C[8]Bertsch P M.Conditions for A1l3 polymer formation in partially neutralized
# A5 X) j% e7 |; S# [- v. JAluminum solutions[J].Soil Sci SOC Am,1987,51(6):; J- V" `8 i3 }8 T
825—828.- n7 K# s7 K& ^6 t% B) y
[9]于月华,柳松,黄冬根.聚合氯化铝的制备与分析研究[J].无) ^# t5 A% k- W! b" o: z
机盐工业,2o06,38(1):35—37.
4 x( {* [  [8 Y/ V[1O]曲久辉,刘会娟,雷鹏举,等.电解法制备PAC在斜管填料中
- ?  W5 s" Y+ @2 [, F, f的应用研究[J].中国给水排水,2001,17(5):l6一l9.3 O  h* X9 a/ Z* s  v' T
[11]何锡辉,朱红涛,彭昌荣,等。电解法制备聚合氯化铝的研
, O/ ?7 o8 t( m8 E; ~究[J]. 四川大学学报(自然科学版),2006,43(5): 1088一
1 |7 C- d' d( j5 v+ a3 Y; Ll092.6 V7 Q1 G% `/ O- r
[12]罗亚田,皮科武,钟春妮,等.倒极电解法合成聚合氯化铝
% {' b0 Q) c' V, O" r3 o聚合氯化铝[J].化工环保,2004,24(2):145—147.
4 }; u8 j- S8 }) u[13]路光杰, 曲久辉,汤鸿霄.电渗析法合成高效聚合氯化铝的5 d9 q3 i! M8 g7 D$ ^8 `8 Z
研究[J].中国环境科学,2000,20(3):250—253.3 t7 p* ~- v2 K; ?# C) e  m2 [
[14]彭跃莲,刘忠洲.超滤膜的一种新用途— — 制备聚合氯化铝, d3 y! s# m2 [
聚合氯化铝[J].膜科学与技术,2001,21(3):37—41.
) s1 s/ d2 F& o% k; ~[15]张健,贺高红,李祥村,等.中空纤维膜法制备聚合氯化铝. p+ U) ?: N3 `' n
的研究[J].化学工程,2007,35(3):71—74.
% {, I  P5 F* d! i7 K  V4 F[16]常青.斜管填料絮凝学[M]. 北京:化学工业出版社,2003.3 s, X; T. u5 U* @+ r1 K& A3 r$ u
77-78.
; V0 g; I- c( |1 W- t/ y[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
% `5 U/ N. B& E7 D, h: |3 K(PACF)的合成及其应用[J].环境化学,2007,26(1):35—38.6 P$ i" f3 z. B9 r9 ]! Y
[18]马艳然,于伯渠,鲁秀国.从煤矸石中制备聚合氯化铝及其( }( E7 z4 n' h/ n( V0 \+ m
应用[J].化学世界,2004,(2):63—65.
- a  p, |& l6 u- L6 ?6 V) z0 K; k3 ~[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
: W+ F% R9 l8 W+ a业出版社.2o05.45—46.9 w: L* q. ?6 T9 c
[2O]郑怀礼,张海彦, 刘克万,等.用于市政废水除磷的聚合氯# ]+ l, c/ i- h: L( J
铝铁聚合氯化铝研究[J].斜管填料技术,-2006,32(6):34—36.
& T  P7 I& Q, P0 V/ i- ?! }  H; @6 o- ~[21]董申伟,李善得,李明玉,等.利用铝土矿和铝酸钙制备聚
. j& q# ?5 B0 \合氯化铝的研究[J].无机盐工业,2005,37(12):31—33.
! Z" u+ M. C6 F# a5 ]2 i[22]陆胜,赵宏,解晓斌.生态处理粉煤灰制备结晶氯化铝、聚. b& |/ m% n% b, c  n
合氯化铝的实验研究[J].粉煤灰,2003,10(2):10—11.
) \3 z1 Z" e; H6 c, @7 C0 M0 `& q* q[23]李凯,李润生,宁寻安,等.不同聚氯化铝系列的水解聚合
  X( @1 H6 R6 c& C; m; e形态研究[J].中国给水排水,2003,19(10):55—57.% A; ^0 h  O' A' \2 c# w+ J! s1 M
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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