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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
* k0 t0 O& L1 c7 |: b( v(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
! W3 M8 T' r6 l" h3 s% J在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
# `. T/ `, ?# ~$ d5 L% r液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处% v! {% v! m9 v- a6 c* p8 x6 J" k
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
8 j( y1 f, b5 j: S水、生活污水和工业废斜管填料中。
6 B4 P% B% E( E1 B- j聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮7 D0 n5 B% A9 u" j  l0 n+ ?! H
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代' r7 [2 W: R8 Y7 k' y: C9 S- q
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量& }3 Q5 w/ O6 t, I6 i
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
+ g* I; [: y, i9 e! X: s3 \  c) ~淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH' }2 o$ E, R# v$ J! y
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国: C: l& i" c+ z% P' ~" w. [7 ~
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研3 L2 N" e3 F- h" E5 k. Q( ]3 P
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
. `  ^! P. B8 u% b! g1 ^/ s了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角' S3 z( C; u7 F
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
' {; j$ ]' L& L; V" z& C和探讨
. F) y, X# q, C! v( Z1 聚合氯化铝的制备技术
& B; m  a# Y- J  m: r1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
( R( U: ^4 z# [! r- ~1.1.1 酸溶一步法5 ]; |. x$ ?6 v( b2 w
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
& Z- Z% ^2 G* `) G在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
8 P! s$ ~/ u3 D- I放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
$ C2 C8 G6 f2 Z* \6 e. J- R放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
: J, |/ Q- t: z; |, t5 H# \水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
6 |% N3 B: y: D* U4 w/ ]. Q9 \出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至( Y3 `  B6 Z% f- N
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
# G8 T! Z6 A$ U! M) A, k至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺6 ?2 |+ X! a1 P9 b4 l/ F
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
' \: e' m5 O9 i3 H4 Y较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
* T# T7 N4 @4 g$ ]  S+ Z* S备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重  t; g" Y" R9 C) C2 g- V
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?( s' e3 l8 x8 \3 H' q# ^
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备- [0 H' Y! \6 s/ n
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚+ |. Q5 f5 p3 c+ A
合氯化铝标准溶液。% j3 T5 H7 Q4 I6 }7 W7 ~. z& v1 s9 U3 C9 P
1.1.2 碱溶法$ z/ u3 Q& F+ E: Y. E
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再$ W4 K/ B' V; P& ]% s) k5 i9 v
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
% P) R( F% F' N, B: h, v的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠1 z' J+ N4 Y( L
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
+ l, x+ J$ c8 W3 E化生产成本较大
2 `; |; \3 k) f  C" a5 x* Y1.1.3 中和法
4 C. R$ [$ s" {/ r. c% d  s4 T该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
( n$ T. s; W( U5 N5 n$ S制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即, r! c' F4 s0 l/ q
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶! `. `4 S' e% L* C
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
) q& W8 Z; g7 }, H& n) f铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
% p  B# ^* `! I) p7 u' l用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
, B# q3 `) V0 f( |把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
! E; K7 _, B% _; @1 @. Y到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
. }' c' ]- P) h9 n% @4 a+ l* N称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
1 Q% T/ }- d) Y$ G$ d, Z3 j3 L1.1.4 原电池法
4 m. d& Y6 m. s8 O( ~  p该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电7 v: T9 w* [; R( \
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
8 ?2 B' Q* x9 c" M0 V; V桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属+ y2 \& G2 ~* h# g' V
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
: ~5 K- }% B1 N. i- L+ e行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产, Q( C& `+ ~; ]: K- G4 I: l4 V  T
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅8 u/ {2 a0 u5 s
拌,大大节约能耗 ]。0 O& [* o* x# O$ u- K+ n
1.2 以氢氧化铝为原料
7 p$ v( }  q6 w, n  k/ b6 h; d将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
6 `$ Z. ]" o( P2 l+ r6 ]/ t/ D温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
7 r" c% h! U" V& s9 h0 Z该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普2 U+ X$ U# y: ^9 M9 k+ A
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
2 ^+ @" o0 P: ^4 R; @酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
' K: j3 }- t9 o7 K5 ^+ d8 \. q不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多! }5 n5 {4 x0 t- ]; H7 R8 Z/ A
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸- x: o6 v& Y" g% N: Q( {0 w
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
: _/ L1 m6 C1 X( d" M0 q1 r/ L质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制; @2 k2 F* m4 w
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝6 A' J$ J. B% K" F  a* R3 M
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯6 s( p! \2 D+ C. I) C
化铝。
; u2 F6 f+ d; S; @  B, o1.3 以氯化铝为原料( M( s2 I- D" Z- m" F9 b
1.3.1 沸腾热解法" v7 z8 Q! e5 [* m+ \
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出/ i& q- E4 W, B
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
0 q  y' u% |/ W- m! l* i& ^搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
- t  f4 _' H: E( Y) I9 N; ~合氯化铝固体产品。8 b( |7 w6 U4 z6 d6 D. G# P, A7 c
1.3.2 加碱法! v% |$ q. }+ i
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
9 [- u3 L, w) S, I5 n强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,1 S" D' Q) ^2 I( A7 Q0 h: d
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
: r5 ^5 Q: @# E1 e- W3 P6 |品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产% h4 \) F1 \6 b! }  i% q9 o, _& O- y
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等4 P2 Q% G6 \6 n/ Y7 p2 [& o- _
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
7 d7 {. j& R: sL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
# d( F8 O. |6 G7 }& H道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到) ]" X( n, o$ V, {- X
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
3 d; }/ z$ n2 Y: Q量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐' ?/ i( ^2 \  Z, t: }0 ?# i
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
5 w$ N1 I- r2 r2 [! {; T3 H+ p量也不高。* Z* V2 Y1 i4 C7 s# q
1.3.3 电解法
9 s" i3 s1 F* {, \+ ^6 W( Z: y该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
2 o% r' |  p: c" T) j/ R/ c不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
+ C$ T% z9 X' B9 l1 J/ E$ X+ v低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
$ Q+ F: Q0 x0 v等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合$ W/ h& W# W. }8 P9 f5 G0 J9 e) p
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
' a% Q$ C1 D# m2 ~  R  H  h7 Y锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且  T, }1 @4 D: R% `& c
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
; K4 e% c" Y' `倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
- T6 H: E  ~4 a9 L7 y过程中的极化现象。
# p0 ?' h* }) g. ~" I1.3.4 电渗析法3 R2 D0 f( }# q) D1 f' w
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
6 e( N$ k/ z; S4 ]液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
7 d" o: w" O5 {5 D* q! g! V& b板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应# B- q% r7 y9 |
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
" Y0 L/ X$ V1 q1.3.5 膜法
: V( [% a! C7 e, i; l该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
' R! Q" j. s4 {9 p2 m! e0 q2 q化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
* ?8 A7 U0 f# z, S通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得9 D2 R9 P4 B2 @) l1 |2 Q8 V
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜4 n) d0 W6 b' ~8 C$ l" ]0 ]4 ^
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
$ h. j# D3 J  E+ u% X' ]以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
3 h0 J1 v9 l5 L  R7 M2 [铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
$ L' _: A2 O! {; ~1.4 以含铝矿物为原料
! s0 X7 M, m2 t! V/ `$ ^3 Y6 z1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物( w5 S4 L# q9 ]4 C
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
: v4 L  C: i  n1 e要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
; @' N5 o7 ?1 C  ?8 B5 s* H) u- P几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一# M8 o* H( a0 z
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
; |7 v" H  {* m  o的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其% t9 }, R$ E. [) z& A: `
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二" M5 _; i3 T' Z" X
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为4 D9 x9 A- [$ m$ h) k
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,4 F' H( m  q1 u1 e' s( B
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
3 Z  `3 g3 Z% v- k/ i1 j: a霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
1 C- H' S; h( t: B$ [% m氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
+ j8 ~" e# K7 m. a一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。% Y! T( J! {0 X( l2 n6 y
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。/ l- m; T" N5 t) b" j5 ~
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较/ b/ a7 w# Q9 d
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
2 t% W$ Z# |% Z) D, E9 q/ a. C2 k, v渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的! {9 g! o- _+ d  n
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需# z8 N0 r8 w4 p  n" p6 o* }  n
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石* {- b% b  z4 \2 I0 z
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
0 U' i: m" B+ x) i溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
* f' S8 F- |2 r" b* D2 L高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
. K" i. b+ ?" B6 X, V20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合* r' z8 ^2 V( f6 d  _, I- P8 a
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
! O8 m; v4 H" F氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
* _- t: F; \+ `9 x/ p铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
% D& {& ^- ~/ ~/ F30% 。3 W% J% J9 g# Q' R6 ?1 l
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
+ e; G3 Z- ^# |. W# p( s制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都3 K9 }4 J$ k. W% i2 [9 R# u2 g
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或5 h" [  o+ Z2 H4 W# ?! c7 b
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
$ D! x4 B* A; v' s/ {& [/ c和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备# L5 ]5 {6 r# H6 ?6 N9 w4 S
复杂,成本高,一般使用较少。
3 I8 _% D6 U( X: K- R1.4.2 煤矸石3 P3 M7 j7 N/ M
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃8 }3 m/ k5 f3 d. H: i; |7 b
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
* r/ L9 m- M& G) P- f增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
7 _; b# G$ ~2 v! y7 j+ _料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
1 }& b8 L4 k7 H$ Y% Y& k5 y* R且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
) S( o- N* e6 k3 Z# f数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
6 M2 b+ l' p( d; G1 @5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合; w) {$ ^( i9 P: t
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
- W. F6 v% {' y1 ]/ I, |已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石/ r0 h0 Z$ w5 f0 P7 r
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小& \  W' J7 I$ r& R9 @
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
- ~0 u0 l( q5 a* u处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得7 Q" q8 Z' G. N* p4 J+ {
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化/ H& [; P8 U  i
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
" o* O0 A  e: U3 V4 s2 i基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为2 @5 C; p& G5 m& g  g- t
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。/ V  G# e  t: s; _2 b5 k
1.4.3 铝酸钙矿粉
5 V! n- I5 m/ r( B$ O铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温1 `. d7 W, u. z! r: Y" K9 d
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的) f8 z; f! J1 |
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。9 `, V. s: x/ _8 A
(1)碱溶法
8 ?; l  n7 {7 |$ }- C用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
& Z) u$ o6 D% P液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
+ V# b* E& W" Z' x# M9 D在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
% b5 P6 d% x' Y9 N  K值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
/ L- J% y2 R0 W7 d/ h反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
" ^2 P" h' Z9 ~. s/ K2 e/ |- i$ r形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中1 c* Y! w3 w9 `' t, Y
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
) S! |/ S4 l. t/ M7 s! X, e1 O' ]  N状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化5 o& D" J* A: i8 _$ X. V
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但( r' P5 B# m) P' ~: h. h) s
生产成本较高[19]。
1 o. B+ T9 Z# X- T(2)酸溶法
% B( l9 Z! K2 K' M把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并  c) l7 m/ w+ b  ~6 G- i- Z
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
  [9 L0 I7 b. [单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不! s! V/ y3 G% {4 ^% ~' W& G
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
& o% K! i) H; o1 b不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
5 A* y6 E* Y" W3 p% n铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合! x6 M( N/ U4 `4 u0 H( I# T: T/ n
氯化铝铁
3 v  k& r; _) D(3)两步法. \- k( r$ m0 u& a
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
9 n" O( ]) k' Q3 W: k艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
; k' O9 H" E* O2 i6 u) o  ~比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是8 V2 g5 p. x3 }+ I, h. d- ~" L8 d
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
$ H4 c- K" N+ W9 |5 g* ^这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
, g  j% \- {1 S+ e, \# l第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化6 q7 R; o: S7 P. p; D
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
: v% v" k- z/ G* z流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
3 K1 a# y2 f& N/ I3 I: x酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化' I2 }3 Z5 y6 }( ^& k  B
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
5 y3 u7 l# i2 u" c9 b合氯化铝产品。# c7 p' J% p4 A) S- h
1.5 以粉煤灰为原料5 @/ T0 e) e7 @) W7 g- c3 P
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
# I! a$ b: V. p  ^6 ]废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
; N3 x. ?* X6 [* c# E活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
9 y; i% f- G% k6 f7 E2 {( U9 Q常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
- k. F# X0 s; d5 ^: Y高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
( S/ k3 n& T+ p2 O% E/ P  q人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸  O8 f+ a8 x8 c7 E6 i
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再; K2 l0 ?7 ^4 z4 X  \% h
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用' v+ |* ~! w7 E
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
& Q$ W4 R+ N0 C  t4 ~2 D铝产品,据称能耗低。
# B. p  O, R5 l. c2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
8 F8 c( P* M4 J+ H2 X6 h( G解决建议: o7 e5 j. R( W1 i! p# ]2 R' i
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随$ i/ K1 ~) Z' P: ^5 b
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
; ]9 q9 y$ s5 [* {' W# w( H" }( K内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,0 {, ^$ I3 G8 p. C+ q8 b
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
+ y: l$ A  i/ b  H  m' _佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
1 A: F, e) l5 ?& o3 e$ O6 U  c认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
( `8 ~+ f* o! k: V+ ~9 J面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研5 h0 w. x. O( e1 A, g' Z: h5 B, d* B3 B( k7 O
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度' Y( A- h$ [' C! z& ~
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
/ T" y8 i. S. A1 G硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
0 P) R( O& s2 ~子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深- I& u% H4 j- V+ C
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在; s# m: a4 L: C7 y% Q
以下难点问题, [6 _  R2 o4 B  a
2.1 产品纯度问题1 d, a8 R8 o( p" |
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通9 @$ v$ f/ E) Z% q, }
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我1 z. g) m. R) e2 f% P* _
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
6 E$ f0 Z! j: ], s' ?产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝& o: |  y% V  B. X* r
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产6 M. q! ]5 q$ {/ y0 x
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
$ g$ i' O! Q/ ]铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
! K+ P$ p$ Y* _0 v, V3 x* v盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需( k1 x6 I% C4 b- L5 G7 J5 _1 ^& c
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝" n3 H* f) `: [4 R* d& Q3 ?
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之  Z/ s$ O+ r  |: Y! @

0 E3 G, M0 l" v3 k# c% x. N/ `5 Y。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推+ ~# ~2 \' R4 u* ~. j$ w  `  i
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新$ X. _( v* M$ J5 _5 U
产品开发力度。1 x& m7 |6 Q: t0 G
2.2 不溶物的问题* }) M- n7 t3 J1 Z- d4 B: r- @
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了8 n8 m8 X& I& Q$ c
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而( S# Y* b. v6 [+ r0 a
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
( x# p2 ]# r0 u; P( c1 U/ |成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
7 j0 J1 ~7 ]0 Z! H应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
5 ^( z8 M0 }0 S* ^不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
* {3 d6 H! ?8 `- }决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
$ K1 \7 o8 }' ?0 W8 E" }果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
) K) i! R& }7 a4 G8 W4 C: t1 p也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①  |! l7 N' b# ?0 }
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积4 X/ c8 L! u. v
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
* T6 y3 v( V5 J. V; \, S9 d" ^0 U( K8 V高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,' \; I0 F7 a, Q" \
通常会取得较好的效果。
1 i8 T% y# h, x. n) S! j2.3 盐基度问题
& Q) e6 ^( t; [; t2 G9 p盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
4 s9 Y( }: L0 `, x在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳( y9 k; W- x  m, m6 e3 ^
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
. r' _# v1 _7 s/ k虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
, M+ }9 }0 k" r铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
, i2 ?# z) O' A! `国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
/ B0 P( I0 Z4 X* y6 H0 G+ u2.4 重金属等有害离子的去除问题0 I, e! |( E; f+ F4 m8 l
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
$ I. B- U7 m3 s( ~在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
6 B+ Z0 C" I( p* Y, j; c害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑+ e* v. ?6 u/ y9 u2 c
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
, x4 G% N2 V% H9 B! s* X2.5 盐酸投加量问题
' {' K. Y) x0 l& G0 O制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工  B7 h8 a7 W7 D) b9 D
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成6 {3 l1 y$ r0 p# F9 Q  s$ h5 n6 ?
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶& |6 ]3 }) H7 \# W: T& m3 T
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
' g0 F6 p$ y3 ?题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥4 i. U' z" H  `0 V, ~! m5 @5 r( \8 W
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数, s" e( X+ Z( J. j' l( K# A2 Y
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率7 F+ b% t% w4 T0 h  g
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
4 o) J& b: w6 ]: Q( Q) t低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。: `" }- @; a  d% h& n9 m) w/ K& n; e
3 结语与展望# `5 |% y! }; n$ D0 x
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产7 o, s/ `7 w# G4 ~/ L7 h2 }( c
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水  p5 B+ t& E  k+ L$ J
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
% Y  h- O' P4 E# _0 T/ e+ c) a+ p有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
6 [& m& h  @: R7 K品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
1 x* W6 O/ e6 K- a! X* E品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
* E2 X& z. B' k) ]3 l2 |由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利6 k1 `# b6 C5 T" z" {
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
' p2 R, w! ~( ]$ q3 u9 n此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、- @& ?3 i- D* w9 k5 m1 V2 S8 z
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
; A4 V' a  A  [  M含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业3 q  i* T# c' H9 O  r& i$ h% V, D
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
/ w7 W" x# B0 o& ?5 s( o应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
4 n3 J2 V( B6 ]( B4 N聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
4 }; F4 J0 D) e: O1 e- g& n是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
; A% w, p, i0 E, 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3 ], G$ w% g" z5 q, Z2 R# O  k# X
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
- H9 ?3 G/ ~$ G, _9 M+ \; |: Y# d剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
5 F% |2 j* U* P围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
3 h& _) W- X9 b" [6 v子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内; [. a9 ~. \9 P" l6 \' J7 e
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
- p, j: V  Q: E$ M, Z$ p利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产+ G, P% l# p2 p# a5 J8 u0 `
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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