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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" n7 @2 H; D/ ^
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)) r  d* l2 n: ?5 J
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固5 w2 b8 V7 E8 S
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
8 p$ Q8 F) m! D  w  H$ t理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
; ?0 O9 P2 y! L+ m6 A2 W水、生活污水和工业废斜管填料中。/ m9 @% u  @. `* g
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮, b: D- @5 k% {8 S
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
! K+ a, J% O' ^$ O/ A投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
7 `2 H/ m# }! }! H, f! F  C0 Q最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
& C2 H' [# `7 Z# S淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
" _. ^4 I6 C  j3 O7 L) y值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
8 c; b2 g( k5 L$ I9 ]从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研9 f- a& o7 v* q) E" k4 R& E' C
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到; |8 l/ c) V! z& l$ ?
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角% D  }6 l) Q2 I" R- V) X' `
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述. b5 P' J0 g8 U# @+ \
和探讨) D; Q1 _4 u' z. M4 [# p% p
1 聚合氯化铝的制备技术+ ?; u' y6 E2 E7 d
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
  N$ n7 k8 j& p% b2 ~5 _1.1.1 酸溶一步法% R1 R" G8 }) E' s( e* g: v
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
) F; @4 J4 y" E$ R在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后./ N* w1 }& F# l4 I# U5 m
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
& }8 A1 [4 E" O2 M4 r' T放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,* X2 l( Y+ e, Z" [
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
" v! E& \/ ^: c( C  Q出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
1 n# Y4 w; c3 G: x& f不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度! h1 ]6 o6 |- Z  h1 m1 v
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
8 r2 h: k9 I" K# l3 n% z简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
; G. s5 e  h$ l, J较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设8 }( X1 I2 T4 H1 `4 n+ L' I2 ^4 Y
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
' f# N. _( s7 T/ Z7 [. e$ N9 s; I金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?) b# c! o5 p. G* X! ]9 K  `5 e
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备3 x* j/ F$ y4 f& K  ]
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
6 R6 w& w( n3 g8 g合氯化铝标准溶液。- g" ]  s5 E! Z  i) ~, i
1.1.2 碱溶法
- F8 I- S% o. v& S# A; r先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再- m; p$ V' D4 s! G4 |4 H& Q# {  n/ u
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法6 t8 ]8 ^' N2 B& V
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
" C% T2 c) ?0 @& @' z4 J5 o; _  X含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业1 ?( U6 F5 o) q2 b& h
化生产成本较大' s2 p; `) L1 R0 K& ^4 E2 i
1.1.3 中和法
" U9 d$ `1 `; a4 _, P7 l0 B0 U该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别* H( w3 n* d7 B  V0 Y) h1 A8 B6 }5 n
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即" G9 C3 `" q' \  g( J: ?
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶0 R" o) W, y- X9 v+ [
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与% @' K& l7 o: {! T  z5 v! |- `
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分9 p( b9 c. a' O3 a9 E
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
. u  Y8 l4 k0 T5 U7 \, |把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
1 n' P( ]# v# A到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据" g, c1 F6 G( y* `
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
: M3 `7 @! X! {! |1.1.4 原电池法; `, v& _6 {6 J! {
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电% t. h4 p5 X9 O6 v/ a
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆! z3 P! w' b* O7 s- X# ?1 Y  q9 l; B, A
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属+ C* |  O9 L/ m1 D' ]0 K" H
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进; K/ k3 }/ A& N2 i
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
1 w1 g( N' r1 e  c/ M生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅, y" c+ a; ~4 A+ W- ?& h  m4 G
拌,大大节约能耗 ]。
0 D$ h7 \, [) R/ r7 B; j6 L- Y1.2 以氢氧化铝为原料4 ~. K; B* @. H6 i) ^
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
( B8 m/ p6 U, b# C. q7 v; G温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
. q' f) B( C$ H: b7 B, U该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
  y9 k# W4 D. o9 z" n遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
9 r) ?/ \+ [8 f- l% ?& l! A3 Y6 ^酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
3 p" n# M8 S; r- a. ^+ @不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多4 L8 V! J1 A- d7 v1 f0 V8 ]
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸9 l! C% [; X8 L3 F' y1 g/ w# S
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
/ }2 a/ T; \+ ]: i, B' b7 Z. h质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
. v) h5 ]5 G, a; i* r% L: r% {得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝* }0 p5 t, N) ^& h/ s0 N' O
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯! X* b6 M: O1 l5 U2 E' j& l/ j
化铝。: I2 R" z3 s( f2 z5 ~% M) ~: g0 q
1.3 以氯化铝为原料
4 V( s: E( v! p4 z1.3.1 沸腾热解法
; U0 t$ {: ^% ]: B7 h7 n用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出* @" x2 j) L/ W( Z
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水' H8 K, M" d4 @% S; d# C1 o
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚8 P  i; L7 |2 T* z) I" O$ P
合氯化铝固体产品。, i6 b2 D; h. X. `2 k9 f3 X4 ]5 D
1.3.2 加碱法
. j( H4 M: A4 X& t先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下# _% Q8 T( ?! J! Q0 F7 y' @  p" u
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,9 {  S. Z& B' N4 D
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
6 Y7 [3 B: n. u品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产. j. l% ]5 e. q/ R% N  r- b
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
. R2 y8 h9 ]/ ~" a- s% U3 K0 _通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
. y2 r/ v; S( h& n4 aL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报1 c' Y: B& x7 v6 A
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
0 j  a* X' c3 @8 M  {% UAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
4 V# P4 D/ Q, E/ r0 z$ w) l量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐: s% \6 _; O6 [) L  F
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘# i. v) J/ t' K+ p+ W' V
量也不高。' n( p8 {6 r6 z
1.3.3 电解法" g- K7 O) t* Y. ?: q$ P
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
& b0 S& F9 w7 O不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
9 H8 t/ p& i$ `! M低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
: n) f# t- M$ s等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合$ Z& [6 \9 J- f0 [
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何* |: b" a( H3 n; Y& S. u
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
2 M- s7 N- b8 C! n可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的* U# G4 x. q& [+ _. M0 |' W
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解- Q- W; O; X' |* Q
过程中的极化现象。: O3 Y, F) M; M
1.3.4 电渗析法
1 f& ]( _  J3 [/ v8 o, w路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解1 [& u, o0 r) f. n
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁+ G' n9 }" d3 V( n9 }4 A1 v
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
5 \! D( U" n$ v9 p" e9 W室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
9 g% v3 Y+ b9 I7 z9 b; _1.3.5 膜法' h; k2 y5 w: i: G. v$ a7 a
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯) f" D% r* }% D1 ]& R+ ~7 ]
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液6 Q3 T, @6 O  p# L; l
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
3 d+ {& @: `7 @Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
0 ~5 J; w% ]! j9 n8 c- i+ f* L9 x0 w( U制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%; ^- H6 g, H5 X" J! O5 Z/ l( a
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化! o4 N1 ?  t% d% {' P
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。8 r! G* K% M. W
1.4 以含铝矿物为原料
, V" m* k0 ?: ^% w( o: o1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物/ P! p1 I5 s  C7 Y  ]: g3 o, a' S6 L
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主8 s+ d6 A8 C3 ^% u8 }4 S
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
9 D4 v. R9 C4 W2 ]( Q/ {几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
; N6 u3 h2 G+ y: {+ Q般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等) B1 S2 p9 c7 T* A/ L0 q; Z
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其4 }% K5 ^3 B8 ^5 E* c0 @: s* t
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二  R2 _. M; s7 j/ H0 s
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
5 A5 p& }( q0 r& T$ }+ F) U. U丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,; G% a  u+ I+ ^5 e( r
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。3 @4 A$ {( B  Q
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚0 P$ Y. X0 j& _" O0 `) _( i
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
: G( Q& O* @0 u) ]一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
9 i9 |; v/ H, H% u5 A酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。* R% f2 Y& c* r
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
8 E3 b1 E1 O/ q( w. I7 W大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
5 \# d* ~8 `5 Z渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的8 V5 w. R7 I; j; S" q, ^2 ]- n& R
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
# B6 ]1 A) `# h对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
2 B7 q/ G! Y% M/ d5 }; g' J! d4 Q种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
7 F: h  L* K' u溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
+ j# o9 C6 |0 I5 z; C; C高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
8 {3 j' d) ]- ~20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合' U( D1 L9 G$ Y
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,, \* v: E9 E/ I+ y8 j
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝, z7 j. {: c& C% K) Q9 F( k
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
( C2 ~- H. _0 T5 B( h, R30% 。
# I# p( s9 t6 w) l! x- v一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
8 o5 O. ^3 ^5 Y制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
# e: D3 u% y+ d1 \# b9 e) v需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或  A8 C) D; W/ B- s2 O
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠# Q& d9 a* L1 F
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
, P$ j6 s8 R/ s& C/ B7 c# [复杂,成本高,一般使用较少。
- d" M0 Y  H# F$ T" f$ v3 w1 s1.4.2 煤矸石
8 w3 ^: G, `# Z8 _! q& }2 r煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
, i6 y  a% K; W! d$ e物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧: @4 ]) v4 k- Z% L" {2 B
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原1 b# V! ^8 S( M$ S
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
! \* D' w: Y/ c且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
5 L! \9 }& v' |, m/ T) S2 R  h9 J/ t0 }数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
( ]+ O4 x5 F. C% _5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合; f  i) S7 e1 s$ {, h, W
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
7 u6 x5 A# Y) i( B5 j3 w已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
$ W5 I3 Y8 M, A经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
7 y1 b- W' N1 B- W; N( d  Y; B时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当- f+ H' J/ S% R9 ]* D; q- O
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
8 e& m9 E! j/ D* C# {结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化" |& d! D1 B; m9 z: A) u* M! f" f
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
( y( z  i2 d+ @8 @基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
. i3 W- V. u$ k( [$ v9 }+ [原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
6 z' j4 E* Z' S7 X) D5 D6 A3 N$ [# w6 _1.4.3 铝酸钙矿粉
3 e8 E! G( z6 F( g* h9 F9 b3 F- b铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
# R2 q" K" m- F' ^0 B煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的6 s$ c+ y3 {. J& C
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。# H5 g8 i7 r; @3 }" Y7 t! {
(1)碱溶法
% @; w& M- m1 R3 O1 F+ W用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶$ h+ u" f# [* }
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后$ i: r8 a. _0 k4 u% A- i" w
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH, O$ b0 Q, g, L$ `) q: Q
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止; b" T& X" h. ~  e
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会1 l! R$ \* R8 _+ P7 D+ J' W% f
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中3 R" t; Q& G$ M' _/ l3 r5 e
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠& Z- U0 S9 ?( |6 [; [, ?
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化: }2 y" ~6 x3 k+ \6 Y! Q/ l
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
; t% c0 |0 j/ e/ z8 h( V生产成本较高[19]。
+ }1 O7 O6 V; t/ r(2)酸溶法
  H  S5 J2 p0 L9 w% {3 F$ ~  c把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
4 K# @( M2 E, P* B熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简: V, w% G0 k$ m, U' S5 ~
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
5 L# r# v; ^0 z+ K, D, T% s$ o溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常8 D3 F& e# e9 b
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,+ i2 l; O5 ?% @' i6 ?
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
- W" n$ N, I2 ]9 S  @氯化铝铁2 g/ x7 K! ^: C( U
(3)两步法
" b* T% E: }; n0 \% S( O: k/ m这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工% q0 K* P: N) ]- `* V9 A* Z
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
7 |, S$ D: C% V; [比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是0 q9 U! S" J+ H, t
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
% P# o, A9 F! ^5 e, n这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
4 T# I2 P! K6 A. l" c5 K第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化/ s2 r  n7 f0 e+ K/ @- c( N
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
& k# E  I( _! U3 K; P) h. B流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝0 A4 q7 Y" P6 q! v! @
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
. U, b# ~+ @6 M5 B5 k铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚+ n% P2 w1 ?& c7 `
合氯化铝产品。" k9 w. C2 _0 ^( s7 t
1.5 以粉煤灰为原料; [3 |4 U* z5 h, m
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体% ~& F% b7 i' _& `. l
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.* h% [- U0 J! d  T2 D: [, e
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
8 X9 U# d1 R  q. r- ]常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
: k9 L3 D( T7 E- U9 O高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
$ t* B5 Q8 i% Z5 C" L+ b* C$ g$ c人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸2 H- p; Y9 n" i& W& @4 \. C& R/ p" v( _
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再7 ^, ~2 @1 ^- X; {9 r
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用' K3 m3 Z+ {; o, }3 P
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化' w- j; ?" S0 D( C5 ]0 K
铝产品,据称能耗低。5 [: ]; I0 g6 [6 K( y# k! f6 t
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及- g9 |. _7 n; C8 g- p% L7 K
解决建议
; T2 y3 B+ N: t我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
0 t/ D. ]& c# n. ?4 Q! J; K: _! I7 x着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国" \8 Q) G8 V. n% ~# m" [
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
! \) I3 `7 ~. a0 ?2 e8 i  w- S但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
0 |" p" e( ^( {佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
1 I0 J6 \* ]& Q) ?+ k( O; g认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
- {: w  [( V& X* O% ]: h面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
; U9 t5 N2 j% G0 u0 V/ w0 ]究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度$ m; t- e9 p- Y
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、( I  `/ f- ?3 u6 V' O) \/ C
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
: r& B1 ~+ v8 u& y4 ?3 c& D子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深- n% Z( ~; f" D  n8 r' ~
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
9 |# R: [0 z+ m7 C3 t. \以下难点问题: s& _; ~/ p" R; G6 e7 q9 p
2.1 产品纯度问题
  L, ]" I% J  h* w! w; e1 Y( U9 l氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通( C4 V, }. l; B
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我) z& H8 W7 E, w/ n
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
, K- i! T- O) S1 K' o1 s6 \1 B产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝  n: I" e5 e' R* i8 i) U2 ^
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产3 R6 q0 [7 v1 i+ f) p, o1 {
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化0 e/ _) x' E" T* |. O+ J& _) d/ i3 q
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
5 }7 m/ J. E6 c+ r, `盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需; u4 [$ ^* P; [' w9 a
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
0 N8 @: Q* H% S8 d5 z5 N产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
/ H3 _% y3 M7 h3 [8 O. G. R" u0 f& `' ~. B2 }
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
1 j/ c& v5 F) _& u/ |! f8 T广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新; O& j2 b) o% n
产品开发力度。, ~! ]! [2 ]) m/ X) g' @) N
2.2 不溶物的问题
. u$ u/ R) Q# L6 \. e1 n国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
/ O7 i4 a* x! f* _# {明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
' F% @/ l9 a! i+ \- F矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加1 D* f# V, \6 c- R& y
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
8 @6 i* E* y! A8 Q) u* F* T) X应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低- u, H2 S0 v! W) s, |' B, w
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
) B2 o3 k' ?" t# v  y2 B6 J决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
8 H9 r* Q, ]* a+ U2 d果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择; ]/ x. U1 }6 A* L0 D
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①6 w' }2 f9 ~9 h2 T' n, ?
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积' {, W% A, V2 D: Q4 ~2 V  q
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗# q$ g' ^. w$ w1 _$ T" ]* {
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
; Z( k/ B! `  r通常会取得较好的效果。* b0 ^. z8 \+ o# l! k# Q6 q' `
2.3 盐基度问题% C2 o' w9 A! R9 P
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
4 p5 [' z' w2 T! t在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
# V" p: |5 X3 O- f$ e酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考$ p  Q1 t, B2 P) }8 |  u# A8 z
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和6 |; C+ T$ |6 Y+ T0 K; }- x
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前. q5 h, o* w1 Y( l! W( e
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。4 ~( g9 D2 I& A; m: ?" D
2.4 重金属等有害离子的去除问题
/ ?3 i" i/ j8 E" E某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
2 ~5 P+ n/ Q) e在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有9 n. `( g7 x  O: n6 K: T2 \8 `
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
8 s& w' l- T3 d6 E# U! s9 P置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
$ J7 y8 Y$ M/ \6 V. ?2.5 盐酸投加量问题
% o1 ^/ w) Y3 k3 c6 P' R3 f制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
5 s: Z* ?/ ~! L- H# A) |  Z业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
4 p9 o. S- i5 w! `  j" }本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶+ J; X+ H; N7 z1 S  k
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
* K; u( _" ~2 ?, G. u2 d题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
9 Z# C  J+ O7 L& `' J& O$ t, K) Y发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
! C) ^/ p  e6 B; n& F8 W* X通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率9 o0 @+ c1 C: W4 p* V* y& u. u% X
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
8 s! A  }7 r6 f6 z- s9 d% A: Y/ P2 i低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
2 @) ^* m! |7 z3 结语与展望
8 `# u6 G% ^1 U( ]1 R/ o聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
6 E& T7 `% Q, [品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水+ E' ~% V/ T+ w+ V( x5 x5 g
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
3 t. n- ]5 U- l' Y- C有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
: e# y9 y. v  M品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产7 p/ b8 `" ^- n4 k2 i5 J9 c
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来9 ^. x$ d: [( c+ _
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
( S& P' V4 X( m9 s3 q用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
# N4 _$ X) I$ @* V* S此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
  j( E  R6 Z) K2 m2 K氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
) P( Y* ~5 j8 Q: |0 H含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业) Q5 X" w5 z# f2 C' C8 H
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
0 U' R) k2 f8 ?2 \( `应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产4 m0 F" p5 v9 g2 \
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
# Q- E+ o, w0 z% h是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向% o1 e( E, A4 d% q! 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
" C( l6 q" B' A7 E配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝5 E0 n; O4 l- \
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
  Y: c5 O* E8 Q. }% o围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
6 v) W. F0 ^, K( F子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内6 ?6 w  Y1 l4 Q
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
5 ~3 `9 b0 b2 r( v1 O7 A利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
/ t, K/ K( F  a3 c9 v工艺,必将成为今后工业生产研究的热点& B7 F. b0 k' f
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/ F8 r& k7 u+ H- Y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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