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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
7 _& _+ i, M  w(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)2 ?8 y  Z% U6 n" g9 A
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固7 {# m$ H4 g8 l' v7 c+ U+ j
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处' i; }$ A  F: k5 X0 X4 i' z
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用2 o, S/ ]9 J/ n
水、生活污水和工业废斜管填料中。
( a7 o  V0 `% P' F  o" {7 k$ w聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
, A& U6 Y9 i& S& C凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
8 |  c+ F: i. k: u- L( y投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
3 |. S4 W# z: a$ D! s$ r最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉" C  t% |0 N* A  G. k0 b) s
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
+ H. g& h% }" M) ^8 Y: t$ ]* c值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
6 i& Y; Y$ N* c9 L! w从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
% I5 H" g9 n# w发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
' |/ I* s0 }1 o  M; P. |* b了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角; Z; O. W, x6 v
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
& G2 v* O3 H  _- J; u1 }和探讨) |+ |* }# g( V6 ~- `
1 聚合氯化铝的制备技术8 c% t) K4 p. g  G' Z' M6 S
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
4 F0 Q8 G$ N8 k% L7 y1.1.1 酸溶一步法
' ]& h9 L# K) v- n3 y3 a将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
5 F% n2 l4 ]5 Z" g4 Z在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
. l+ O  b% A0 H- e3 Z, O. Z放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为: n7 u# G6 O; x4 e; o1 W
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
5 ?# p( |0 o- Q2 u/ G9 x水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放5 T7 N; {6 a: ^' I6 ^% q
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
  Z4 v$ O. Y7 T2 J; E% W7 J+ w不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
2 a: E% J+ n  r$ T至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺; O( {0 Z7 D$ v9 a; x( q
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量3 h& z4 b0 a+ v5 s1 q1 [
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设6 f$ p" z& G4 \" n
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
' L5 v* _- w9 Q1 m# y: S9 g1 Z* I" S金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
) _9 D. ~4 r) U3 F利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
  a! @- [' p+ I9 N8 Q出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚) f1 \6 V7 g! F5 F7 s" q
合氯化铝标准溶液。! M- L: W" A# {  M+ Q7 {% [/ o
1.1.2 碱溶法
0 O* c" N  ?6 w/ P先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
1 P) [( c' U/ h) \6 P用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法; o3 X. E3 p* o$ D* ^' m
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
# i" J. b$ Y  u1 v: X含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业( V/ m* a6 G( h& Z+ k: Y
化生产成本较大1 H7 \) _+ Y% S& [2 |, M( [
1.1.3 中和法
6 j# L% o: D/ i3 b该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别$ x: h7 c! [7 i9 \+ ?
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
- J9 s8 q4 N+ j3 E制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
! y2 f- d1 G4 A' |' t物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
- `0 X/ B8 D2 d2 {* p铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
2 ]! M  R2 g6 |2 e: b4 a) d5 L用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再1 O" a8 t$ y$ z
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得' v; K$ q6 R9 L0 g
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
# O* [2 [7 _7 A$ P" D: X5 a称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
8 c- @2 K; s$ u1.1.4 原电池法
3 ^& S3 P. N( s7 K8 R3 i/ Z6 ]" z  R该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
! k+ i2 @7 F# F3 U5 L4 B% d. ^化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆& V; E: R- E9 a1 v2 ~5 Y
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属: c- r9 t2 z  B9 R2 \
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
' a, x2 |1 l( G! z* f行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产4 M, U9 Y1 P* C' f4 C
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
# Y- q& \$ d/ `& }; H: {5 n6 l拌,大大节约能耗 ]。
2 i) Y7 M! h: R$ M1 O, e7 `1.2 以氢氧化铝为原料0 `# K" w9 O% A
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
* h" ~, @: Z. m/ [8 t8 ~% n2 a温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。7 Z6 [/ b( m; T! Z: r4 ]" H
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普0 j* k" S- X& U& [" @, N
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
. e4 h' R; A7 m. y- F酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
0 |7 L* [; r4 j1 z( d不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多6 n% T, h$ H0 \3 ~( {, Q
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸9 W, @  Y3 p! t% o6 U: o9 R
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
7 I! J0 c* B" @: a/ [8 R质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
5 |8 M8 p/ k9 [" P得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
6 n0 l7 t) [3 ~  ?# {4 y0 ?2 }+ t酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
) V; @7 B3 Y& t化铝。
7 p( g6 z$ y$ b% _# F6 C9 k& v5 T1.3 以氯化铝为原料
' i( a9 l& h7 @1.3.1 沸腾热解法; d2 y! v5 P" O8 C$ C9 b
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出! T& R8 e% V: `# F- Q- J+ n
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
- F: K: U( }; k搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚# `+ i3 u& M5 B3 s8 z( q5 k
合氯化铝固体产品。
' c! v6 n' Y& S1.3.2 加碱法  _- R4 X# K1 J) x- ^! y3 G
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
# q: _9 d. U9 b6 ~* _3 M; u% L9 w4 O强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,: S" e: u0 y" I7 O  c* Y; J
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
# }# w3 T2 ^+ _! m2 s& y品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
) l$ j% g# k% d- e品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
8 T6 b) }0 N' J3 i. W通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
  g  X  z7 n* w6 FL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
# b9 r$ Z5 L* V; X0 J道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
/ y6 `7 X0 L& A! E, tAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
" H+ q! m% a" @) Y1 ~) F量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
$ V& c+ N5 v+ s1 b* _滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘  H. `9 o/ \) z, G, x
量也不高。
8 u1 K/ a% a8 z7 e' ?8 y* @' m% z1.3.3 电解法
" M, k! r! r$ w3 g. O/ Q0 m该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以) D$ Q  C# {8 C% \( a6 [
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在3 ^- [+ `6 S& H; V
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
. C' x5 ?& z1 g$ }+ n( ]% d等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合9 A3 ~  m+ z) W6 n, ^, \4 e1 S! i4 J
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
( m& Q- F" ?7 O, K9 @. U9 p锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且; L4 z8 l: f* p9 K
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
8 Y  R& `# n) F/ {/ d, t倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解2 N& ?' _: P$ H. r: s/ A  u
过程中的极化现象。) V# m* f8 ^# N+ H& @1 R% ~
1.3.4 电渗析法
; {# z8 t' E8 W) R$ m路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解2 I: J1 O9 B% d: i6 f
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁: ?+ h! l& K) u( K0 n& Q
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应6 L+ ^; s) x$ V! D
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。) z) B' O" t& P6 R- Y# P
1.3.5 膜法/ _4 J8 J+ A( |2 G6 j
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯/ `5 N2 }: Q& p8 m% c) x
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液; `% F+ d; ~2 s+ v  m' c4 V
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
5 t' C; ]  s; D9 m7 e% W9 W7 b/ x) S* A* k+ bAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜/ i+ I$ o" y" N9 U* P1 Z
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%% G! M3 I8 }% l
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
' D$ K0 y1 ]2 ~+ l" x, j) j铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
6 T0 z3 {! T. d* b( L; _1.4 以含铝矿物为原料7 H1 g* I) w; z, y6 Z5 C4 m
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物2 L  |- ~) P( t# Z; ^! H, a$ ^0 h
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
& a2 A" B( L0 ?* r要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
3 j/ y  g9 x6 \* M几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
& Z9 ?* m6 ]% i1 n4 ^1 D% A般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等0 u( P* T: _8 O5 f' }$ U
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
. z4 R$ ~8 B- |% F$ s分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
5 B, d' F9 x$ e# W2 L氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为  p) f) x. P* ]; C
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
/ J. i* }% b, F5 ^" j+ ?可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。9 t6 [7 i) w3 h9 A
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
+ e7 C& v, B5 \$ P5 d氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物/ O- J# j% P& Y4 z
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。- b' J' Y; O4 c1 Y2 X; Q: `
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。1 g: \5 q; q- z. R7 q
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较6 T1 Z( {- Z, J& ~
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残( [" d; [7 D- k5 W1 W" E
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
& B& x/ o! @# \) W5 j0 J! X3 J2 @粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
' r. S8 i- D0 w, z对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
2 ^! U  v/ o: [, D种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸; V# E9 j# {( j* d
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
; J3 |4 [# Y& Z% E! ^9 w- K高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为1 w; s" s8 _  ?
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
4 I( m7 s  J* N9 g6 U4 [氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,& \7 j4 F% k, k+ c# m
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
: _) E' ^- l$ H4 I  f3 x铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
5 e7 \2 z6 E1 ^9 S, }30% 。
+ J$ X- ^7 F, O: H3 ?, l9 P一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
1 x$ w) K6 b0 @3 |制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都% `- I1 o# w/ ^: S6 u" |0 O
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
9 `7 k' X2 C( P. I其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠4 }  D$ I" m3 t. I  A4 d0 d
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备0 O: x) z& S+ ?. A; n% C
复杂,成本高,一般使用较少。/ s, S$ O/ \7 f, X6 a9 O
1.4.2 煤矸石
/ v: T2 ?2 I. e- j煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃- D' A: ^9 b5 Q1 o, R7 Y# H9 M
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
4 i% d( ~0 K) f3 q# X增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
. A5 L; x6 V  w1 n. q- `料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
' m; c: K5 A- P+ ^9 c且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
( S) o! Q  U6 O! Y' }数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和, d1 q) P6 Q: v4 y/ U& J4 q
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合" `% [* C! d, O/ _+ R  I/ x% X
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,8 R, x- v0 g2 ]- D' a2 c' m
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
9 v8 T0 x( {/ b2 c! r  r% f% T5 h经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
% q  s# Z7 v6 @4 G: M时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
) B+ t7 D# o# ?  D7 B% [处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得1 T% x! \( Y% T4 a
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
2 v& ^& r* w( p( F8 |7 |* t铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
8 H1 `3 _+ Y$ n9 f基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
& n5 Q- ~9 ^' X* l) }9 M原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
  `$ n5 ~! E, J, K! B1.4.3 铝酸钙矿粉
, p3 F* I; s! n+ e# _9 p( r( n铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温0 O9 a8 F/ y; G) U7 x4 g
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
, \0 J2 E: ?3 C9 {不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。( U8 l+ r; f; `. @) |7 }- H
(1)碱溶法0 q( b7 W- f/ t) R% y" ^' R
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
; {9 x, q: \3 M. d7 @/ i/ c8 H3 A液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后5 @8 q& o) |! [: t$ J" n
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
" J& ]2 ?7 K; J值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
& Y, U) d1 k9 L) _3 V1 }反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会# m( l& s/ a" p7 N  \
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中! g1 R# A$ l# M0 i- `. I' d
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
7 n  a, ~4 u2 M: A& x+ \状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化) N% A: n* e' [4 P1 T8 _0 b0 J
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但1 s  h1 h; i9 n/ _7 k. T, ]
生产成本较高[19]。1 f, A& E( U' r1 x' I( K) N; h1 `& R
(2)酸溶法
( m" c- ?% J  K( M  }$ s把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并1 {0 Y2 |: Z* ]5 h2 Y
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
) Y) W: G! A' f& r" v: x% l单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不5 Y/ P5 O* N4 g& `0 r
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
2 J- @& e( H2 M* d, F不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,- M: h6 J7 ^3 w2 E; D5 @
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
( d- c( q0 m. p+ g# @: n; T氯化铝铁
6 h' c  m+ P# A* M: Z7 ?6 w(3)两步法" X+ x& ]: T! \! v( z. [
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
' {. Q. p/ I; Y/ n# n& c6 L; l艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量7 p& f1 K* d4 a3 `
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
, R/ H- a6 {+ I- W0 x. I把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。* ]! J) Q: i* p9 m
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
! C9 X7 u2 x" i1 w8 k: G第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化/ x8 ]7 a- w2 F
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
( G2 ^$ S: D: B. I6 ^0 J, j流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
. s' y7 @* z' z/ v' k  }3 S酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化3 I: ?, X6 X1 d9 {" t3 p" S' C
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
& \, [7 C, e0 t4 v/ U9 N$ _! K* E合氯化铝产品。
* W4 w7 Z4 S, Z! {/ f1.5 以粉煤灰为原料
2 H5 D, d# l5 w: o粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
; Y6 v  k* N3 N7 g- u# q3 b3 _废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
% ?9 e+ J  ]* t活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通' A2 ]: {9 q9 i. s7 v2 j6 b8 d3 t7 e
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性' u$ i7 Q& w" d! _2 ^0 ^
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有3 E; ^. p: F& N" H6 d
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸5 i) i1 g- U1 I# U+ }: g
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再0 B4 ]& g7 G+ y8 o1 m
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用2 ~6 y% z5 K" A0 W6 @- ]% z! F, Q
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化9 T4 u+ M6 \, S" t; U$ o
铝产品,据称能耗低。6 \6 D% J2 o5 S/ K8 a0 @0 Y0 W
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及: C3 S$ }" n/ }* }1 P% [
解决建议# l: X/ G0 P* L! T" o9 h
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
; N( `1 r# P4 X$ G着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
) f+ c0 g6 A, G内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
, s7 G" h& i( C9 |但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最1 E, m7 E3 u9 A* y& x# }
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
5 U3 q9 X6 x* J, V  u6 k  |认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方4 V1 z6 s5 V( i% L
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研! t3 [& O& i5 c, \) @% @/ r' w
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度3 c$ t/ `# S- x3 P- g
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
3 u# B% c8 c. a; i硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
5 L9 d  V+ @, R/ \3 x子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深0 {% L. y' d5 P& }) l2 a! A
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在  i! D9 q% F; x: t, D/ ~/ `' x% m% W
以下难点问题) V2 N. T% `2 r- G9 F8 n
2.1 产品纯度问题7 K/ K" q  u0 m9 I6 E
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通$ n* D# W- f# [- E3 W; F; `' e& }
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
! t5 `& w8 J% a4 T) h; u国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列8 Z: p- S8 b1 P7 y6 U1 ~2 G
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
2 [7 b# n3 j  f酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
& ~; H6 m- t6 d品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化! l; J5 L9 l& ]
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
, P: o3 t# k% K3 ^  x# b盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
- |0 R* l9 D4 K$ C5 @求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
& a) q  T/ O4 }5 |* T产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之% u9 j: f( r8 v" ~) @2 V
: ^1 R) B  r  y( ?
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推) S( a( r& w7 }
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
  i8 I7 F9 J; ^; @/ Y) \; h产品开发力度。3 j+ K( Y" b( C. j+ ?4 t' }  R4 E
2.2 不溶物的问题
- y: }( E3 N+ d3 L: a8 ~- |9 P国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了9 w/ u) v- s6 h9 X4 f. m+ ?( W% h" D
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
) l# Y5 u2 S: c/ _矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加8 z+ g7 L' j. E! Q
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
! y, a% m' J3 o' p4 M+ Y& g应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
2 d  V! m- e0 h不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解0 f( D. h, C6 P2 {4 n3 U
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
, b  S1 w( B( M/ x* k' `果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
3 o( L7 P' G/ @8 ^6 B+ ^, m也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①* G5 f* R/ Z' S$ z
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
% d+ J) o# _- ?小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗: m. m4 K$ p: ~! ?/ l' u' S- J! u/ b1 q
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
% h. I2 r8 t: Z. }  Q, Z2 r; S通常会取得较好的效果。3 l' ~0 a7 M1 F0 e
2.3 盐基度问题  {+ T8 g9 J$ I! a6 g
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
& O& b% L( B7 K. J6 t$ M1 t在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
0 s5 _  h/ G- ^3 \5 }: B" o  X酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
1 n6 a6 J" B; z$ `4 s虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
3 e" {7 h. w  \4 ]. P7 O铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前/ e, c  o# Y+ L$ m% y3 s+ r0 i
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。! e& d; t8 n" z: `! z
2.4 重金属等有害离子的去除问题2 d+ Y+ `" q- m1 y5 _
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
) _$ B0 f( `4 o2 D! P8 H! @在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
: q. j# I  b) C害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑" D9 @6 J: X+ I% h( S0 i
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
3 y7 t3 L! R' Z- S1 r2 [/ k2.5 盐酸投加量问题3 }: f: N# z) a  [) h
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
% L0 t. [. u3 N$ w* f. i业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成) I1 G7 Z% Z& }: s. N  }$ J7 x
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶' K; i% m( b- _3 G6 m- q! p% e% p
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
/ L4 c# N" m( F2 R/ a4 m' B7 ?2 E( L题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥6 B6 y" O2 t$ A1 ~3 }
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
1 i6 C# ?" E* T8 Y通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
5 s1 j$ `1 g) @! z低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
9 I! `4 g7 n3 ]低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
, M) x$ c$ b! X! E3 结语与展望' C: n) R; ], J/ v0 W+ m
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
& l6 d, V3 O9 C+ |品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
2 T5 A# u+ }( j处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
+ {' H# p- g, c% O! O& ]- J+ {- Y1 ]有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝/ G2 S" N( t2 n+ v0 H+ H
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
9 F8 M$ O$ o2 {4 i1 ]品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
: f3 H9 I5 R( m, K8 B( p由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利  w- l% }+ M' N. ~1 S& w3 r$ V
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用# l, k+ l. p% M9 o  n; k9 s9 {
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
9 h/ o3 W, e8 t( k氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用( g- y& E& X: y/ L, U' H
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
6 c4 k. r1 o% r& \) V生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
4 @, U: ?- a6 L) B& [5 S应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产# r5 f3 M: M& {& P* M7 B+ B& [
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,2 X6 y- R7 H6 o6 K) q4 [' F1 J
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
+ O4 V0 k0 H7 W3 r! ?: o是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复- N4 O) \9 P- y( }( t0 G  f+ l; e$ _
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝- u0 x: j! G9 e6 L  {
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范' K4 T2 I; P/ m9 C2 d
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离& K' I7 Y% B( d' |! D- c: {3 T
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内2 m) e( u; J" E4 h7 L  j/ l
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料9 r1 {4 m" n1 R% e2 z1 \
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产* J* A  N+ L* z9 n2 u
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点
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/ d3 p/ C1 u+ _4 d7 [- s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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