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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
2 |: H; `4 |$ z( z(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
+ i6 ^; l: W6 ?在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固7 s/ y, }! @# F
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
% a8 e1 N$ U6 _2 T( H6 n2 K理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用/ D# S2 p. S# y1 A/ E  ^9 X
水、生活污水和工业废斜管填料中。+ {' ^' m) [/ e9 S* v8 O
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
8 D$ I% z( F5 E$ \/ a凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
9 x0 l% c* W. |投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量7 |/ S# w- k9 ?+ X( W1 u
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉9 V* d6 a& h7 S
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
! j4 ~" l! ?  H1 i9 y3 W6 ]2 {值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
6 m6 H/ z) P! J0 G7 r1 f从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研. z' K+ _3 X: G/ j
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
# E* b, Q! w3 k6 |. L) r# C7 c了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角" z5 Y' C; m  ?' O0 s# c+ @1 f
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
% v3 Z* l$ H% [# w0 g4 D5 |和探讨8 _- z4 }: g% F# ^' ?; M
1 聚合氯化铝的制备技术- x4 {2 G1 {! p$ @
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料" O, J, D" G8 Y' B1 Q& z$ p$ e
1.1.1 酸溶一步法2 v) v' P  c4 G/ |+ c
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
3 r( f! j: f! k" p( S7 R在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.7 d8 E. s9 Z9 x
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
7 u1 C8 z, Z% t4 z! R. T放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
7 z' N+ o/ ~3 ]% l水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
: V5 s# \0 Z( l% @) q) P8 g* T出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至( M& \# i0 V$ e2 l+ N9 n! g
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
, _+ d, {# O# {# ^. R9 K% q  v' e: F至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺( D6 A9 l3 x% u/ e+ I
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量/ \: u4 b# E' g" g7 T4 C, Z
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设% s6 T3 X% B1 p" Q# b
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重. Z% t* V6 Y( E
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
7 o9 ~7 m4 y- _3 ?, k利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备6 k4 u  |% ^5 B5 {6 N4 A9 k" m
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚4 R/ e5 t+ E5 Q9 S2 L" p, s
合氯化铝标准溶液。# f5 x. Q* E9 F1 W- ]7 C
1.1.2 碱溶法
0 s- g$ C, s, S8 C; v先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再7 |7 r$ @; E0 ^# r& ~+ J, L: e
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
: S8 Z- k1 w$ `( ]4 R% {9 ?的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠; ?' m3 i" w% r9 z% b
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
0 F. p/ H$ A$ K化生产成本较大5 c! D1 J5 G4 V4 q% a- ~
1.1.3 中和法) L/ ~' p' D! ~, ?- {
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别9 f1 W/ _2 `! d- q5 t
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
- {! M) X! ^2 C' J& q% _8 e2 U制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
# \- z) \8 v& E$ L0 k物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
: L9 A+ g1 X9 t% z! m铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
, ^5 m; E- s+ l2 n用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再0 V8 N8 q+ s8 t7 e  S& D( u
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得6 M" C; t% E, `% y
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
9 t  C) j2 q& W称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
7 V9 f- b0 M! @. w: P: _1.1.4 原电池法
5 S! @# J/ d. [% D2 E% z  F3 u该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
9 o' b# `: c2 r. W5 N- |  m化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
5 g/ V0 C: t1 M. H4 h桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属; }3 x1 z, T0 {% n9 t
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
+ _. A& C7 f; A2 a+ J行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
  V' P8 x" q! K生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
8 N, c! k4 Q' T6 {: k( o拌,大大节约能耗 ]。# @  J+ V  A8 }. q; S, z
1.2 以氢氧化铝为原料
) Q' A* W0 H% _) Y5 U3 T将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的: W8 x- f! Y( e& _5 J0 r8 F- o
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。/ ]) }9 [9 o( f  R. {/ K' U
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普  `- ~0 f5 K4 s; p$ C6 P/ e  H3 p
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
9 c5 L3 C9 G/ E3 p0 ^( i, J& H; Y酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
3 b  j8 o0 [2 c( g& Y( B9 R$ z& i不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多" f0 r, t" G! K. t
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸  s( |; n& r' E8 Z) b
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
; ^$ E! g5 N! t& V$ u5 t质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制  y7 k& e# Y; P/ G' n
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
( m# n  L* F( W! `5 d/ U) _  k酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯4 d0 _4 Z5 X6 |. L" I$ ~
化铝。9 \0 x2 j, b7 d% b
1.3 以氯化铝为原料. ^/ N6 y# ^  Q  v& f; N# F- b. U
1.3.1 沸腾热解法- X: n! V7 O- R; l4 @
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出: o: S, O, n  w. y0 R0 K
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
# E# K$ _& k, E# r& i5 H; d搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
9 l# k4 v; G2 j3 Z5 m合氯化铝固体产品。" D- q+ [" z3 O' F3 u; {
1.3.2 加碱法! z/ Z/ G7 k, g6 O8 V$ y: L7 e; H
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下3 K/ r/ q5 }6 s- e- z+ s  S
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
- b: ~( u" b& {6 {6 Z! r反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产2 s1 x5 w& S8 S7 k1 w; O" D4 Q
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产# e# J  j# |7 L1 ?: L
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等6 d- |# ~1 ~  v1 s2 V/ E4 E" e
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
. `# a4 @- A* P0 Q1 `! v5 z, B, PL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
' J! ^7 j/ h8 P9 u' P道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到) x" Q! Y/ ]! B. N
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质* O2 p6 E0 Z; L7 Q8 k5 u
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
- [% N- N0 |( v9 S滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
0 S3 F1 b' S5 P& @/ d8 m& t' Q1 |" T量也不高。
; Q% `5 `( d& l1.3.3 电解法" C4 U) h0 O: v$ ?; l7 ~
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以# l$ U9 Q% ^' @* u$ s
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在7 k$ g. E; k4 i9 _' d
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
" f* X. \  o( s0 F$ q7 o0 q等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
; a/ @0 G1 Y# X6 r! ~: b氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
% X% u% B; J3 a锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且# b# r# i6 J8 }3 ^3 s/ r9 d, d9 n
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的! m' Z: N+ b, e6 m. u
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
$ b2 Y: n7 N0 {2 C过程中的极化现象。; r) @' k; h8 Q( k* r1 T
1.3.4 电渗析法
  n6 ^7 T- ^0 I9 d) O/ j2 {" A路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解: {  i: b5 g1 g) K3 [1 a
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
' ]! a, N2 z) d板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应8 m0 M- t: K. K. B2 ~6 N
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
6 ^9 i" ~1 H, H0 j1.3.5 膜法+ \- H7 y  y* D1 I9 u
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
0 e7 s5 g6 v0 i+ Q8 e  I7 i化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
. s+ K! T+ |7 |3 [8 v  B! D. A9 e通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得- H4 H6 Z! [9 u6 a; p* d
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜, @5 n$ {' x" B" v; ^( t) k( |
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
, e# z& q6 Z( q2 q+ P以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
1 F$ ~( y' f& ]+ V! o铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。0 [9 ]1 x8 L3 y, \$ e
1.4 以含铝矿物为原料
8 L. ]- _/ ~: }" L1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物! b2 X' K3 Y$ B9 m9 c! g! Y" \3 x2 E4 v+ A
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
% O! s6 F, l7 Z% J5 P+ u' u要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
% r! V: B5 g" }* ?, m, A8 e几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一' N0 \) y9 L: B  T/ S. K
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等# U8 e4 e; ?" {" W/ ~0 n& g8 `
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其3 J9 `6 F5 h# h' Y5 ~+ {
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二+ h0 L) w  t2 i: J/ k: y
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
& Q& {- H( _! o1 Z. v, Z丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
7 C, d3 Y. P9 t* f% S9 c可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。* S* ?& @+ ]1 j
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚  b/ \2 \5 G& a  @- I: Y
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物2 u* W5 E( Q' Z- V2 l
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。+ U2 q& Y# {: Q7 }# Q5 p
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。% v6 g* Q7 Z) p" M( L* T. M8 G
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
2 x1 E( |) l1 L" L2 }4 k大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
$ E! i: H; `' J2 a渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
+ O: p3 v! @1 @粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需0 ?) w4 C' ^1 d
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
; r" q0 @9 @" j7 H种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
7 [5 `4 _& d) T* y溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越  N; U# u* Z- S/ e# G
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
. X% P( D8 `( |: L$ v20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合4 W; N7 s3 z- {) m) V  ^
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,, s! u+ e) |* x- i
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝- P/ y) _+ J3 J8 F4 L4 p5 A* k) Q
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于- `$ c& L! y+ z1 c! g2 l
30% 。
, w; e1 G5 v0 |% F1 N一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
6 s# n# \" o1 d+ I( m: i制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
# u3 F  P& I  k. }- C需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或: ^* X: W2 N: V) ^1 \
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
7 I/ e  z# ^' }% p和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
) t; h1 e1 H* c3 _1 M* F复杂,成本高,一般使用较少。3 ^/ R8 x% z8 \
1.4.2 煤矸石2 e, f1 _, Z6 o$ f* w. d
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
( S( s0 v5 S% r: t4 c; B# S8 M物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧3 [2 R! l/ f! V- D- I9 p% \& A5 }
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
1 a, F; z) P. e; j9 Z' v- R料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而3 _( a4 [4 T8 p  h7 J! i( y
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分6 J% o6 d- P  D
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
& B) G- g& x5 f, u2 E5 A* k5 u9 F5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
5 L: @4 }/ o# N& z氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,/ Q5 K: [' p: ]
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石* {8 d+ Q8 U4 O" {
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
+ U7 K/ J( C0 C' V+ d时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当2 X% ~. a% c0 x+ |
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
( C- [( r8 H  s结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化/ H7 g# a3 N: H: c5 k' u' ^$ m7 F
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
9 ^4 t+ D+ J$ u6 f- g7 ^基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
3 U$ C/ \3 q" J0 J+ s3 c% B原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
9 K! d4 Q5 t* ?% t1 q1.4.3 铝酸钙矿粉: `8 X5 l! E+ l7 `+ }$ L, `! i5 R5 @
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
: b; {1 _  i; j9 p6 r煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
% J2 N3 {& u# I. g4 W' K* K不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
0 ]  f  T9 A; [- @7 _- k! e% z(1)碱溶法8 L6 u5 P4 g" \! K4 x
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
3 y; `' c  ^" m8 b0 |& O液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后$ \, g9 t- f; k# I+ Y3 W0 M
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH( w( Z6 P( R: |! V% H$ R
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
$ _, {1 |# s/ g反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会, K& k& {1 ~! m& H$ D
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中+ C: u7 H) n; Q8 ^1 Q
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
. S) e& c# E, C8 y1 v/ j! K9 K状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
" R# H, |& u3 ]7 v铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但" \4 K" z8 ?: L; y3 ?+ b$ V7 H3 B# r
生产成本较高[19]。* Z3 v( q6 b% v  V7 m# y
(2)酸溶法8 K) `4 u4 V$ Q% j6 Z$ N) I
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
$ T# w. Q8 e# L9 d" u熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简$ y3 ^0 v. D: U! {  G2 p7 y
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不1 M' G1 j) p. J! Q+ M( i2 W
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常" X: j4 G" b1 {5 H6 W7 q% E
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,$ p* l# \( X6 W# N
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合5 ~; v$ c  A" v
氯化铝铁; L/ Z/ \1 v" q2 \" g
(3)两步法0 S/ R5 A8 B1 j! ^: H0 Y  D. m
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工" F' B. `5 X/ j: r
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量& u7 K1 ^3 @: Z+ s2 d$ R
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是% Z; L! g; L* X, q" R7 ?3 Q
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
6 w) b1 u# G( T* m- P" s这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
. J7 n6 h! P. M- |6 z. w! H2 x第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化' S9 i( x% |5 z3 f/ ?& M* d
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回8 c9 ^" i% o1 w# c
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝, m$ t$ F* X4 E5 b+ Q- o
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
' B7 e6 o8 F3 Y铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
& m" [- V, c7 G4 h$ V合氯化铝产品。8 }8 K* m0 z! W" _8 s
1.5 以粉煤灰为原料
$ @1 A9 ]# e6 Q1 h6 t4 a粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体3 L; B) o1 G- {* C, o  o* T5 _/ a
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
1 ]% H# g, k. N7 \, l活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
7 a  R/ V  m# i8 ]$ u常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
/ e9 f/ k# Z. B/ [5 P; q: u高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
! X9 E+ n' [: l3 j* y人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
$ R- \- l# T/ N# q- c/ }溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
$ m& A9 F( w' _% e2 l- B用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
* J7 W) F0 q% M# z粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化: n, I" ~: M! I" x$ ]( C
铝产品,据称能耗低。
- C% J. m! @- u# m2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及. n1 c2 [! g$ y8 d0 _  S/ S8 y
解决建议1 _5 K! s( K$ [
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随4 e$ {- C0 _8 I: A! ^" q$ H
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
& q) f* l" a4 Y内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,3 W9 }; s  [$ J9 i
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最+ `/ u* W% F) K9 y% l
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者+ ^" L& ~* o- t/ j  m
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
0 i4 x6 |% Y  E; Q面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
6 p5 F8 o( Z# K究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
0 J: ?7 ^. ~1 S8 v  m反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、  \# y! _" m; |- o: c2 k1 K' V8 `
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
6 J0 i9 M) V2 l: ^. _8 y+ j* _子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深9 [* P% X1 b" P, P+ p+ Y7 j5 e& y; ^
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在- r3 @, d# \6 O8 X
以下难点问题
' h$ @2 V& \( D* n! O2.1 产品纯度问题& @5 z6 z5 q  B2 }/ o
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
* n. m! I: X/ S6 ~常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
# Q' E1 [: |/ H, ?9 T国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
, T" {" M, X; l产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
+ c  t6 F( d( b& z1 d( q  t酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
) S/ M* `( v# n! j$ h+ U7 ~! B$ O品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
( m, t1 S; g; e0 u铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝# ?3 c& |. [2 P1 N+ H8 H- o0 Q
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需8 H+ {" e$ J- B- i1 w
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝$ _- h0 z% ~. d
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
% D9 D8 z" s* @  A& z  Z8 ?4 U2 J5 u6 W- z% K3 e$ |6 d
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推* c8 n$ l5 A9 B1 W* d
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
* R; R: R& k; {1 I/ l) B$ A产品开发力度。
8 R0 ~3 Z9 t/ Q5 B2.2 不溶物的问题- u* a% o" R( `: r
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了# q5 q# ?& |$ d. T( K7 ]
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
% Z9 O2 v$ X7 V$ b4 y) t# J矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加: \8 e7 y6 h* I( {$ G0 Y, M1 [. \: F
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
: F/ p7 w0 [0 c1 g* s% F# C应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
  W# ?* M/ a* R% O' @不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解- r) P/ N, k6 [
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效% D9 F+ E6 H; d8 K7 b% c* T/ m
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择8 [/ e- d$ w+ I" |: B& C( H: o
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
  I" s+ F9 a+ C& g自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
6 o" g6 C! ?& }- D" H- v; r小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
+ r! [# ~' ?& O8 I高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量," X* B; e$ \- }, S/ w- ?
通常会取得较好的效果。" S% V" F/ {" K3 A& B- k
2.3 盐基度问题4 [8 P1 J7 s8 c
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
6 S" [5 u8 M  |( \4 O在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
5 K6 c+ w6 l' u- O* u酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考8 F: f  T  Z4 C5 d/ @
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和9 j3 b7 ~" A) D# D4 u, i
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
+ I3 T' S! W: ]% n( H5 F1 V国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
0 o4 e" r& u$ t6 a3 Z- V# U0 {# i& z2.4 重金属等有害离子的去除问题
/ X: d1 X: `/ u5 h8 m1 B/ ^' y某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
8 v; e& E7 t' y1 a* P5 S1 K在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
! @" i& q/ I6 m# s2 O5 ], j害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
! X! S) q  y# m% F置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。4 D, Z+ q7 c, M  F0 ]
2.5 盐酸投加量问题
& m7 ], N. `- ]: {制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
: i& R& t0 r2 V! o5 f2 m( W/ e业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成' J) g* r! _* i9 D! y: v6 [
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶3 P( u/ k3 ?2 k: T+ p& s
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问* b, ]3 r+ S8 h& R  r/ v3 B
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
  [! ?+ |) _( d4 v发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
5 d6 ?6 ]$ ]/ J* Z通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
# z6 M7 O: _) ?) d低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度+ X. y: x- y8 E( U
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。  \+ e" i2 z2 P9 N+ z& T0 k
3 结语与展望
( o- W6 F, p3 ]6 t6 J! V  ?6 J  u, }聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
* d' ]- h& {$ }' @品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水+ n8 R& t/ J4 Y8 Y* r9 ~$ _
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
, u) [- d6 F+ V; B( p有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝9 a0 a- Z5 M# }/ J) T$ u
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产3 ]( Z% ~( f% D* l% Q/ C
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
# {$ Z6 T2 D3 L由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利* J2 o$ Q% a& L. R; G
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
- a1 {+ u* M6 v; ?此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
* j, Q( z5 l* I( R! u# I( S氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
! \+ d3 V) E7 I0 s+ i) k/ r含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业/ I/ R- @' e; ~/ D
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究' c4 [# w. p& |, k
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产/ L) Z0 f# F" ]: P# @4 h9 J8 Z
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
+ W4 Z; n; |$ v7 U$ p* C是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向0 |: K2 d) M$ g$ `" `0 `* ?
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复5 ?! n5 Z( b' p* R8 T! ^
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
+ T" d7 I6 @, e* T* Q剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
8 N+ l' N- C  X! }0 I7 F围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离' |3 U* \/ u. U9 s, R
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内3 B- t- l7 R0 |0 ]) J( v) ?! m
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料! v4 J/ d3 R. o! X
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产- y6 t3 u: P$ k. L; n7 a
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点- {  B8 J" L/ D$ \. t: M& I/ M
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3 h( C9 i/ J& \- a' e2 i' O* Z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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