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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! e: [; B1 b(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
' F! y6 D, q% M5 k7 n5 d: Y% A7 ~在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固( ^1 `  a8 Z% n1 m' L
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处# I3 H- b8 ~' B: s- ^) s
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
9 ]) b* H! I  v0 s7 _: H. [水、生活污水和工业废斜管填料中。
" p0 O! k8 Y0 L2 J+ F聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
/ e9 N! L/ X8 S9 C. e* @/ n凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
3 b! e8 H! f6 w投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量3 }' ^4 i+ P6 o+ x
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
: {0 B' u8 N5 L1 |; O& S淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH& W$ d9 z, M! N0 }3 s1 r, q
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国/ x7 s; `/ K- M1 t; y
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研; ^3 u) V! y" ]6 o4 T( N( t
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到7 @. K5 n% l5 u+ L6 p) Y0 ^' j
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
; ~3 E- l9 ?  j8 E9 M1 ~度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
/ N. o( m1 ~9 M( y) D和探讨2 B* y) }* D+ H! w1 v6 D# c7 h( R1 l7 d
1 聚合氯化铝的制备技术
8 ^8 r( k, Y2 P* c1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
. N8 |7 a1 v& t. B$ N; b1.1.1 酸溶一步法( Z9 u; Y7 W+ E/ y2 z
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
6 t+ K' R9 |; x! }# d* C. m0 [在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.2 [1 ~( O# A& O3 v! ^$ S
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为! I' D1 f8 }9 K: L9 G, _
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,1 o& k2 `( C7 S& r) b
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放; v" b7 @! ]5 O2 y- a' K
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至0 Y4 N& G2 l5 H; e3 h
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度) o0 B$ P' K: p9 D6 F' a
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺! P( d0 h9 Z1 m
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
$ `0 N9 X% o5 _/ S较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
: f) a* v& g& m备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重$ Q  c$ D. r2 x! s8 U; }- O& L
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
# k2 \1 m# w" _+ I3 f利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
/ Q) {% M  d2 [出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
& l& G+ _3 z, W- V: S合氯化铝标准溶液。
- M6 h1 x1 k) I) K! w  M& W8 s9 i1.1.2 碱溶法% z; j8 C% |8 e  n
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再1 n: J* r7 E4 `! I6 y4 q0 q- C$ e+ D
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法) B* ^" Y: x7 |/ U+ }
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠/ n, c/ |. ^  Q) D' @) U) ]6 Z
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
2 k' s& y/ |5 |! o0 W; J! n: r化生产成本较大0 i# y9 ]0 i8 X+ p
1.1.3 中和法
# e6 i& ~7 V7 a4 V( ~2 Q" c1 W# S该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
" x1 T) {+ C/ j9 k2 K2 i! y制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
/ W2 y( n1 n- _制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶) P3 K/ F% v- v% i
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
$ N+ I: G6 Z9 J6 i/ `铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分3 o  {) j1 k) o- J5 u
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
: \* L! O6 O. Z7 G+ E9 y; }把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
: C2 w7 n2 C$ q* G0 _. r' |到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
3 ^& [6 H* P: v# \称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。! q' u$ `7 N- Z/ K% h/ V  X3 o
1.1.4 原电池法, t$ W/ W, i# C+ W2 p
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
$ ^" f8 i& c* `. T/ c化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
8 n; A  D" |8 G# F桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属) a9 v- H3 |9 k% w: [
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进4 ~& {5 t4 _- i, c
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
0 g% `4 N, N9 e生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
7 \3 U5 O- `1 m拌,大大节约能耗 ]。6 B' |/ m  s1 c- X; ]
1.2 以氢氧化铝为原料: x: Y6 U: j, r8 T2 b& x
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
! V% |9 E0 T2 e% w" k) o. J$ T温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。" P3 O% D+ s* T7 v4 R  }0 j% P1 I
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普# o' g! i( A  n4 m
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
9 M7 v2 b7 a8 ]" C7 m8 R6 }1 c& v酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度  b! j: U- F7 g
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多( ]  F; Z5 i6 v5 y( y: Y
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
: ~  n3 G8 C0 @0 T' Z% W钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
- t5 E5 G+ X( {' u" e质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
4 k7 e4 N' D( u) e3 p6 g得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝2 T# g/ g  S& {) j: U% h/ a' e
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯6 {9 b, g5 a2 G
化铝。
4 b- t) Z& c1 Y8 J1.3 以氯化铝为原料- g: @$ p) s1 `
1.3.1 沸腾热解法
/ [( ?% ^: T! y/ n" a9 j( u用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出% v5 }$ S5 p: L# f( |2 \
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
. ^2 D: C  \7 @0 r0 ?( k搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚! [, A) d6 y; X' u
合氯化铝固体产品。
7 y; M3 V8 V& b/ r3 a$ U: s% R1.3.2 加碱法9 f5 k* _. }% o# I
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下( L" Y  i* \6 r9 K( O4 ~
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,9 D5 L* c& u. F/ y9 [
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产/ Y+ L7 ?% U/ S
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
) [: E! o+ U3 `* [3 ~/ [品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等7 e# e$ E" S5 Q
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
9 G0 o8 w2 H: U" J' C  i, n4 |6 U- r) _( a- qL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
: Z& Q& k1 {0 f7 J- e  u1 r道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到. ]5 F% M0 e  j+ r" L, N
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
7 b' d9 j1 W& ^" k3 F! p  ?9 L量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
2 A$ t" S/ z2 O* m" z8 B) U; B% }2 f滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘" o- b) ?% I5 @& @6 M
量也不高。
. {3 B% }- b( N1.3.3 电解法1 F  J9 ]5 ~: c
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
4 e4 S/ q2 ]+ W# l不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在7 U3 G5 L* K2 y) d" i% g( |
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
. P" Q& V; N$ z. \. `& D: H3 i5 y等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
6 D$ ~$ E! Y* n9 c* ?氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何5 W. f( F  H) o
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且" Q& `  o9 P9 B" m& m5 J8 j
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的# g9 \) a5 ^5 i3 W
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解% m" }% Y7 w/ D* g, B  |$ ~
过程中的极化现象。
/ L: s) x" N2 Z- i1.3.4 电渗析法
( O; K3 s2 _) O& o路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解* J* W9 e1 i& \3 I. O  j0 m
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁3 J- J0 f8 I! G. `) ^
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
+ ^2 U' L+ i. s: L" w; l室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
1 p2 l7 l4 u/ j/ J, O0 l0 Y1.3.5 膜法9 T4 ^& b- Y7 N& d  @
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯! u$ g' x/ r- T3 B3 Q1 o
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液% [6 O7 d1 |: o8 Q: [& M
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
4 p( S) s- {6 d* KAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜/ e( k0 o& s# D& p
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%9 r- e5 q" c' ]" ?( S
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化% l8 l! Q0 \9 |8 q" |
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
5 i" z( |  I5 c, C+ C$ ?1.4 以含铝矿物为原料; ]: P% Z! U/ A) H
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
/ E  C: @8 T; d5 c+ }) p& p铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
" g7 n8 \# ?$ A+ A! h$ Z4 Z要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这6 f* `- d, o7 s8 [3 N! Y: Q4 k/ t
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一& l& ^4 M( {- }5 f
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等# s* f+ A  y$ M$ D4 Q$ V
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
4 x& N3 ]1 S- u* w% A8 s分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
0 f9 A: c. Y+ R0 ^氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
! H( f9 o# a* F* v. j, X1 r5 ^丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,0 A( M  \' Z' a, E% r
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
, w/ e; S0 Q; m2 x# Z霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
4 a7 q( d' b/ L氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
* ?/ }  N, e3 ~! I4 L; u) d一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。" Q" h0 s, s1 P& f+ U
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
' N# @! r6 ^# ]% u生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较" I+ ]$ K/ a( ]( @6 c
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残+ g0 Q- \0 D# ^# Z
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
* p# B1 P/ _5 {0 \' v粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需- q' `8 g; j4 u% S
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
  I, g. m! p: [, ~8 L, P* z$ K$ Q种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸% T$ `' W: D9 h7 m3 z* E5 o
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越* ]0 c4 f8 H( F1 F- s
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
* Z2 A0 Z: c, h2 i) F" D, P20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合6 T. j; d7 l% A0 N. T4 |; K
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,8 G& k  S, O; `. A
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝1 U, }- Q4 v$ o1 Z4 ~
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
- ~* F) J, D1 b% G8 `7 L30% 。) G! `% y2 E' k2 B  N
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
& o2 R7 p3 h3 c制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都4 P# |# k% w. ]! k/ y. }
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或* r/ ~- |8 f' F2 Y
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
8 d0 k+ Z6 u2 k. n& n/ L和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备0 C5 K, I8 L# }
复杂,成本高,一般使用较少。/ ~4 u" {5 n* K8 v- f) G8 Q
1.4.2 煤矸石  H5 j) U% c8 z# ~8 R
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
! Z( K3 o+ |; d) e2 }" W% K物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
. j: c- L( E  w) J3 f  |  U增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原& F  U7 @; }/ ^$ k
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而! k4 N4 k, B& y/ n) m
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
1 D2 p2 [1 q2 j! D7 P' n  U数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和$ K" j( V+ s7 G7 x: S  ?% T
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合. w) z* u0 `& D! o! Z7 A$ @
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
9 e* i' L, G# K1 E$ x已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石: w, {9 b1 g. `7 Q) W. T8 R8 D" c+ x
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小# ~. J+ f' E, Q- z
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当9 ^( @! X; q" ]" }' P9 d; j
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
, R5 f6 c4 @9 ~- {, ~- m( V% [! F结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化9 `& |3 `, `! p8 U; T
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐1 S/ Y4 ]# {/ W3 G0 F
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
4 H2 ]. _( [# X" _; c0 t! f原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。. ~- K$ @' d: H
1.4.3 铝酸钙矿粉3 {  {# ~. [$ t4 a- l' G- S2 B
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温4 r& o6 J! V* q1 W
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的9 ]  M* n, Z3 U) i! f
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。3 J2 z& e* g' }+ g, }8 z  k
(1)碱溶法
' U2 @" b  I+ }+ \( u' t- n8 j用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
; ?; ~9 e; Q7 v5 T4 L+ Q液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后& N& M9 k" C' l% ^
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH, j# ~5 K1 _& a$ ^+ k2 ^. r
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
8 ^" n4 Q  H$ D' o1 m0 ?5 h% z: Z& s反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
0 \$ ^$ x! F3 R" H6 X0 j! J  q$ i形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
& Q" p+ x" ]6 r加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
8 {0 S3 _, n* S& V状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化; m% v- T4 l1 _4 x: L' Y' J% K" x: J
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
2 L5 [, T9 N3 K, z& ~% s! ^, {) Y生产成本较高[19]。. S0 @, m* W# Y8 h9 d" A! g1 r- \- ]
(2)酸溶法
3 Y, a( d& d! d/ w  C把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
! Q1 a# j+ Q: b  Z; G% H) C熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简$ r+ @+ V  B5 l( k" w
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不( U  a9 Q! s6 ?' i$ P% ?4 ?
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常, f9 P: Q$ a( G$ T
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,+ x) w1 I. k7 ?
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合% F- P; y8 ^. M4 J* d
氯化铝铁( k. ?$ V2 f0 @& a3 M: f& X
(3)两步法
2 q. L. Q, n3 q* t. a0 T这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工% Z$ E  h) I0 A* g
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量/ c  e) ?2 u  W. C4 A- t
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
2 A4 I  ~& m  @把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
& _( f# [/ S0 f% Y" r$ |' W0 E+ @0 m这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常0 v4 F* X& L9 k
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化2 S# ~. n% H' x+ u$ s2 v9 ^
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回  c; l; u: X, N4 ]: G# S
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝2 j* V; O, d) D: w( ~# [6 a! S
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化) |- ?' z. Z5 _' S. X. x
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚$ [) U0 d& t: Y. |: O* P6 G, M* K
合氯化铝产品。, o1 d7 [6 ^0 `3 |
1.5 以粉煤灰为原料
5 B; f6 [* t. y粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体, B4 }! V: q( j# n
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
$ [2 M% z& T8 X" g! X& l( x9 t活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
/ F$ J7 \7 V3 s, x常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性$ J4 U3 S$ J# R& x# K- L
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有: e" ^! K; b+ ]; |- h! j0 \$ S' s
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
  E5 @+ F( T0 H$ q6 S溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再% u6 _. u1 u2 K4 H
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
: e0 }2 A1 W- I% z3 }: \9 h粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化4 H& v  \8 d" L% o. }  b
铝产品,据称能耗低。% Q# k# y9 L0 K' P) P( c$ U9 m5 X6 @
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
8 S' }1 ^; h+ d( F  z解决建议  _. n+ u9 O$ T3 a& }
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
$ U* T2 z. ^- \, M着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国& @3 I/ Y% j& K
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
8 n& y" o) p* `但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最9 |' c& Z/ g0 q& z
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者' m" Z- \; t/ m5 |+ e' ~, M
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
3 @4 }8 x. p( s, j; w5 Q面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研. P" c6 ^* Q8 |! \, G
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
4 \" B6 u: c, i; p反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、* i# i1 y0 f# F2 _  n3 f
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
6 `& Y( {" m: H8 R3 I% R子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深! V6 |8 x& y/ D7 v% }
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
, a4 h/ k; V! N' n以下难点问题) o& W: X: m+ l4 @5 s" s2 J, K( f
2.1 产品纯度问题# c! U6 m& x+ j& p( s8 _. a. l
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通. X) O) I8 \& L/ q
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我9 E4 Y! Y7 F: b* w# T. G/ d; r' b% C
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
3 m% T7 l) y; F产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
$ e# J" x# Z- m2 W% Z! s' N酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
  \- N/ S0 \$ |品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
' H. C( u& U# Q3 {! H4 x铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
8 T1 h  w# x6 v/ v盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
) H# R  h$ `/ Y( j4 }. E- L" C求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝* O$ O; n- O; Y# I
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之3 J1 P& `# X3 x7 y

$ d( m! g: W: Z. I0 E。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
% k. q. C$ L% I/ q- G  Q" J( h# H广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
: Z  j4 e" g5 p: N产品开发力度。
! h2 h$ {7 ?& T8 P! G2.2 不溶物的问题0 G7 J- f3 o8 |2 Y6 C
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
# r% I( y4 O1 d7 U7 }6 X明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而& I! w7 U  \. ?. f
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加' s/ ~" v5 t* J# S
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相+ k1 t6 H( W" Z7 V
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
3 i1 L% i! [. S$ d/ E7 ~' H不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解9 ^$ v6 H" Q5 ?' k0 O& S+ Y0 X2 C6 X
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效! w2 t7 C7 }# g( v4 C
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
' [. g+ h# }; r$ s' Q4 O: _也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
$ c. a% f/ q6 Q自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
, }3 W6 A( o4 }& a' `小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
7 c! W  |5 Q% t  l高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,+ h" c8 ]- f# H4 _; d1 M
通常会取得较好的效果。1 C$ K! X6 U( u' p4 J
2.3 盐基度问题+ n' T" U# y* H) r3 O7 _! T
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
) Y5 z- e3 w& N0 j; f在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳/ Z3 [- }3 f; f3 b
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
3 g, h# j7 L! w2 p3 Q7 C虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和  n  ?5 X4 j/ B* `& f: V# W
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
) l! B- j$ W/ D! O4 @0 Z; c国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
9 B0 G1 K7 [" y  F5 v/ D; p; D; b2.4 重金属等有害离子的去除问题
7 P% y) y0 y4 |% w某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以' f* o( _" P5 d- v# M& s3 g
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
; V1 t4 P. r4 t4 [% X# d9 g4 K$ K) |% H害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑. h2 \$ p) w2 E% \: c
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
8 v/ J' M4 N# Z2.5 盐酸投加量问题
, e1 u8 i4 l3 j制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
# M* s2 ?) L8 W0 y) D- }' N业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
! W" t' B) l4 o2 I: l  @  W本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶. E9 M7 K" {0 X# I  N
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
4 |: s$ o0 P3 r$ L# S* F2 d题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥3 f* \* ]* ~% ?$ g; t
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数5 v9 i, y% d4 ?: @% }
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率8 o5 {1 d3 E9 B. `& S, {
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
5 r0 O. A* y) n: K4 C3 n; [+ {1 G. m低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
7 T. N" `, a# o3 结语与展望
7 n7 E" T6 S, T聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
' k4 P- `& F# N9 D7 z品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
( w; |8 D* e3 x' ~* ]5 W处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上6 r3 q' n; \4 x7 f) y
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
/ [; y' [* _% q3 E! }5 h9 e品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
7 S) W$ E; t9 z品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来' h3 w. z" G9 ?; m! P5 d
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利& t. P/ Y% V( n
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
6 L4 \4 i# ^8 D3 w& ]3 {# m此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、' Y& \% [- D; `. X5 y2 z
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
6 f4 Q: A& F  e  ^含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业: K$ ]& u. i% z. U$ L0 v
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究  F5 H5 A, T+ S! P3 @4 ]* ]+ b
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产: C; M3 M9 E! E
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
9 J$ _: X7 n* s2 y3 q" c是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
/ ^2 O/ c+ o( M; X" \0 t是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
/ `# V" f. p7 N6 k: n& m6 M配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝! g% \3 s" \4 S+ Y
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
2 i% p6 }! g* G; u9 H围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离! n$ B$ m; b% Z7 B; X
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
9 [/ g) ^! W+ S8 nPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
, e. L+ c6 o5 o8 N0 `8 v利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产" L, m9 F* _" q
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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