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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
8 t' D1 ?1 m# d' J1 t2 U(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092): o8 H1 v1 @, j1 G
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
4 V. q8 ^9 S0 u, Y/ Z液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处0 r/ h$ N# \% g8 I1 q' n
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用5 U. {& M3 o) \
水、生活污水和工业废斜管填料中。
1 q# H+ ^- q( e9 [聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮, ^1 W4 L. a6 x% D  y% A) R
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
' k3 A# D. _- q7 \. W* A" b. B! h投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
0 B2 Z7 J# y- e; @% d/ a" a8 E最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
$ k* y* j: ~: K& c淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
( p# R) j1 D7 _1 m; @2 n值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国8 Z; U& j5 p1 E0 V+ v  X
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
8 [# d( \; r9 T- G发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
- k$ [. A3 B# I+ S# x了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角) ^& F4 _& T3 I  E  Z; a( ^* w2 k
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述- c- b/ U2 W- I9 K# I$ k
和探讨, m" X5 l: r3 c6 H# ^
1 聚合氯化铝的制备技术3 }$ h0 X- i$ J" A4 J- r' a9 {
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料9 \  a) p4 o% K3 M
1.1.1 酸溶一步法
" x) l. c, ^7 X5 ~1 X将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
* i+ c% G0 i: O( M1 Y& R8 u在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
+ q/ C3 H" |) m8 f( Z2 G9 _放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为& M0 k  b& k. F" C
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,1 s! L5 x( Y' o6 W  n- ^8 E# s  l
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放) X0 r% A$ a  @: z5 x, Z* c2 r
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
9 ~7 L4 ?- G; T" _7 O0 B; y不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度/ w# s! [) x) F/ G. b$ Z3 l
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
0 `. D% |2 V; w' r, ]8 x简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量- i; Q( ~1 |0 A. ?3 u( n$ \4 `
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
* Y3 z6 C7 Z  `+ L# A7 J+ a; `备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
" {9 |- c: t. G. B( t+ \9 l金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
8 T$ l: N4 Y$ }2 `/ E利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
6 g9 Q/ s' Y& n出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚# Q9 h8 ]/ s' ~7 [2 n% v+ i
合氯化铝标准溶液。" m  v* s# u: K; I
1.1.2 碱溶法: U, Z! x! T& m3 P* H5 J- S) g# z
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
) }( @& }0 e# O( h: _8 Q用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法" J( @+ E- |. t$ K. L0 e
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠3 {' ]7 g6 \3 n% j# @; O& @# p
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业( Q' Z$ J" ]4 I
化生产成本较大
! W. [4 N6 l) V. S1.1.3 中和法8 H$ R- `  M1 ?4 [7 z
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
4 F) t0 F3 h4 N/ T制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即3 N- i3 P& b( \% S; G" S- x
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
7 m6 E4 V! m5 D: @' x* ]物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
  R3 i9 [: ^  g( }! ^铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
! d0 r5 J, c8 T9 N& G# p用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再$ y& g; H! T& |/ B# ]$ ~+ ?
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得7 X' f8 c! L, K* S  T( Z5 Z
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据( G0 X4 N% i) e2 O1 S' F9 o
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。* Z* d- n( ]  P
1.1.4 原电池法, T9 X" P* E, M/ ?
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电; N, d1 C; i; z+ J! k
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
7 ]& r5 d) n# m# z1 J" H桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属% _$ G# P2 D$ L3 X" n7 H1 N! Y
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
% |  x4 r  J5 K" B* B+ c行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
1 O+ R( N" C. u8 G! K3 d4 I, x生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅: _( _. N3 p; F" C. u! Y. |* q
拌,大大节约能耗 ]。" C2 ?! p' s) _
1.2 以氢氧化铝为原料
7 W0 O3 Y) |% L9 M7 Y: B+ o. r将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的; z+ \# k7 h  X2 k
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。2 G8 ~+ ~, w+ c$ d" B2 F: q. e& }! R. B
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
/ T9 O+ d: y# e" ~8 Y: f' O/ I" N遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
& v* z1 x. [  h7 ?- f酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度  I5 ]9 S1 L- w) H# L
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多5 J( R) I% o  x" d3 \! q
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸. |) s- t: v# A1 `" E
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
# _% A. w+ V( `# Q& I  G2 E质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制; l' Y& P% t. W* d! y, b4 i
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
' A  ]; b" `/ {( r酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯' I5 ^4 b! }2 Z$ A$ q( X' P$ B
化铝。
6 {$ z6 O8 ?5 t- e. H1 y. l# q1.3 以氯化铝为原料' K% V8 C( i9 m- f% A
1.3.1 沸腾热解法
4 m. i. v& Z, n  }用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出( J' A: h2 z% D
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
& a0 R' c/ L. Z  U搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚% g. P8 H! d  f/ y+ c
合氯化铝固体产品。
& N5 Z& ]8 ?# e8 h3 F% e$ a+ y1.3.2 加碱法
! s8 q  ^* F9 Y0 o: z3 l/ Y先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下6 N: W8 }3 W0 [( u
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
, J6 B" ^. r  X7 n7 q- p6 `反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
! Z* C. o9 k2 @+ d! t1 P' x- _3 L品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产3 j; b7 P( o+ Y" s
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等# ?5 |3 k) }; T- Y
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/; V( i7 _. C8 z+ V4 p$ e
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
  G; Z* j% R. Z" t1 ?" j7 @0 E道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到+ U& ^* D! g  D0 w0 C2 }. Q
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质; y. Y5 t% P7 s8 l0 }
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
( f3 K; R- r# C* w滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘, o: e' j+ {1 u3 X# F' A  W
量也不高。
. d* J2 z5 w- T' ]1.3.3 电解法
. m" k. I1 g( V; W) B0 i# u/ [6 t3 @2 w该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以7 L9 R8 N# G# {8 N
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
" y1 w- n' ~" `3 |( J低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉2 r' J( _/ D% a% c1 d* d9 c
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
9 I6 p9 k  H1 u# E( V氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何, j4 w9 Y* l6 q* Z% P5 q% p3 r0 P
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且$ Y7 n# e( Q6 G9 Q, f; v
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
3 ~4 m3 i% `8 N; N, F- e! B1 A倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
3 c' B1 }: H; h/ Q- @% i3 N( |过程中的极化现象。
' W+ v/ u5 t; Z3 a( P" y1.3.4 电渗析法0 U4 V$ ?0 _( w4 W% E3 c( Z
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解. x+ U; {3 _8 ^7 o1 T9 o2 J
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁$ u0 ~% V! ]. ^& d. w/ ]8 R" I
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
0 \3 Y6 `2 e* o9 i' h: _) D室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。# {; `' v/ O1 n% v4 m3 ]) M
1.3.5 膜法- f( V3 @' g7 g/ E% Q
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯1 j; u7 e/ P, v0 r; \' r3 i
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液2 _2 Q8 s) Q, n- t- ~7 M% O
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得+ ]6 Z  E9 ], A$ D5 ?. v( M
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜6 l% j, t2 p) m3 ?6 k  K2 i
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%) l- B$ }. k. a- h3 h6 f+ X, {
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化9 }2 d( z+ C4 {- t7 J, x$ Y( r
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。1 u* T" R0 S; z2 n" ~; N. e2 Y- w
1.4 以含铝矿物为原料
) Q" G6 L! }) P- v+ T) J1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物! a, A& ?% {" X% b: p4 N, _# i2 P8 }
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主& o' ]6 ^8 ~: y! l
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
) ^. H: Y% w  T7 t! k- z4 T几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一  \5 u. W' [) T5 Z- H
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等$ k1 r- T: U8 q: T
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
; t  w: E1 ]6 ]" G- [分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二$ j/ c" N; T$ {1 j
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
3 L. J: Q% ]; O- v" ~$ I4 ^9 y丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
% G+ r3 A4 f* }可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
0 _$ S9 h: m" s) C3 Z+ _霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
5 O5 B9 l* n# @" a氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物3 o4 K0 b' v" Z$ r8 J% z) K
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
: U1 V- c+ s) g7 S  Q3 e* ~酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
4 R: m  b# h8 A& K生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
. [3 C) e* l* E, Q大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残7 v. c6 I2 V5 `( P
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
" A; ~+ `+ a6 o* {1 e7 Z粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
; p8 u+ P4 W" v1 S( ^. }2 w对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
3 X1 n+ D. y7 d- B3 X种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸" R/ h( |  @/ o; ?8 D9 x* x* H8 l  z  s
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
( O3 h% A4 F4 n$ W3 \高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为1 [6 }+ ]3 f. b5 s
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
) @3 y; B: R9 I4 \氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
+ @6 ~) a" y9 m$ a. H+ V0 T氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
9 Q$ T0 f: K5 V' k) [4 R8 p8 `  d铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于2 C* V$ v7 f$ y/ [& Y
30% 。
; l0 @4 D6 f+ G; I一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法8 u* \. l  F' u- V- A5 X% p
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都! @9 p. @8 B* \
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或2 j1 W$ t" A5 [! k5 \: T
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠) U5 G- I: d  J8 ?5 o- a
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备" }( q7 ^% F7 o: g2 H7 A$ m0 K- P
复杂,成本高,一般使用较少。
8 p! u3 f+ G( e- I9 S6 z) B1.4.2 煤矸石5 V# G0 V' [* }4 z- a6 q
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
5 X- Y9 q# X/ u$ E3 z物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
8 u9 k8 T" s5 B( P增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
+ T! P: n: X3 n8 ~料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而# H: z' Q- N! l6 j' A( O
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分" l" j' u! A' a1 d6 z
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
  P. ?  l6 |+ w2 |; ~( [5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合+ A- J: R$ r6 `
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
1 R$ ]8 b- s( Z% N; b$ R& G* B已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石/ i+ V7 O1 c  G9 b/ Y
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
, @6 H9 B8 _2 M, g) i时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
0 V5 A/ B# q- _) P处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
% f- k3 s/ ?% |* p+ V& q4 w结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
$ I7 L" `' j+ {8 B5 x: e铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐1 c, ]9 W% }' u2 K
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
3 o) y* }% w9 {9 X: K原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
( L6 s# Q& D/ r6 d1.4.3 铝酸钙矿粉; C9 X$ t; P4 G/ t% t
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
6 K0 J* W2 f6 d9 S/ `- q) ~' s煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
; S! o4 e' q# Y! H8 ?2 F' @: B不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
: b1 U- i: R/ c2 m5 s# I0 x(1)碱溶法4 W* J9 ~" m8 C9 G+ ~5 Z
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶& B4 i3 }- @7 `; R
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
, I  n! \! _; Q2 ^在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
+ q0 J5 ~1 x8 i值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
9 i6 f) L0 |+ D反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
, [$ _7 q: U. ]/ L形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
. @  S0 L0 j; c& |4 W# }- B加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
5 s( x9 l8 R' W8 d" \. C& ~状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化( L8 n9 V/ M" f# \/ F
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但6 Y- ]! I% v2 E
生产成本较高[19]。
3 s# {4 F8 |* ]) t9 d+ e3 r(2)酸溶法/ O; [9 f- M' L! v+ z1 |, r5 F  u8 o
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并3 Z& Z7 n2 c$ @: \4 c# j8 v
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简3 P. j3 _4 g1 r3 m5 q
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不& z# B" i4 W' B3 u6 y0 y% A. I
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
8 Y$ k4 s, }& t& G$ U不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差," `  M% _4 f) d
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合" s1 c) a& n- Z! b; W& ?6 K
氯化铝铁3 W) K' ]# d& `! [2 W
(3)两步法
: t  A& V4 j% C( t. ~这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工( M* Y' W  |! K
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
; ^( _4 W; c( o3 b3 o比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是& h! s. Y; a) g' `% D% }& u' w
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
) r. X: |8 d" |! C. D2 f0 f这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
" H0 D9 j2 D! v! B8 n第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化; `* U( `5 T8 M
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
& M: `# J  ]% l2 o- N流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝3 F0 G7 e4 K; ]7 ~5 F5 d  q9 ^
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
' B2 s' f' i" W& p' B0 [! a& S铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
- J# \3 x: q1 i) z3 _" s3 x合氯化铝产品。" ^$ ?6 O. P- q' L7 F9 K9 Q! z( b
1.5 以粉煤灰为原料* z; z" r4 P9 Y- I* E4 z& k' R6 m4 D
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体& {6 s0 e4 V4 ]& N" x  p& x, X  r" R
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
5 D2 j# h/ Z  O9 `活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
( J  g2 O. M3 Y4 ]+ P, h常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性$ e) ^5 M/ X0 D8 _, P# J2 J) P
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有' g* z2 e. r+ s6 N8 F# V( S
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
/ e) \& D# U9 ?4 l8 P5 _/ ?: _溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再5 S" V+ o* x) K- w( }6 t. _
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用. \, |) ]9 J& J& A- W
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
' d5 q9 C3 w$ w1 k& S' |5 S铝产品,据称能耗低。$ K) r% R* J2 a  a* Y- [
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
9 h& J+ A7 T* o$ [; q) }解决建议
% g! z% ?2 J# O9 c" W# p2 R我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
3 L/ @8 V1 o' ?7 a' n着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
. z! W, e  w6 L% u$ }7 g$ }6 _8 q内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
) t& r% c/ f4 D; o但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
" s3 _; R$ f. R5 y佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者2 s  p3 G" q  C: U
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
" Z$ g1 W, z- s& X; u( I面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
/ M7 C) C. \4 o4 ?究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度8 ^. U# S8 w+ x) m  r# G
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、9 B" G( a3 Y. |4 h* o+ J
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离' ]2 Z; R' e- V0 y
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
) \1 m- Y. d3 P. R入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在9 [+ ?0 g* Y3 n1 T: T
以下难点问题, i4 I' D; d$ Y4 b& Q& C
2.1 产品纯度问题7 M7 O# n7 z( u5 O$ b% d# U
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
8 E: G; f' E' }1 n8 z- E常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我% K; n# T4 D. J9 t
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列8 M# `5 `2 g; m
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
  [) h% ^/ H6 u& D! @7 U+ A" D: R+ N酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产8 y8 Z  k  w$ c2 O( w4 w; X  L
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
, @" C; D- {" U* b# D铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
+ F, a, i! r$ X8 ~$ \* z' L盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需; d& b4 P6 b4 k3 @% F; F( W7 F' G
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝- z/ \+ P" y( e4 h; w0 q1 q0 j
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
# N4 Z1 P, e1 E0 T
8 p/ R& M% Z) Q; U2 d* a1 G。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
3 H- E) _7 M6 j% G( U广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新/ f. q: }. s7 z! ^: T# ?( t
产品开发力度。
; d; E& T. `) h4 a2.2 不溶物的问题
! {6 _( z* D6 |+ T0 ^; z/ X国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了( U! K2 u0 `) C% H6 e, z- z$ `
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
8 x' w& {) Q6 k& L+ {* X8 `矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
# j* [# S2 z9 h成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相6 N5 C* o$ u& \0 d
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
- H$ m- @' H: \不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
0 G/ O- Q' @. K; m' q% A0 w6 R# ?9 W决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效' Z/ ]" Y& ^" i
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
) h( ^: D9 K- F% Y6 w8 F也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
& v  O& G- m- m4 ]) s! h/ \; G自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积  H8 \6 l9 o- Z9 q: M
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
' x; ^2 E  J! i) J' Z: C高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
8 W7 a" `0 Y% s) o6 u2 h" n5 @通常会取得较好的效果。
% z0 O; e# z; G- |2.3 盐基度问题* ~: P; M1 {2 E& m  H
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可3 x, F( h( U. }- ^# y; p
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
1 S$ _3 x4 e1 K8 p5 B; _. R酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考0 e0 S: a3 A1 S8 r1 |$ g
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
) E3 i- u  d' ?$ w4 o. g8 T5 J铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
& T# Q8 [9 O8 k- c* ?0 S& e国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
! T) i3 L6 {* e1 _# r4 D$ T2.4 重金属等有害离子的去除问题
+ G; X9 V+ B3 E: v8 G某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以  X) Y- m0 `  ]7 @( K! w% a; z3 Y* j& w
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
) G3 F+ ~& L3 {/ i5 r0 b7 d( e害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑$ y5 g( l8 t& P) d
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
( V$ n! ^* C' Q" G0 u2 L2.5 盐酸投加量问题
- v4 e  N: U" J7 E2 Y. ]3 P制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工" `# I0 J6 V# T
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成4 v" }' F  g1 I# t7 _& k
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
' ]9 f# M/ J. Z: R8 h法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问9 F0 N6 A9 |& K- T
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
* _* b/ h5 M( M发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数- A: y  l! p4 W. h3 K' |- u
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
% x0 K; l; k" {! f& o7 f低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度9 a- M$ ?3 Y( f0 P. M3 o; w% j
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
# L; }, I2 x! t0 t! P; P  n  a3 结语与展望8 q% y$ a" ^/ d6 g1 {' z% l' R
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
6 [) R1 I2 u# R3 P$ p品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水4 F, Z/ `! f* C2 C+ n- {. H" U
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上4 C6 t7 W0 T! b( a
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝4 x* u8 @# O( V2 g$ l
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产2 e! }" P- F" r8 J* D$ ^6 c3 z( l
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来8 l! ]5 B" S( \/ I
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
1 t6 h' [- s" l# Q9 ^- E9 z  S7 M用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
. v* N6 b0 j" t7 z7 H此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、/ q3 R- J& J" \/ t* b  H
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
# D. n( [# @* H7 L1 e8 ?含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
. J% P/ h+ ]8 R生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
$ K* f2 d& Z. \0 q& }/ M4 o应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
3 g. n0 n1 b6 o* u: j& ^聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
, U+ S# ~, ^: v, j是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
  [1 B& [. F3 G是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
- ]/ n9 p- z7 `1 P( U4 f配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
4 d8 [/ `# |6 l% c剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范' R4 W4 u- W  C; O* ^. K; X5 o
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离3 ?! J2 n3 b2 p7 m2 i; y' B3 @( V
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内$ r& t- u+ S; `" g# o( c, i
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料" p9 Z' Q6 T8 z' f; T; e1 s9 L
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
" L7 w- J! p$ ~$ d( ]1 Q4 P工艺,必将成为今后工业生产研究的热点: O  Z% B5 k4 J5 ?" ~1 F# _) q
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0 `3 c3 N" l/ d" J+ j. K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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