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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
' V. k: q: i. D7 C' c) Y7 m(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)3 ?! [' l& P8 Y( T/ P
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
( L8 Q8 u) V) b液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处. E; R: e, T# M( p9 K# J! R: I
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用4 |" S  L3 M# \( x  R% j
水、生活污水和工业废斜管填料中。: L! z+ H) G7 O4 u4 }5 r/ w! V; p! s
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮; T6 w" r7 T; o, h, \; o
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
% E' g  B  w/ ^投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量2 s5 W* M$ K8 |, @. ^/ u. J
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉8 t& g) b/ ?& ^' P) A" @& s
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
, H0 U) s6 u: s值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国1 I7 s0 G: t- ]4 ^" ^/ f; f
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研/ B2 H" a/ M2 k5 _( ?+ E$ t% {
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
2 s; E3 ~+ U5 e% j了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角6 \) `1 L8 A7 Y# k- W; `
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
7 u5 }; `1 @3 I. z# x4 ?和探讨1 @( `1 w) c. O6 V9 b( x
1 聚合氯化铝的制备技术) L+ @7 V6 p7 H1 k) H/ o; ^
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
  Y' \# ^: C3 ^& V) ?' u' S1.1.1 酸溶一步法
  t3 Q- V/ u/ T; u5 S7 ]! c将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,- h* i& v7 H6 A+ D. `
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
) }3 n7 S& T! j! ^放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为% O9 H5 b3 g, N4 \% w8 i( p
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
, n7 }/ k  t& w' O, }/ ~: V水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放, k; G: s: J0 ~+ a( i4 d( [
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至7 z- K: H& K6 r2 l- D6 Q" A2 P
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
: _+ @1 L  s! c  Z8 n, |至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
, g8 t2 K9 X0 a- t& r  {9 {" e简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量' F+ `+ n% C- K0 g4 c# I4 [
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
8 k2 J5 I" {& D# v$ A备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
, v& I  `- c) L( Q7 p金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?" z8 D! k5 v4 V/ t8 {
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
; p% T) `: S& r! B4 v. M& `出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚' [1 J. G! v* J3 z; ~0 b' E3 Q
合氯化铝标准溶液。
; w) O9 ~/ k2 h: N$ v! o1.1.2 碱溶法' z4 N; b3 @+ v# \5 f4 t
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再( {1 _0 j* z. k; s. ~
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法/ d8 l' c/ Q4 ?( W: l4 a2 w' L
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠
* h. w( E0 J6 c, y% l含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业% e$ e( t1 l- `
化生产成本较大0 c# C( x6 z3 Z/ p' Z9 a
1.1.3 中和法
6 y, v4 n: s/ J1 K该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
& I2 `9 C) A2 s% X! j制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即. y8 i2 O8 l3 R& I
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶# k. \4 H6 m+ x7 z- j, {1 w
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与: ^8 `0 P' G9 S; B% K
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
% O, M: t5 J$ M( X( X; s用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
4 n, C5 N# @$ Q& H9 _8 B* b把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
) Y) [: T8 E, ^9 a到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
5 A5 K, C: N) \" c" {" I2 l称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
) D2 K1 \5 y0 U. v. f1.1.4 原电池法
" H2 H6 t& o3 x- l9 O$ B该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电! j1 `+ j. I7 O0 L3 S4 n0 `: _4 x
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
( {; S% R$ n2 d  Q+ h! q! w桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
) I( v# S. X  L筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
9 o- J4 v8 i2 @$ Y/ A4 H+ ~; W行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
; }! u7 Z) Z# g) r& T  _生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅% m: \# C2 j1 F' x* E4 h& G
拌,大大节约能耗 ]。
/ h" e- G5 U9 F& }: G, Q1.2 以氢氧化铝为原料
4 D! x1 u# l9 P- C. M) ~: x7 J将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的. A6 f5 u2 ]. u9 r+ b1 Y
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
) X+ C  O6 f( E+ s: m1 G! t- S: l该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普# K" M; g' O) R- d. H
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
( ]/ G1 p6 O/ O! m# m/ k8 p  P8 U1 v酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
8 A- m+ H1 P: T/ {' K; J6 z% q9 ~不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多  G$ c7 W/ T/ Q! L# ?
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
* v8 i2 u% e) z0 r$ |; o9 L钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂- U; A! [) M% U* v* H$ {; D) t
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
$ D  A6 t) ?" z8 q7 H得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
' l& z+ H, y( I0 \酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
' @1 B& G* z- }/ e$ Y  d化铝。
& G, H& V/ a- v$ Z. l0 ?1 \: M& \1.3 以氯化铝为原料: j4 ?4 D( O- K3 M7 Y5 x! N
1.3.1 沸腾热解法
$ W, }/ g2 c( B5 S用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
- U7 Z4 u# W' x: V8 L8 p3 K3 ~+ F氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
! }/ s* G$ N' O, ^) ^, x搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
3 [$ K  q& \  P* T合氯化铝固体产品。: m! t. A* B3 s& w! J1 q. ?
1.3.2 加碱法7 m0 s; j' b0 k  A% _' \
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
2 ~! [4 Q, J# Z! j4 q强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,! J5 a5 D8 L8 d
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产$ C: h6 j; W0 v3 {5 V; y3 Q
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产7 p( s1 {! f* X/ O0 M4 ~# z# p
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等8 F! G6 c% `0 x6 I8 P, M* S: b
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
5 t. I0 u# z. RL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报1 ?# \. p2 v$ H' d; ^' x6 l5 x2 _
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到* ?9 i- Y& x5 j, H2 V- I
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质" f! I: k- u6 ^/ Q7 s7 c4 a' @% e7 u, \
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐4 {  S+ m+ V; Z9 \
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
  m8 J  O4 I* X1 a3 T量也不高。! z2 t, W5 M2 Q+ u9 J& f) ^
1.3.3 电解法
2 q; ^  A0 c4 q5 Z该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以) l: L1 }# r4 g1 B% O: K* N
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在7 u  K' d$ J. |( g
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉3 @" |0 p6 f9 Y: D& _. X! f! `  ]
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合- x* M$ k5 X# B$ q/ O
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
3 v" \" z- E! E# ]# @4 |锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
* z5 s- T4 e# e- U/ x: L. M, o可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的% P1 A8 i/ Q+ p( G
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
! ~4 Q- N$ f6 L8 ]' }, l: Z过程中的极化现象。+ U. R7 N% Z9 I" _6 x9 o
1.3.4 电渗析法% i/ Z, {+ O' o% N$ l6 K
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解3 |8 F3 t8 x- R9 p/ o
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁7 Z, W" f7 x8 J- w: W
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应+ l7 H$ x1 `3 J% ~; ^! j: [
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。  C6 T' c0 {! k7 h+ p0 t
1.3.5 膜法
: R) r& u! A, r! c; b4 S该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
4 t5 }9 \/ B% s化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
  C6 M* K& X0 Q: b5 g$ N, l! G通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得4 ^/ \, ~5 s0 y- _: ]2 R* B
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜9 h8 C2 h8 E8 w
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
2 U5 C7 _8 h& q9 h+ B以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
$ c* u% D$ [7 W& ]: ]- L铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
# Q+ {* @1 n8 G9 X0 `" P, h& l1.4 以含铝矿物为原料4 K$ O, I6 E% Q! [: a7 _- H4 k
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
1 W8 e$ U1 H8 Q0 m/ N; E铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主8 }5 R, l" h0 W# J1 f4 h
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
5 M* m' ~: g  x: X1 F几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一2 H* I8 S( }$ e$ x4 F
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等# s* T' {; |6 q7 R: A* T
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其, s& F" P' x1 [) G
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二0 ?  ~3 C# u6 F  U7 U
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为- p0 b' C; H3 E) _5 U
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,: @$ @2 ~" R: i" l3 V% m# T+ w
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。7 T$ ?& F# B4 \( _; V
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚9 \9 f' _7 b# U9 ]9 R& m/ F
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物& ?( Y3 N+ _$ Y- ^% ]; E* _, D/ J
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。" W. x7 [& s3 r* R; \$ c! b
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。% d& O+ v  _, S1 w* K. m, }1 ?
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
$ h7 ]' ]4 S) \大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残5 c+ o5 {; v- u' ?6 x4 _6 a9 n
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
" a) B& U  N# S$ @8 n5 a粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
. U. ^$ b4 @2 v$ c" g对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
( G+ ^7 [1 K" _/ e4 `+ X% {8 C0 S8 N3 j种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
# j2 M3 l6 s; v, _) A" ^) H溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越& e9 d2 D% p, s  i2 F; Y: i
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
5 _$ K  e) E3 h- [" z$ b9 l7 _20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合4 H9 G% ?1 C% a2 q% Q; ?6 ?+ `
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,6 N7 b1 V! S" O$ _, x
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝: N4 [8 [" W# C2 k  l9 N4 y0 p! S/ v
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
. i, S8 q: [% I" q" g: i' ~% ^6 I30% 。9 h. q3 p) f) t- \' @
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法% J( e5 t% j1 @
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
) s2 I4 x* F' z需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或" L6 b2 Y: _6 h" o9 s( a
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠7 _' r4 W2 X+ l! f- q$ ?6 T& {
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
  v- C& o* g2 ~复杂,成本高,一般使用较少。
/ q6 ~/ R8 @4 F3 {* \1.4.2 煤矸石
: {. j; e. i+ v# M$ S0 N  {煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃$ ?6 k! T& c% R: e# ], d
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
( h" t$ k8 _9 ?+ `( W! K增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
) l1 }: M0 }( b- U- _料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
# ]% A7 L+ m& s) V, i且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
$ i6 t4 k; x- f, O" M  _! R5 H数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和- Q* Y; ^; @; j5 j
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合6 }" e+ F5 t3 i. m3 f9 h6 i- i2 J
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
4 g3 d; x; b8 u% C' ]已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
* I4 U& R+ k& F) ~5 R2 ]经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小/ [  c6 t3 V3 j  I& F
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
. o5 m9 x1 O2 z$ [, S7 h+ L9 I" x处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得, ~. `6 h( O/ l# D# F8 i# g
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
, ?3 D! q4 F8 {铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
1 J$ ^5 I8 n; R: C* T基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
* A& H+ U9 w" f# C9 I9 r+ @2 V. M原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
4 y  g) Y! j" R; s1.4.3 铝酸钙矿粉
: V: v+ q8 c/ M" ]铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温. u8 ]; W1 T) Q& l* V
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
6 [( e" j- [) O* N不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
# e/ y1 O2 \! i+ I(1)碱溶法
  V* b$ y- K2 {用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
7 W6 k6 U3 D! |. t; X! Z% |$ L液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后0 s1 d& A+ l( g! o0 V
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
$ |5 n+ Z; ?+ [; `$ ~: L值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
7 I- k. P8 G0 o, B反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
. m, g8 M& x7 s: u' V1 \形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中0 `* Q& [5 }+ a! Y3 H$ |
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
( T9 m* j$ x9 t4 `9 e! B状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化. N/ E5 {! ^8 `% {/ x
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但% `: u" N( h* d. Y6 y
生产成本较高[19]。) k% ^* H' J" X+ W' z
(2)酸溶法6 Y) B4 N" s4 M% |/ e) u, q
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并( F: i* w: E2 p
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
# O( q( L, n; Y3 }3 Y; ?  x4 q: K+ G单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不4 i! A1 w" c, `3 f& I- {
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常# ^- x# f! y# i8 @2 P0 x! N- k3 h
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
" y( z' g7 F- s0 l  M; B) \铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
# \6 ]: x  L" n8 g氯化铝铁
" H" o0 n4 t) I3 w# B. J(3)两步法  t9 Q) l4 _5 _2 d+ v
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工0 _# N" m1 K) C% Y& N$ M2 ^" R
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
* `1 j( P9 O8 Q: f" ]5 S% L比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是( e" ?( A6 Q$ A1 |: Z5 \
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。* Q/ x" Q6 E4 ^, q) Q- O1 t4 ~
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
: I- v7 H' d. t9 [: }$ E第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化9 y- L- A% M, H& e
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回8 O4 @4 }# \. }7 r( f
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
8 l5 E2 L  q. e$ Q7 F9 h* O酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化$ M# w# w* S. u4 d* d7 e
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
5 h3 ^3 l" v! _5 E, o( Z合氯化铝产品。
& Q8 B2 V/ i6 x( a/ H, o( e4 l1.5 以粉煤灰为原料
+ Q2 J/ s- R/ `$ g; K/ ]; ?/ q' |粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体' h  _4 Y8 l: {3 C5 [7 M0 {
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.* i6 t* A: K/ t! t/ c! X! K: K
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通6 W  q# K# G/ _- u' G2 }3 C
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
* h! ^" d' E" t4 B, |/ M( h8 T5 d高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
; C9 N# r4 M2 A' t4 q人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
' x. Z6 U3 p( k" q溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
" v3 `% E' [( d8 N$ P4 O用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
! |# H; ]% w( {粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
5 i' W! p- o& L6 [. O9 P* D铝产品,据称能耗低。
) }" f& s' _1 c) r. o$ c; B; q2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
- j. b: E$ w5 |8 w9 [% }! T解决建议; a& G) {) l5 Q1 U7 H4 d
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随2 N8 q0 B+ l3 Y  n
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
7 o0 e* \% c: ]+ d3 F( d  m; |7 k内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,$ ?( r" h- e4 ^/ D
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最, l/ Z* |1 b7 a/ D* n2 S" x7 Y
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
) \' \/ Q3 b. a: @认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
2 h5 s2 f' f5 @面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
8 D. z& [! n) e0 k究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
4 y% {8 S$ q! T  f  `4 b反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
: v+ e7 o& ^0 s3 G5 _硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离* J7 p- d. U/ ?+ E: {: P! ~
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深) Z5 c% T  }3 G5 i6 H
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在. P/ p! u9 S! Y/ e7 p
以下难点问题
9 q' n( I  Q, ^6 N1 T% T5 O2.1 产品纯度问题
2 i' L; j, ^- S& n+ ]+ Y氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
$ P: \6 j. n7 x) G1 y$ O$ m8 A0 K$ p常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我0 l9 L6 J+ g# u
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列* ~: K& Q+ N  [
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝  M! B$ `5 {6 Q9 i* |" S  r
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产9 y% }! L% S8 }4 V$ x) J( C
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
0 t# M' n1 }  ^/ F$ L铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
. e7 I5 Y$ ?5 q盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需) U2 _0 @8 p' M  _7 L
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
1 ?/ g- W7 B) ]/ g% A& r产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之/ v! A% Y  p( n/ T
0 `7 c. Z- P/ W
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推  [' X5 E- s) C. Y
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
& A2 E% v9 H6 s3 z5 C产品开发力度。
# `$ a3 }: q; n. d7 @2.2 不溶物的问题
  Z6 q) C; \& |. |& o% g国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
# N0 w3 o9 _: t& f, d明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
1 n+ R8 H1 E2 K; }! {  U0 C  l矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
8 [, C7 F  A- I5 j/ j成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
  _1 s" ?# W. _" O应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
$ i7 Y' D/ t1 t7 A+ N8 T不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
( K; ~# b! [; ]# w4 H' p4 D决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
# @$ J9 V0 x8 Q7 ?% M  ^果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
( u* v# z4 c0 i, l也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①' ?- a1 s; N  C& _+ I0 i3 b
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
2 \, e6 g& w' H( F9 Y2 J, l  z( y小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
! s! E: M9 |6 x0 H6 u* h高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
. F7 G( w; c) K; T3 ~通常会取得较好的效果。% X( y- c, `" K, E  E
2.3 盐基度问题9 |) E3 J2 X3 d# B+ P$ ]8 z  S1 q
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可; m# x- N, e& K
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳2 [% |  {) r- j# o
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
2 b/ O/ e& s4 |" O% R# j6 }虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
! G% p" [- G* D* h( M* K铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
8 A' u! m+ ^# n. ]) t5 r/ U国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。2 H7 P2 B: |4 _+ r2 q& g
2.4 重金属等有害离子的去除问题
$ |' g8 i5 p: s# b某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以! b! d# q! P4 i2 O, ~
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
( I: N5 [5 i# K害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
0 C8 }0 p2 U0 s5 X9 t. }置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。6 q4 w: y/ D- y# O
2.5 盐酸投加量问题1 x2 n$ q; k5 z1 L  r9 N8 S
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工7 x3 [; r0 B( C. y* b( t" J
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成) \6 @/ x: L, {( @! ]: ~1 o! K# t
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
/ |$ s! \2 |0 c/ s3 ?' k7 `8 k; _法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问( G, \6 n- i, N. X4 d# w4 r7 c
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
& q; b# ~( r2 ]* R) M9 X" U7 O# \发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
) }' F8 Z4 K6 e- r" a( H通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率" Z) z  ?: Q5 Y+ u. ~
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度- A  D  X- P1 ~2 F
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。  H, e: k. W& K* `  a, F
3 结语与展望
! s+ L! {( o5 M; }/ C" P* Q聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
' Z* E& N# y" h+ l7 P7 z) W品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
1 C( W" n% Z* Y处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上; d1 U) H3 N7 D/ a  v9 |
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
; }$ P" U+ ~  }7 g- F& A& Z$ h6 Y' c品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产: Q' _1 ^# `+ d* N5 }
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
, l/ m5 ?5 H9 v* V9 \& y由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利% W2 L- o" u! E) k5 ~
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用+ c! g# B6 T9 f( y9 Z
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、3 G! j+ d8 c9 g/ {
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用2 ?6 W  S# }4 n& ^0 W& u5 T
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业1 w8 S5 o1 u- o( _
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究" h8 F* i. {9 O5 q  b
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
9 {  Z0 h0 z* j. p: Z4 b7 t聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,9 @' \. A3 }" ]" K! v! g7 T
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向1 W* J' `( c3 M
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
3 x0 j% f+ |+ C" M! v配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝) t+ M+ {5 M# Y" u- q# ?
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范2 \; s4 x6 S# a. ]
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离: Z/ I. v% H3 s8 q7 e" q$ S
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内- V, }+ ^: I/ B0 ]
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
6 c* {6 Q9 [* S5 h; v利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产- D  o/ K0 H9 u: E0 D5 c( C1 _+ X
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点& o* Y( t% o4 ?' w5 o8 \! W
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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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