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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! Q) P: s, Q+ S( G
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
$ a6 o: ~: T# M4 R$ u8 {在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固5 F. L) U6 W5 o8 }4 {
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
: W" i1 r! \  r) x5 O& j理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用, ?' L5 N+ v0 z0 K/ d6 Q
水、生活污水和工业废斜管填料中。+ F2 }/ f- O0 i! G8 L$ ]
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
1 w/ P$ a1 I. b凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
; p+ ?  c- A2 C2 h7 V投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
  s8 K' c; q4 I' h6 Z最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
1 p2 G; s/ v! w, Y  S' I淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
, Q9 S' z7 x- e/ N. ~) J2 D值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
$ l! Z  b; C; Y3 S6 I' M; ^从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研+ _+ Z* y: [1 q4 [
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到9 y  P0 @1 R9 P0 `" N3 U) ~: l
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
2 H  B! R$ b5 Z3 u  t7 y度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述, j9 ~* c- d- n' W, s& ~
和探讨
& F( p# [& G' k$ a# ~1 聚合氯化铝的制备技术' p  W: j8 ?% f9 e
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
6 S: O- {. w- G; W+ B( s1.1.1 酸溶一步法: R! Q7 _' [# u0 M+ t
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
7 n/ b7 N4 M# B# H( P在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.3 v* B% U8 n- h' T, b- G/ D
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
# c8 \. h- o6 ?放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,. [/ E2 x1 |6 m5 I7 E
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
7 W" k, t$ U2 E' ?+ W出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
2 W0 M! x2 i# h3 ], r$ e不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度# Q& J- |: C6 _2 J+ B1 A
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
0 y  r( V: E3 \, f$ p简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量; i4 ~* {" R* F# p( O
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
* H* R; z; @! c8 v& n- {) l备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
& m$ i2 ^4 f' _& m) ~/ v: }- {金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
7 v" w% K1 \& p1 }利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备5 U( f+ e& n; }+ Q
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚; M) L2 ?+ J% }7 \4 p" {+ M' c# F0 G
合氯化铝标准溶液。4 ~8 T: V* ^; k* ]8 p& F: @) K7 T
1.1.2 碱溶法& C! R3 G2 ?. @
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
4 y2 m" k) H# o- g2 `用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
6 e% p$ A$ }, C" m的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠$ c9 ^3 X% D; }% |( V. c$ l
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
3 {, i' E) j( q( Q7 j$ `化生产成本较大  a' @- B$ @, O: \5 f# x& N
1.1.3 中和法9 Q/ C+ L/ f, z: W6 U! G
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
' M" P3 T9 J( H4 @7 s/ d3 n' ^制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即$ I# [' e6 V# R2 \* D8 C0 W
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶9 K  l* N( q; S0 W, B) u
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与, y/ l! |0 _4 h+ v
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分. o! Y+ G7 k: U. t% P
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再1 C& [5 `. F  o
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
) U& a  H6 l# U! P, `到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据9 R$ m3 U! w  G% |  R
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
% G& N2 |4 `2 c* @: s# m1 _; Y1.1.4 原电池法
3 P) O; e3 i# V- M6 G, q该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电" E) V% W8 A( b2 j7 z
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
# Q; B. Y" H2 t' A桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
, l3 T  c6 f# I4 O6 U( _筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进. {& C2 U& x) @
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
; o1 r7 w+ j4 ~2 s5 b. L生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
, ?/ z  J- f$ F% V- Q拌,大大节约能耗 ]。
+ j3 ~# c2 A* S* Z1.2 以氢氧化铝为原料$ q& k# I9 l$ `4 Z: x$ W8 O# n
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
" Z1 L  y8 `; T% E. C温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
; a* p  q: W1 p) H  h9 g* q3 ~. J3 Y: x该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普0 O0 W3 a7 F  b  G) X
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故6 I  M" \! Y- f$ u0 Y
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度4 q) E5 I+ }! E* t3 j( i
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多7 j/ m; L( }2 ]6 s1 ^; P9 y/ k
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸7 L# A- _( I+ ]& ]
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
! h9 P" h& r6 a" a6 U+ g5 U质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
- U9 z+ L+ H2 ~得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
) j9 m; c# V2 f! [6 Y6 }4 k酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯% E( m) a8 u+ }  S; D0 u  V5 J1 ?
化铝。8 q( Y) h1 B2 ~& `
1.3 以氯化铝为原料
6 Q+ z+ U, K. F5 o; y& M! t  n1.3.1 沸腾热解法' n% H' q4 d" \6 S# c- V0 O- z
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出5 p8 w$ M; N5 K' W+ F; G. @  x
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水1 @9 A4 |1 c" X3 F
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚! V, P5 v+ B: ^4 d# Y' Z2 c
合氯化铝固体产品。7 _2 C! g% A4 J7 k6 G
1.3.2 加碱法
" F* }" Y& W" v9 |. w4 C先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下  S( z: F; `+ E" E3 K
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
, i* o' i+ {$ ~: E# I* w反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产( P" f1 l+ [% n( z8 c2 E. Z1 v
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
% V$ L& P0 b5 g  v& S3 d品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
+ }* b: u; w) A! |, h通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
8 v6 k# I0 R, @% l& ]8 I1 iL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
  p: `# i# H8 W" Q6 _道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
- q* C& W1 x) _, S7 C3 hAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质4 E  w: |% m3 ~  X+ D- D* t) ^6 G
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
: b" Q8 [& s8 S/ Z7 }滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
& G" r; B3 m7 W量也不高。' G( v% h3 t2 O( T8 d/ N6 I  B
1.3.3 电解法! |% q$ s* ]1 {
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以  r) I3 T( b" r8 S
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在' s" R" {( H* _( K; e9 J* f1 f
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
9 X' q8 o: W+ K. b4 t- V; e+ P等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
, }. s) b- k  |( z6 Q1 h0 u氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
1 ~$ U6 m7 s" v; c5 @& o, g锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
  x8 u% {) P0 ?$ ]. [& u9 m) y# C' M可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
; u8 F! j" o/ {' x' V倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解' \/ ], y; I+ F) P( k" Y
过程中的极化现象。
9 @$ T  K: ~" M' k- k8 G1.3.4 电渗析法
6 ?8 M/ e: q1 |( r0 u路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
  M/ R1 n* n9 W; J! d2 u液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁; o) j6 j% I+ I) ~, S2 M, G: E$ k0 ^
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
+ }9 E# T& V4 |7 \6 N室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。! j8 l9 {- u0 |
1.3.5 膜法6 o# c2 B. ?/ \( S6 t) F! K
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯4 \! F1 _4 G0 H3 R: ~5 W+ G) Q
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液( S, \( w0 o- ^8 Y. C
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
% S* e  ]1 k( k- [5 ?' u/ xAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
  J) T3 G8 F3 c9 @  q制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%3 `& s+ P5 ~) F7 Q
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化% ?1 X, I& @6 l# B+ `5 X
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。  H2 J) ~& K6 N/ K4 Y0 P6 W
1.4 以含铝矿物为原料1 A. z3 B5 N- r$ `4 z
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物7 b. ]  F4 v! A
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主9 H& c* `' p7 _) @3 Q6 d
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这% u9 v& e  J! i0 X6 D% D
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一7 H4 J2 N# ]4 H& A7 l$ [3 R
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
' H0 j) `% ]$ x8 Q) x- x& o的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
9 U# f& T; U7 w" u' E分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二& O+ q; }" W9 x& s" O
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为4 j# A7 S; ^" v. k3 J3 c
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
7 y& @; ]- A, U; Q可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
$ _: S8 C" T3 v; D  w霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚, h9 o. q( W: l3 p! R
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
/ s) J+ t& Q$ l7 e7 z一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
% A$ c' D4 E# t6 L1 }9 k酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
3 r7 `8 P; r' z! G' S1 Q生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
" T4 \& _/ G* \+ k& i; j6 Y1 Y% S7 J大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残+ w: ^+ }+ r) K/ E$ ~' \* J
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的/ \! e9 k8 X1 S0 Q( _& i
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需& q3 g+ b2 ~" I3 s
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石' K# z+ J" E- I
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
$ H+ ^; s% i% `! L# F溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越' y/ W; i, M/ g0 k
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为2 j* {6 M( M8 j! z  ?
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合3 Q4 q. V/ E, w
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
! m- ~3 m% q" ?氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
. [/ D4 {4 d+ e; T0 _& C铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
' ]4 X; o5 Y, o30% 。/ Q: q. B, O- |" ?! D3 }: l
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
% s. z4 O" |' y$ G* ^制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都& g( J4 a* [' P: ^3 G, E
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
+ ~' @/ F9 T1 ?) \  Z其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
( W# \& M  e5 k和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备  X* v: ~3 Q7 k, W, R  I
复杂,成本高,一般使用较少。
$ w3 P' ?# a& S1.4.2 煤矸石
" u: X  J- ^) b煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃1 s! b/ b5 E* X: p1 U
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
" D2 Q; I) a) d" A6 D增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
* r7 W( Y3 J7 q3 s料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而0 Q' c. `& k* }  f" k& m5 F- Y6 q
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
- a& z0 s6 I1 ]: s/ Z* C6 T3 I5 _6 p数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和0 r& N  ^1 Y# z, x' i
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合4 r! C8 N7 p2 D9 i' ~5 _
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,0 j" }+ y. n; `* ~2 K" W
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石3 t& z9 h9 Z! M
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
3 g$ J+ p) k: o, Z( e4 q$ ~' i+ j时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
0 w' p8 m! d/ q1 W& U1 z/ ]2 Z处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
2 i4 ^+ k9 N0 Z6 f+ K* h. ]' V结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
" ]) O1 }9 h% D. [0 x铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐7 p6 Y/ p4 s1 x2 b) C4 S* d1 a) V
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为2 y3 L- R0 ]" Q
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。% g. I8 T- `( z; I7 v+ x9 M4 _$ q
1.4.3 铝酸钙矿粉4 m, `) a) ~% v  ^$ M) J2 A$ x9 r
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温* q$ E4 T0 a$ g
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的4 t, G% `8 S) I: E' `& ]8 R, L
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
, U% s) v; k3 o9 t(1)碱溶法
; t* ?  x. Z, \/ _" [: A5 R用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
! n, U( Q. m' ~+ y/ N液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
0 J/ C) c% O8 Y在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
$ O9 J1 a9 a6 c: R) P$ t值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
2 ^# |: I4 {2 L+ |* |, l2 ~反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会0 _- ~, p/ Q( p# j6 y% J. |5 x
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
6 X' E, R4 X1 m$ Z5 s  J- B加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
5 A0 O/ `4 F7 X# t( w状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
1 M: H8 ^$ \1 N/ I6 }4 o8 s铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但$ |) q4 u9 S1 t* l0 Y
生产成本较高[19]。, W  ]3 E6 Q9 ~+ c& j- H
(2)酸溶法
5 o3 m# b6 O$ s把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
  }& c4 S6 ]' \% H. ^* b熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
) o- C3 x, j8 Z" \$ B6 }单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不1 |# B" E3 U) ^' t  ^
溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常, a1 d$ I! G& ?. g$ s6 o! B
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,7 E( Q/ N& {5 _3 w
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合6 t% p2 o6 i$ M8 a( d( B
氯化铝铁
& D% c$ J9 Y( i. _7 f/ f' O* o3 l3 j(3)两步法3 ?* o# h2 q, n, Q$ Q
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
  h' S+ M- @, f" |2 k# p艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量, b; B7 k. U6 E( s: P
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是( @; Q3 W( g: n" |- S
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
; x0 X8 i9 C9 c9 g! c( s4 a6 N, x这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常9 o" U' R* B0 d" C% v7 N* n9 V
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化/ Z5 B! H; m$ `, U4 u$ I$ }$ [
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
9 ~: M5 s5 J( U. v流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝5 ?) ?- o5 x( L1 @1 [6 {
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
: E' e0 N: d+ G/ T, C铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
! J& n$ u: p! n+ m2 O合氯化铝产品。
+ l2 I0 m- Q; m1 @' @% L) p0 ?1.5 以粉煤灰为原料8 p) J" f. a. m( t1 [! T/ }+ L
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
" t5 [( P6 x0 \6 b废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
' h7 f( {) P9 T活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通% |* C, O. U; R& J' p
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
  A  [5 J3 J: T- g8 M2 O高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
2 M- d- f. h4 `. i0 l# Q% z人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
. M* n% |; u3 E溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再: m; S. p5 l! b9 c& G+ E; W! e2 U. G+ w5 h
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用& L$ B5 s6 A; H3 ^# Y) w; o9 x* \
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化. ?; M: f4 H; k
铝产品,据称能耗低。$ n$ m0 [% ~! s
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及! H, e3 U& _* |3 U
解决建议
2 D! z+ i8 ]# |% U! e我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
8 C1 n; {$ U0 g) u着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国; }/ E  S$ `' F
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年," g; J, g7 R, P5 d$ v2 ]) W4 X
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
; D1 e' K( y1 }( e0 ~9 e佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者" m% [: B1 V6 t7 X
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
- C8 a7 m* r" @! G8 H: s- h面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研, J8 j& I8 ^/ C/ V
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
, M& Y" @( N+ f2 z5 c* Y9 J反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、" S, i6 o5 v/ f# h2 |
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
" V: E+ U; @/ u% e1 e子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深% d3 S8 G- M6 L% Y
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在4 M& ]' l- i: W- W; g/ |
以下难点问题& p; V+ e& Z( ^1 v$ ?  q4 Q6 [
2.1 产品纯度问题
4 I0 X6 d7 z( y: C; B9 K氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
3 U! l8 u  j/ Z6 ^) t- n常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我& ?  y5 s) B, H7 ]$ B* f
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列4 S# L2 }9 P5 h) G# E- J/ g
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
) H# d  w5 r4 Z6 W5 r# \酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
7 r9 r# |! f- ^7 u  _0 Y品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化5 ^8 _) \( e* n4 A: J
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝3 \5 R% q/ `( m& }" ^2 u' U8 T
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
2 m5 L5 |) T* f4 u* e! N求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
7 [+ x$ E  s2 y产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之/ ?, r' d$ I) V9 u. a; b
+ S- p) n( E; u) t% ~
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推$ b* ~( \, D& M! C% P2 H9 m% [& P  q: P
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新8 g& p& O( Q7 k, g8 n$ O
产品开发力度。( X" D$ F* }+ ?" c6 t3 q
2.2 不溶物的问题
3 U, y8 A! A  S$ s国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
5 `8 w- x1 b/ E明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
! s1 w6 J+ J, w4 T9 p矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
$ l. J3 R9 z  f5 G; p  V5 v成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相( r5 Q( `8 S2 b. f& V* ]
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低' q) c! ]# J8 L" m3 y/ Q  V  H
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
! }" z% G6 V+ Z5 h8 ^8 E( {; _决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效- g6 l4 T5 }' y1 I; A
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
3 v; K! C# v) p/ W$ X, H也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
6 ~! T' J' @5 W: D自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积& V- v; A) g/ G  s5 O1 M" K9 ^. W
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
  Z9 J/ ?1 ]+ T高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,9 ?* J6 M" L. q8 }  K& c8 C. s
通常会取得较好的效果。- q2 L2 h0 C" D% A& j( I% E
2.3 盐基度问题  e# ~" c& P' R) z6 N
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
5 P  G' Z" y/ z/ y4 e3 }5 G0 u在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳& `' n/ W6 L7 {6 ^" C4 y: d7 w! U! {9 M/ G
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考- {# m9 q; l, M/ b3 r
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
0 l* h  M; `) C/ _铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
8 y6 ]; d+ D" A% X0 G/ f( U; i- Y0 i/ F国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。5 n/ E  Q3 k, ?1 @' o
2.4 重金属等有害离子的去除问题/ |! N9 ]3 |% J3 \
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以5 }: [, i8 ~. `$ o
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有2 h5 R+ V+ O+ Z0 u- k9 J+ Q
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑  v0 I3 C9 S7 F
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
) n: l1 T  ]: {0 u$ H5 \, v9 s2.5 盐酸投加量问题2 J9 j7 l1 p( t  \# l) c# o) ]& I
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工9 I9 x  d0 Y- }
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
- A  _3 T) f$ E  a4 y本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶+ l) w; h* p& e
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问& |7 j, S  j0 {) `4 s
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
% _1 x) r. ^4 _! f发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数/ b4 b/ k' |* [+ C  B# Y0 u$ q( I$ [% L
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率5 K/ t- \0 T- h& \! a# y
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度' x. a. P2 [9 \+ l; q
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。( x' i1 O4 n. h
3 结语与展望  X+ W7 {- b# T$ r% }
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
. T$ B$ M- m& J" p8 g品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水3 d& p  a& U, G2 ?& R1 v5 g
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
! F3 h2 {( L: P4 x& U" {7 m6 c) t# }. s4 |有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
) }+ k, {4 p1 M9 V2 u品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产- A5 A( M& ~2 u* N$ g
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来2 A1 X# `. x8 S" G* [4 k
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利* E7 S/ Q! E% j8 I
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
- H/ x/ b$ _0 z. _: y* u' p此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
% `3 D. h- z5 |氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用0 O1 A6 V# }; ]  ]+ f* x4 a( p
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
" v. a* S3 A1 M: L6 l: ]0 L$ i( R) r生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
( X* C9 u! W9 s7 s9 ^/ S应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产/ }6 o/ Z! t5 {( G5 u
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,+ B. ^# [2 A; n) d' G/ a
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向9 c5 @/ a) V" S
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复% x& X8 S, w/ t4 u$ y( e
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝8 X% V8 @0 e! q) o/ C
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范; i8 d" y3 y# z6 Y# [6 v  T
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离$ O! M/ W, I! M3 s
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
% e2 W2 F- h) Z5 v# B" VPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料7 }  I, j# O$ m+ F0 H
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
1 k$ L& n2 r( [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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