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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
6 _* C% J9 x) V9 q( c(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
1 {% \( [2 V7 \4 L! k在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
" {* D% j9 [; V9 ]& e液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
# ]& A6 F" d  o5 d; {9 X理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用1 u8 {! V, F  M9 Z+ f1 V
水、生活污水和工业废斜管填料中。- g% }& \( C0 @+ X' a) H
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮8 q9 V( }8 s( Z
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代2 C) R0 o6 \) h/ N% \
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量6 t8 p0 E5 n3 v1 k9 ]
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉6 X$ `! p" q  n
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
9 M+ G; C) M* L9 L$ Y7 b$ j值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
8 K$ f4 H8 Y/ F7 |8 Y6 T从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
- x) R- J! w! s( T. o9 `) N6 e; p8 J发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到. w! I9 F! B! W  \* P
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
/ D0 y9 T2 I% V3 W6 C" m5 F) M度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
4 t7 v" G) l1 h# q和探讨
4 _% U: p3 w( |7 \% @( f) ?% c1 聚合氯化铝的制备技术% }3 `2 I4 O# F. l
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料( c( d1 x/ v: H& C( f( B
1.1.1 酸溶一步法3 N; ]% W: S- @! `
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
: w0 f; X% T. T在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.2 c7 K; n, q; k5 y
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为: x2 x* e3 c5 m$ L( v8 O
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,3 {* J7 I/ u  ?; [2 [0 v- F" }
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
' P8 l9 a+ H: e/ ~+ S' j- q6 n0 ^8 L4 X' v出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至" c( e3 A5 s  @
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度" B$ E3 U8 l$ u! d
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
+ T* [% \$ N- C3 S. \$ c简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量3 e! h! U% j) q  e
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设# J$ y. s% B/ @7 ?# t
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
4 ]3 y4 I, @" a3 H4 l, C金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
! Q8 X5 L0 B: \+ s利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
# H5 O" m5 A$ x+ I出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚6 ?( L/ e* r+ C
合氯化铝标准溶液。( r' `& ]0 M  w' h, a4 t6 M
1.1.2 碱溶法: s. Z1 [8 h) g6 o
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再  b0 f! J2 ^  f/ L* y8 Y" \$ g1 T
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法8 [( L( l3 T: |
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠1 {# z( F5 ]1 p0 w3 a( y
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业  m) f+ T0 _  O+ x1 H: H6 D4 [, A
化生产成本较大
) L  _  H3 _2 _# |; x1.1.3 中和法# f( `3 w8 _4 d
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别' n! _4 G  o7 s7 J: R+ \
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
$ n" B5 n8 x+ e' i0 B制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶: v  ?9 K& Y; ]. k% w1 u. ]
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
' t0 e. m' t+ s* j2 |- J5 x3 K铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分1 s4 x& _. y* @8 k& |
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再8 d, E* p. G% Y/ L: `
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
8 K" c' O$ M. g) a' f到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
) }  r" j' [) w  H$ ~5 D& W称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
7 E: _* \, d6 s* Y) N% Y1.1.4 原电池法/ b; ~; }$ j! k. B3 K* s
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
/ I" @8 V; A: X8 Y4 a化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
/ s9 V% ^1 T2 W桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属+ s5 d/ t$ h9 J3 Y! j1 a. q
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进6 e) H3 h5 s$ q) }* T: ?+ A
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产+ f  U' k9 N. a  e  v1 V
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
* w5 [! ~6 V: Q. b  q拌,大大节约能耗 ]。0 F1 d* s: S, U4 i' C
1.2 以氢氧化铝为原料6 R" d# g& b* ]* p( m1 W5 |
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的( w1 }2 {$ Q- e! z1 W8 m
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
: m* [, M/ K8 O" }4 H+ G该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普7 ?/ d$ ^1 n, F8 o" n
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故" S( h9 O! x  R  t
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
* C6 M+ U8 m5 a) V0 j不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
2 P; J- y0 O  R9 z提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸$ C& M0 s4 C- r& y+ k
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂* S2 {; h- E, v/ h
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
6 j+ K9 y4 r& g3 t得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝1 Z; v4 e% s% {, \9 U5 }: T
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯  v( n6 M& s$ F! ^& j4 ?9 r( {
化铝。
7 `$ {1 D2 H6 q+ O7 M: T1.3 以氯化铝为原料
1 [4 H* S2 u" t: d1.3.1 沸腾热解法
* c; ]) h& I' _用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出0 `0 f7 C( W( Q/ w
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水% a% Y2 _  h1 P8 g
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
; B' d* u3 j$ B1 L3 A0 t: M合氯化铝固体产品。
8 p+ ]  ^- H& W( r- Q; P3 F7 A) H% v* M1.3.2 加碱法
' d# M3 U$ b- @( \' X+ |* O" x% r先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下2 F# N! V2 H! k
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
- ?5 j+ |4 b" r  z反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产/ n. p2 I% ~: L6 e
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产1 n- \6 y  [( L) \1 v; h: t
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等3 z/ l; Q+ A7 k0 w; l- w* b
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
0 e/ n. U4 _5 X  G1 HL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报' {. J, b# A3 V; {+ U6 \- G( K- \
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
2 g( p  G' M0 C2 r' V0 VAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质( s+ T* q4 b$ t4 i' T/ T6 n
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐5 F8 \  Z8 W# B1 o9 x
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
5 O% N. L$ ^( l  D8 h5 ?4 `, ?量也不高。
+ o4 d3 l& C; t7 K4 ?! R7 u1.3.3 电解法6 Z" m# W2 ^0 w1 m$ w8 }7 [, J
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
: N0 i0 f$ x& N, U" q  ^不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在$ p! ?" y9 S8 u' |( e# J
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉) {% f6 K, d; C+ H- V' `5 a0 n
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
1 Z5 v# Q, s6 d" G氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何$ e+ q5 ?1 c! y7 b. Y' k
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且7 C1 p& o# F. m4 f  R+ @2 ~( x
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
6 E5 Z- {8 w) f  U, d3 ?# C倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
/ u9 X1 ^0 {, T1 l$ J, h, y过程中的极化现象。
+ _8 D8 r) z& L* b/ u5 x1.3.4 电渗析法8 q& s7 M$ a7 n
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解0 d& ]' @# O- G2 c# r
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
9 ^! k0 t) L7 z7 M- ^0 D板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
* @4 `4 a# |+ Z3 n室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。0 ^  Z! A5 A1 K  z" C
1.3.5 膜法) y, K0 ?+ Z/ Q; @$ t( t3 m
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
( H. \1 g; ~  l5 i3 r化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
. K, A8 a) D$ x$ z! J# D! }1 D通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得6 R, w, i4 x" o4 A+ b5 w% X
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
$ q$ D* T! V0 }$ [: T) B8 _% U制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
7 O+ t5 I4 C( J2 s" H5 v* \以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化' C& C! ]9 L4 q, |
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。4 S# `! l2 u/ _. q6 F1 p
1.4 以含铝矿物为原料
: m8 \% d( ?) n% ]* R1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
+ O5 Y- D+ G  H- R铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主6 H; {+ U- L- R8 [! h
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
) e4 A: f, ?' R& d* J5 A几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
1 o" s, C3 i5 k. R3 m/ D般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等& r( s4 s9 \: m/ \; |/ k7 {! s
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
- N! E/ G6 R3 C. `4 b分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二- J- K9 ]7 `2 q
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为9 @  z! f3 u7 Y0 R# C+ Y8 X
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时," H4 O% V9 Z& x  z
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。. R  f  T3 j1 M1 U: Z
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
& Y& T% l- C: c& v0 }氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
& a0 v' A" Z% F9 c; Q( l一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
6 A# v9 w+ v- ]) U" \: z酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
+ `: p0 A+ J6 `6 q; {& m( n& v生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较/ A# V. J) T4 H; D, ]
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残! e+ V4 ]8 Y5 P/ `& k  K- `0 J  c
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
$ A# T$ Z, E% A# ~2 O1 i粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
$ `! d1 U: z- P- C: W3 p( F对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石1 h: E& v) N3 p
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸% m7 }: g" `& @+ h, {$ M
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越3 ?4 F: B9 C& A- W$ c
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
) H; f2 U- X- q: K) w5 V' g20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
! |9 K) b& O  f/ {) v) E8 J氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,$ b; S! z8 ]2 C6 }- q# m
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝6 j! P: k1 C3 G# {& {
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
0 P- f4 ~. O/ W2 |% |$ _0 E* w30% 。4 M; l$ N7 E$ Q: p5 _
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法. U2 g: O9 y1 [8 y" S) @
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
' T6 n4 l7 @, `) C, E1 L! y# ^需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或  G6 K( x) ]; z! }' `; Z
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
1 {* J  ]6 v2 `" Y" l; \8 D和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备: t) O5 [2 y) X# h- ^7 y
复杂,成本高,一般使用较少。
$ Z3 c' I6 L* Z. r1.4.2 煤矸石7 f) D" ?4 Q9 ?3 G
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃  L: v6 i) R( e4 p" k
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧5 }  Y6 `5 k0 I7 [8 ?7 ^  A
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原; S) {) |) g4 \% ?' Y' {0 M9 d
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
$ p$ D/ S" F4 E% N& X; X6 L且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
2 c$ a* P3 y8 A: E数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
* Q2 d% g! \( g3 B% }5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合0 q" i: W, d5 g$ m2 R
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,( I6 |1 x3 s$ u3 b9 ^4 R
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
& }  a/ a3 }6 [$ d( y/ D! V/ m+ c( U经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小5 K. P+ u  h$ Q4 P6 O8 M
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当0 s/ T! V! V; ]0 j6 u* X( {+ N
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得: l, z( i* n. u2 W) A+ ~% C
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化! [  q% @+ t0 d/ I9 a6 H. b
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
8 }; e1 E' L. _5 }( o5 y3 W! R基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为4 X- ~# Q& i$ B) F# [9 q( t
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
- D1 z) d# n% T+ i1.4.3 铝酸钙矿粉
& d7 @1 M( |8 N6 w  W铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温. h7 h% F  {; X1 J' g# g
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的7 b* r; n/ H1 i1 @
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
+ G! j/ u$ [8 c9 g(1)碱溶法
; ?( b7 w# E! L' `7 p+ O# s' }用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
+ S- h3 z9 {: E1 T0 T0 y. d液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后5 h3 ?" |! Y" `3 B( Y
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
9 p& h+ l$ |- _% O# U9 [值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止- r+ K4 W1 \  b5 |( ^! M8 A- ?
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
1 D  }6 Z" l4 b$ Z( X3 K' q形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
+ Y2 a) ]* ?8 P7 c( \3 F( I加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠, n( P+ k! H7 F1 V0 o
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化/ z' U+ G+ q# v8 V+ k' @& u/ [
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但; C9 f8 d# Z  w% B" M1 a# V
生产成本较高[19]。
& w9 `$ V7 z; ^0 Y; J7 ](2)酸溶法- ]6 k. P4 S$ M( p1 Z
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并0 h% H6 G/ u; n7 Z0 \+ K& i* ^
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
- v- k- }  x; L' U单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
' J/ g+ l) _$ L9 }溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常' E; y  L6 k9 G1 u9 D( Q
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,- O# {) S& s9 Q
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
6 f8 c2 b- A* W) x氯化铝铁
: \) d1 }1 Z* E4 k. o(3)两步法
5 d7 B) b4 l4 H  F3 B这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工8 A; N: h# }* v- B" ~
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
4 \0 C7 k; x; L! e. j比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
9 W3 E% {3 p7 O: o. `把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。) z4 _3 W0 C3 ?! c
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
1 E  w2 w# d" T第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
, [& \8 C7 ~0 {6 s4 K5 Y3 Q3 j9 T铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回* n" Q+ A9 n. B. d5 Q
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝1 g, ^5 B  l1 w2 c9 y
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化, m& C* [. {' A9 d4 ]% N; v; C9 l
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
0 I5 \5 t* ^3 q9 [/ H合氯化铝产品。/ D3 j8 t7 s3 d/ R3 E2 V
1.5 以粉煤灰为原料# E0 \/ m) v9 X- P6 s2 \
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
) Z! v& W5 u% L, S废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
9 g, m7 H2 p! P' E$ S  I6 e活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通$ ]  d5 M+ s3 B1 U
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性: E, a/ f$ f) ~  z" {$ L
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有# C  W8 o; ]4 d2 j
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸/ t3 U$ c* G( }& Y
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
! `2 I, i3 V) j0 j: R用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用5 V- b3 O% C4 h4 t; C! P) d
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
# r% v4 U1 |$ H! R9 K铝产品,据称能耗低。; V+ x/ m( l# G3 ^
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
/ E, Y+ l$ @# O8 ]解决建议
/ _  l% o" |# J) _我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随3 W% B" G0 _5 S/ d  _4 `2 k
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
9 N# c# @$ R- X2 P/ O6 N0 @+ Z1 T内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
5 A6 n% R, d+ E$ ^) d但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最/ l! c/ t. A7 E& L. u3 J: d: _
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
5 M3 ?  s6 {* s: _1 J认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方$ w2 q3 U9 x4 ^
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
& V, D# o% l, b* E) c究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
7 D: L: w, j- f7 i6 E& Q6 G反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
! O. T+ s, a+ N1 D$ M" R: K+ t硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离) @& j5 |" z) z1 e% y
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深$ {6 N: {& i: W$ |+ h& ?7 B
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在# O6 z5 M! q( x9 g
以下难点问题
) K4 W% X& q- l: \, m1 Q  f2.1 产品纯度问题" S& V$ E4 j; a! h0 L: Q9 y+ @
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
) d9 S5 J2 N; T5 [  G' I7 j常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我& ?4 q; p/ f) J/ Q. |8 T
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列9 x+ W; d7 {0 J% `8 W# c# X! n
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝$ C+ J5 M1 j/ V
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产5 F  S/ B$ P7 Q. \
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化4 Q$ I4 Z  Z/ Q
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
( F; D- n( t3 {& g, P盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需1 N9 z2 v5 M* ]7 A: P' w* i
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
7 X! {0 ^- N& `4 g- p产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
) C2 {  u0 x) p2 i* J
$ S' `% f7 ~* R。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
5 |* P9 {( i# e广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新- H' D1 d$ @; v+ J  s' Z. y3 k
产品开发力度。7 _/ B" G5 g) C" Z; K6 i1 z6 O) M
2.2 不溶物的问题
3 `1 w8 l6 E' L$ K" k" I4 f/ V6 I国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了! V. Y/ Z( u7 G$ C/ B
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而/ G4 k' G* X4 C
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加. y( j$ n0 r" W" C9 s; @) [6 s
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相; A# U% E$ A7 o. a* {
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低1 ~! u/ T0 d5 n+ C6 L; I7 U
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
, g1 @- O. Y# r' ^9 ]( r3 V$ j4 Z决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
, c0 n# x; s+ M& U" ~果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
, Y( a4 p1 X* P- q5 v& ^1 I也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①% ^" W2 Z$ }: `' p
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
0 A" C9 f6 G) i7 Y小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
1 n* E  w  C( ?9 T高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
" Z2 L4 Y7 c: ?通常会取得较好的效果。6 Y4 O' h- V5 X4 c/ T" d3 {
2.3 盐基度问题  M! j' \; p1 z! h4 H8 |
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
+ r  |) o) ~0 J; g在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
- \5 t" Z0 Z" S$ q酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
1 D+ R' q  m4 Z2 E8 U9 K虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和9 z5 ~6 ^5 D0 f( x7 W
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前0 n6 S3 a& n! P. [8 i
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
  h& t, E3 [' G5 r2.4 重金属等有害离子的去除问题- h+ c4 N* o9 _* H
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
1 c- }8 n# B! Q) [" O在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有  m- n+ h7 U, Z( W0 q8 F
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑+ |7 V0 X# B, ]" j6 u8 Z, L
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。" z7 \+ C* `( R( ?& A2 k
2.5 盐酸投加量问题% N" _% D- i( P5 ]
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工4 @+ B! _0 g5 Z- @. e& G* d
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
( j: h* F; C; e# ^. w8 B本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶# u! `: k* ]# M% G  X
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
" e& }0 O. y6 [# U' u题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥* K$ j+ p4 S8 i- h- L8 J9 I
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数; Z: S+ ?" d  U! E7 O
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率. I% w5 e9 U, m0 k: [3 S
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
2 \' e% F- L  u& P5 f+ c  z低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
; c5 ^7 T5 ^& }: Z. L" a1 G# d3 结语与展望, X- {) f, {4 e% s
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
! I5 O6 D/ m' D品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
2 D+ J: x' a0 u$ k处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
' E. S" P% l3 F: `$ R有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
% ]* r$ L& L+ q4 j品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产6 L$ l* B" U% _, k& @6 |
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来# l% A" t: ~8 B
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利, L% o. X, C$ J: K
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用8 ^9 x& o( K! l' Q/ g
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、% k/ ^. r4 }; s  I2 m6 Q
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用  y2 b8 y# F7 ^
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业" C. C. w/ a, m! j
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究1 h; ?: T; i- d8 f( G/ ]
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
" t& H+ M( y- H/ X# y' Y聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
7 h9 o# B, s  ?9 u1 B1 ?/ `是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
. v8 |8 M$ c7 R! V+ t) l6 y; J是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
& N2 n2 M  [" q5 q! t配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
2 ~- c+ c1 k  }' x! C剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
) V+ @- O. ]4 _: w" f5 `; F4 ^! H围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
$ z8 D. `5 J, f+ ~子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
: ]* ]9 J3 f( ]6 j2 J' X% c+ P/ [  cPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
$ _0 u6 n( T/ X# \/ z利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产/ W* g/ {" t2 M+ k
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点
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- W2 E. J( n. O4 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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