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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0 J4 ~+ c% X0 T( D/ _
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)$ \0 k, [: `4 i% T5 @" M
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
5 g$ ]0 V. I! S9 j液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
6 N7 [7 p0 l' Y( K+ f, @8 |0 B: R理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用7 F+ c* E. ~- @5 U* A1 n0 Y/ T' g
水、生活污水和工业废斜管填料中。2 M! E* v6 I: L/ \7 B
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
& N: X3 B6 o) i3 B2 w4 u' v" ]凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代6 C+ h; o/ E% N( f  I
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
; D. v, l6 L7 D  S最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
$ Z2 z' D) o) l! j淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH$ @3 u( P: g* T7 D8 w  H
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国! g- Z6 _7 G) H
从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
5 {$ w- z" _4 H+ M- r& p4 Y/ N/ H发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
9 x' [/ [- P) G6 [; s$ b了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角0 u6 r) q4 O5 x# c! O- P$ G' N
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
* E; m: h6 P9 Z; W7 L& Q9 p9 O和探讨/ P6 M2 I$ x  e/ x. G! c4 e
1 聚合氯化铝的制备技术3 H, b) u0 H  P; C" s
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
+ V; D3 U1 f  S0 n  Z1.1.1 酸溶一步法' a/ h( p7 k9 p1 u" Q# B% n
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,0 h5 r# s3 b6 n$ H( f
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后./ Z' f- J7 ]5 }. h8 k! [  U* d
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
$ B# j5 e3 X7 O/ k5 W放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,& J) [0 T# O- f1 P- N
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
' A% q! g/ J& f! t( [出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
& M3 u' M4 J& u: {不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
/ |! @2 C  ?# w" l8 H  Y2 }至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
; T# [' I$ F% V4 I3 q简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
; k, Y# P+ S' f7 M* L较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
; q3 W5 o7 e' X5 s- S备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重; W8 G, U! y; ~, H
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?9 ^* D1 v  @4 m# E$ [0 H
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
: ~, {/ b' [. G$ Y出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
# N1 s- \. _. A0 n5 D; `  T5 E合氯化铝标准溶液。. L" h& U$ Z" M& k3 I% m9 L
1.1.2 碱溶法
. v6 D4 X+ a" L6 H3 N! P先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再( T4 e5 }6 C! ]
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
$ s6 R) O# f5 ]! A/ Z的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠8 z' q9 [; k# U8 v+ R# c. |
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
( \  f: X4 _, ~2 P' F3 z  R化生产成本较大3 u$ ~% U! v$ K
1.1.3 中和法/ D! j1 ~* X# i7 L* N! ?8 I
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
8 [1 V: b# w8 z. M) y! l制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
/ S+ {: V- I$ @! n" f制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
# M- I1 S& i. R- I物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与# X1 `; F% x1 G1 @
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
9 X! {8 S/ w* t$ {用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再0 L7 y( W5 @4 i0 ]' O9 {" Q8 D$ R
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
4 V( t+ v# d- s到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据3 @6 G% ?: H3 `& [
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
6 Z  I' m* W+ E! F# ], t( x1.1.4 原电池法
; H& d  P4 s) L/ |7 k5 T该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电. f. g; S9 z6 J' E* ?3 X+ _
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆' O3 {. N6 c7 v" S
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属" V1 J7 h: Q1 ^5 O( T9 Y6 C+ @$ B# F/ A
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
1 W9 O# s/ H3 i& q6 d行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
0 W4 H1 I4 O/ p1 G& T( i生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅, `1 y9 M. ^& l8 A
拌,大大节约能耗 ]。
9 q' T5 @) ]. \$ }) J! p4 l9 b1.2 以氢氧化铝为原料2 i3 I+ \; w' N
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的4 G- T3 f$ m! D2 U
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
# l: @. c2 S5 K该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普5 u! E* y- c) ?/ L! W) O$ J
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
; s6 S* F* W; G0 P( l- r! I" Q8 {酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度1 ~1 n  G$ y" t% t$ E, L7 c7 w
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多! q2 |: V4 s7 j" W9 x# s! A
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
: @0 Z+ l* Z& M" ~1 ?- L. Y钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
. y6 m6 @$ j$ c  ~/ n/ A质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
* l: X4 Z4 `' s, J2 S% _- c7 k得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝  n' K! n1 n0 @; |8 Q6 e7 x) E/ q: `
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯: d+ i, B5 U! W# Z9 i1 \
化铝。
+ P" d/ _& R3 l* E( Z1.3 以氯化铝为原料# m) a" [7 z: L/ {$ _. ^9 O! n3 S2 f
1.3.1 沸腾热解法
: w9 L, W4 T9 @$ b用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
9 r# N+ q2 |8 o氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
6 r2 C+ T; [6 B0 b" L1 @搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
( ?' {4 l3 Y  `; e: ^+ l, s合氯化铝固体产品。
) O0 t, N/ z% [2 c1.3.2 加碱法
  D- d/ a4 u0 d, p" b5 B  Y0 q: b先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下, a/ s/ {( u# R( m. y2 A0 T4 K
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,; l8 G+ t6 [' \9 u* e0 x: H
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产% o3 Q2 y/ O& A8 L* M! k
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产8 f' f8 H4 v4 d5 o. y3 A' e$ K: r4 E
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等4 {6 g# G& Q. J+ u7 M' F& U
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/$ f1 K" z6 G% @8 a0 o" [0 r, W
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报' N7 c( {% ]. R5 J" x* E$ i
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
# Q) H3 }) G+ }$ C" [2 L: S+ [, YAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
! T$ \4 e( ^1 E# u$ Y& ]量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐. C5 k! T( U( a' }8 x
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘& J2 [: a  y" {
量也不高。
$ p' B  f- N8 f, R* U2 K1.3.3 电解法9 E! \$ f, r- }. L6 l, N
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以7 m4 n; ~# Y  K" N- d
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在9 i. z+ t7 g4 f: M. Z( B% B
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉% Y* B7 O4 C/ G- B5 k! Z
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合6 j9 }5 n5 H$ `# O9 q
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
5 \/ o# c) r2 v7 k+ y: ^- W锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
* V* c$ J% x* C8 ?4 H可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
0 S# G8 o5 f5 `倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解1 K" E( _$ [, }$ |& l
过程中的极化现象。
& _: [7 S. R3 x! W1.3.4 电渗析法
2 e% B! ^3 X, C' U' w  C2 q4 O* o路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
' T% o4 C/ j6 @! t7 R液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁& {, l2 g4 c; R, N/ R! r9 G
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
- x0 Y; m: R8 F" c: `5 |6 o. e: C室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。, A' L7 X* _6 C, Z0 k
1.3.5 膜法4 J! }( m; A: E1 g: `: c/ B; c. U( C
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯5 o& R8 Z' ~& [, O5 L+ H1 b$ u) r
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液, `/ ^/ D- \, `+ L$ b
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得) \/ z1 d9 f; u7 V) S3 m* R
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜9 {$ X0 Q" n& g
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
2 j. y: p& h& E  w* o7 y& t以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化7 W: u2 j$ N& t- M2 S0 T  e9 k
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。. y; B/ f' H0 X- c: O* |
1.4 以含铝矿物为原料
) W9 Y6 d4 W, U) K- f- M( B* R1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物% W: V0 y- Y6 k2 O
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
  b: ]) F) X$ Q) w, a2 {$ d要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这; Q  s( D) {6 z1 l+ }- f5 a
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一" k. E7 @' f5 W" `% P0 ^1 D- m. v
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等; |, s6 \" j0 A$ y3 g
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
0 ?! }4 ~4 ?, B分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
: V, @9 n8 ?6 ]9 f氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为  u8 ]1 _; n6 g1 u
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时," D9 X$ |2 a2 n
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。- O. L, T8 S& r
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚! N/ ]3 T2 s, a
氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物5 |/ z4 @* @' l: \
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
4 a/ X8 S% B( a2 X/ z酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
0 c5 E3 F2 G4 \- h6 m, z: ^生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
0 d7 _$ H# e' N$ d) Y' r3 I% T大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残5 \- y4 |8 e% T! Z7 O: z% x
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的8 ~, _2 e) k, U4 q7 e* s& e
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需& `' b1 a3 c3 N% ]( c% ]! |
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
4 l( {+ j6 t# y种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸! p2 |! k, p' ?8 M( O# Y/ g
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
& ]; T6 p/ E% `4 P( N: M- F( ^1 }高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为; g% m! U8 F  W- e# w/ c! o
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
3 \; L% A* K# W7 {! @- d# e! d氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,$ q' u( f+ S4 J8 x$ W% v; I3 m
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝: r- @6 o: i6 `& v- r
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于) e! m1 y4 o7 J3 E6 Z
30% 。
- c5 y9 e) i8 U, \4 l一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法" g  A+ l1 T6 g# D$ d+ c
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
$ X% i) B& N8 m) v4 ]- x需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
) v1 v, O0 ?' s  ?% u3 k其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠' c& B( U$ P7 x  O! k" i! H
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
  H' g0 v% l: |1 X$ i$ l- A& l, z! J2 c复杂,成本高,一般使用较少。- l& L+ x7 m/ h
1.4.2 煤矸石
2 }! q2 N3 x" ^6 D8 m5 n煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
# S1 j2 c* Q& R; F+ x2 z  y物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
" b4 R; I/ m) e. `& G! a增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原; o. Y( r1 y4 V3 i
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
$ [! ~6 Z- S! V且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分. P, h# J5 q* x6 q4 ^1 f0 @2 s; ~
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和& e4 J, A6 l8 J& g. s! g: u' a  s
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
; _; R+ I. c# W, o1 o氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
% i# }% w& q+ Z) N& I* T; S8 R已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
+ s+ ~. |! W- J* b1 i. ]/ y7 ^经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小4 L% p. R! O7 I* A3 }$ ~; Z: i
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当" J$ c# `, m! Z( z! P( E/ }
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
/ q3 j, {& {0 _2 N' B% _+ }结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化9 K! \; `8 d# s4 U" _& L
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐6 q0 [# V, ~$ H, a8 o; p( Q
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
/ V4 b! d+ M7 J, S原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
: e2 ~1 h. j" h5 X' m. W9 v5 ]1.4.3 铝酸钙矿粉( \' L# W$ v- x* ^7 T# S
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温# o) \: k1 u" a  h$ c5 M5 t- Z0 Q8 u
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
' h- }, Y; i0 j不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
% u" o. x) H! v(1)碱溶法
/ Y: k4 ?% v8 Z用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
  L# {- Y% U/ I5 A1 V液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后- O$ k( o* V7 S: {4 b& Y- e6 B0 n
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH* F" D" b5 F/ i, `& H1 T
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
1 C6 b' {& \9 r6 N( v- g( s反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会- P' m8 w( X. a& J6 a
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中% p, C& b& Z' J9 V! e$ j* Q6 [; x
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠4 @3 n% Y% ^' W/ S. v
状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化7 T+ N9 t, S( G# V3 O& S* d( e
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
' b+ d0 q1 t2 J/ H3 y生产成本较高[19]。# y# D% w0 v# O/ e4 a, \  H2 |
(2)酸溶法4 U+ j# N+ E8 D. y7 X3 I" P
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
% x( j0 a! g4 h; X熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
, j5 K( m+ R% w: {2 b5 ^单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
2 y( [5 l/ |: Z9 T& r: j# F溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
  m8 }) m5 f$ ?' \! f& X不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,0 M2 o# D( [* L" U" I: U* Q! m' v
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合7 h0 X3 B0 @% {/ L
氯化铝铁
& |% I4 o: X. `) V3 w, H(3)两步法. ]' t8 E3 J) X8 y+ n; Y, f, u; H
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工  q/ D! n& k; _: w; I
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量  ^7 @$ l4 ^# a
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是% m' M' ^3 m+ k* [9 f, V
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
1 C2 l0 L+ r- \6 D这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
; Q+ D$ d4 g' i2 X. K8 ?第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
0 T8 o/ n* i# q2 h, ?1 [铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
# p$ Y' {3 J8 I! F# g流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
* E# m: l/ h  S. z5 E酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
+ @. j, ~* o. G9 Z% z0 i8 a& G# I% y铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
. U/ }2 |5 y* @) t合氯化铝产品。
0 S" ^. C0 ?% A% K% _  x1.5 以粉煤灰为原料
4 d, Y. y$ O* Y2 \7 v粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体% @  ~; c% \4 k" F; |) C+ v
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
# J' `! t7 U* U* M2 h活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通* c9 t9 G/ H" q! W8 n1 R
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性: S) x" r+ U% B+ S+ u
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
0 j6 x; C. z- i) L5 P8 i& v7 N1 j人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
9 V, U+ p$ ]  j- L9 m1 F& R溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
2 U1 U* Z7 a% G. F$ C用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
* _6 ?- N8 |( i5 R% P粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
' u, P$ \! |# K* x! _# Q铝产品,据称能耗低。+ [$ w. Z. g5 W! J0 i
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及  j5 \2 J; ?+ k
解决建议
- O2 o9 t9 D. s/ e0 y  R+ l* \0 }我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
' E+ @( \; `/ w: N) b# v着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
% u+ k# d: V4 W* _$ u内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
' n  x5 X( w* Y* M: T+ g# R但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
2 q, E1 i: l& H3 z1 y7 y1 V佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
4 Z5 q  z. l+ T; ]# D2 m认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方1 T( R3 S8 r; f, S! P+ l0 ?
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
( j4 h5 o* f, C究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度1 d& Q. P, j! b1 v: p
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、! _3 j$ O' R' p  X% B
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离) H' o6 F5 X% E; g  Q0 k
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
/ ^4 O( N0 }# f! k, |入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
' g* @- J/ j+ j4 j- d+ K8 `以下难点问题  T# {8 K$ K5 G9 c5 f1 s
2.1 产品纯度问题, M- k# J. l2 ]5 {( u
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通1 m. o2 Z- y( ?5 d# `8 t
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我5 j9 d5 E. j. G/ J* U. {3 G
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
+ ?8 H0 d  l* ?# B9 L+ _产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝0 U) U8 O5 B8 F, w0 I6 t! B0 q3 g
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
* Z, [: q7 k) s" `2 i2 v. n品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
3 t1 `& F" K$ r* K9 Z铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
& x  T& c" o# D( y9 @3 H盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需3 n% n7 t1 l' ?
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
$ C( o& r+ L2 \, j/ [% D产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之: n' f9 V6 @( r0 S% M
0 O! x9 g9 X! g% h( U
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
  h3 z9 S5 a+ E8 H广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新* M( n, l2 i% E* {
产品开发力度。! }: m  |* h8 }0 I/ s
2.2 不溶物的问题
( I6 @7 Q7 `1 l国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了/ k0 ]( w% Q& v4 s4 _7 q4 n* W
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而5 \; s/ A: j% k+ v" g0 ~& D
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
3 S' l$ M8 u& f成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
! B; g* X7 v$ i( t' j5 L应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低5 V; F4 d4 v  {3 {6 Y; \( \1 E7 C
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解6 _' M7 |# }) y# L0 p/ V
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
4 U4 p; g0 F4 K3 V1 v" `6 g果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择, \+ i3 C# X# w6 J" n
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
% v  N2 t  I, Y6 C) ?/ E5 Y自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积1 \' m$ R. ~; x
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗) {7 t# q3 e+ O$ M2 b# u% t
高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
3 `5 w$ J- p; \% ~$ }) X8 [通常会取得较好的效果。
, [& r. t" J# Z4 o6 ^8 ?2.3 盐基度问题) r0 b- P" Q5 n9 W2 n6 F7 V% B
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
0 s. E& O5 ^8 O  |在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
: A8 h( Z/ G4 V5 W  d; j+ @/ _酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考: f7 O5 U, E- c( @  ]
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和7 p7 `3 `3 D) B7 o! `- c
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
+ \; K; N1 ^0 n. z$ @  P4 K国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。0 U7 ?8 s* a8 [0 h7 Z
2.4 重金属等有害离子的去除问题
8 R+ B- y2 P; t3 D7 c+ S! s某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
2 s% K( w5 b. M0 n- ^) B在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
7 Z) D; j/ L3 W$ G; U6 m8 S  n' ^害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
+ W7 V! G+ c; h+ I置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。7 \% P$ F2 [$ j' s7 W
2.5 盐酸投加量问题& s  N( H4 `7 [7 J  }2 u
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工! `+ i! p% f9 D. h3 ]' ?
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
  k, g  `* A5 ~" V& ~+ m本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶, l$ F5 Q" W& I# F: P+ P
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
2 y! N- w0 e: B; Q7 s% @1 R  O( V题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
( e1 R+ S% q4 P: a# R5 ^发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数8 d7 F- e& n5 I* e
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率0 m0 P6 @" a5 C8 p4 c# b$ f8 W( y! Y
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
- |" G: B. q: R. u( p5 J# {低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
" ^& }! v% n  x4 P% L3 结语与展望
, o# @3 H8 \4 ]9 w# M& q聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
5 `% X1 w& b$ t; W  ~' {+ I品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水; s4 t* y) e0 {, a. v, x7 j+ U3 b
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上( u, n" k0 W* ~4 \# r6 x1 [, G1 {
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝
0 V, L9 [! X' r品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
* n9 D  j* F- I: O品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来% d) ]$ b) p9 y6 S! G
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利; `" l3 q# P& C4 _( @, V7 n7 z
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
2 s  u8 H" O( |* D此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
, V. \- W# V& f& N氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
0 i# M$ @9 p# z1 m( T, U含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业' H. Q7 D. v/ _; }
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
# `9 T8 E3 |! i8 Q& K; K应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
! x- {& z; S. U0 P聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,& |" y# c4 h; r: n: [* E4 v+ v
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向1 p) [' H, \5 ?1 |
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
2 r  r! u# T6 P' X/ U9 J2 |配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝  X9 D' \$ s, a$ ], I% N: d' Y0 t
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范. h# N. ?- t9 e% j* @+ }) C) {+ f
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
: k9 u8 h$ ?# V4 }7 ?5 H子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
$ b5 D" J: t, E6 b$ \$ r1 h3 QPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料
  w0 z& l/ T  m% N) W# r5 i利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
' Y# T9 G: I* g1 L5 P! O工艺,必将成为今后工业生产研究的热点: i3 K  _3 `, E% Z& O
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$ K. B& |+ f/ m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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