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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
# r8 X0 k% d! f6 _. }2 [( p* j$ C/ Q9 A(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
, {2 N4 }" w& X! ~8 G在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
$ h  Z7 \" m1 W  [* M; |* ]+ ?/ v' k  t; Q液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
. Q0 i* c' X' y, k3 j理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用3 p2 N7 _  h/ B* }. t0 K& o
水、生活污水和工业废斜管填料中。
0 S# ]3 m8 Q) ]/ B7 {聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
0 s1 h7 |0 a+ q2 X7 i  Y+ c  b凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
0 e3 I+ Z1 e" i1 L1 ^投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量5 X* x* a- F# {
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉9 Z; P, [0 _; t! t' u! e
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH. G. Q" y+ @* b# ~9 ^2 e
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
' G' p! ^6 _# h, W从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
. i# t4 r  U9 h: x: G发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
3 P$ x4 k2 ?8 C. c, Y! \" u7 j了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
8 g/ ~& g3 Z" d; ]* ]. N度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
0 }1 f6 c; A0 z& v! w3 `和探讨3 @/ e$ C! b. e( L8 {2 r
1 聚合氯化铝的制备技术  ]; c: U7 a& w% C
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料9 c! {: Z4 V& V: h7 W$ j' I
1.1.1 酸溶一步法: k5 z/ S6 F' [
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,2 ~$ o/ a2 A# ]+ M
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.- K, G8 d1 k: n+ L
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
1 ]0 \1 N1 e, x放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
% b; b$ m; D) P' w; m4 A水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放0 ^' n$ S" `" I6 ?
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
( |+ t/ X0 K8 V$ E; q  D! z不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
2 o( {. h6 c  o至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺( t8 }" }# o7 D0 s8 _: Y/ n
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
% G/ I: G+ l1 a+ s较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设( [: S+ Y9 |5 n& W
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
& `) k# p6 y, ]  N$ i& ~3 q金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?3 q* _: ?4 n+ {; P4 X. t, q
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
/ w" x5 K& ?8 r3 t  P! U( ?0 y6 z/ k出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
7 J( V9 a4 f# p, e/ `合氯化铝标准溶液。/ v2 Q6 p0 `) p' H9 U: Y
1.1.2 碱溶法: Z3 p8 b, @8 r/ f9 C! ^" e& I2 |* g
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
! \5 A# U+ h$ S( j. E. b用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法& d- J5 {  m. Y, B$ ]0 u) x
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠5 I! Z  x% E8 C6 Y; h; P, v2 _
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业1 v' L7 x: V+ A; i1 }0 U) d
化生产成本较大
7 [7 c# h- A# b$ O4 e$ Y- B4 r1.1.3 中和法/ |. ^4 J8 C+ x1 I4 t% D( X! M
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
6 Q6 u0 L% i: n  G制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
# Q+ v& y+ R9 Q, J$ n- V制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
2 f% L( q3 O& F物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与8 _5 Y) C# M$ B2 ^( `
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
3 }6 W& c/ X# a, x2 `7 j  y用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
) \; j2 k: w$ b把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
* `0 _* ?' v0 C3 `% X. a4 m: h) }到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
0 A$ N0 B. H$ @3 e# T9 A称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
" b' t7 Z4 i; q1.1.4 原电池法) S" K. m! {5 N. W
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电9 K- N: s* X/ o
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆, d$ X9 \# j: x* O( V
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
6 o" N2 ?  z7 L7 l筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进8 l8 u6 i; B2 S
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产" {# X* L" E, ~- T( s
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅; r' ]! G/ C" L3 h) A
拌,大大节约能耗 ]。
' _( l( M9 f& q; N) L1.2 以氢氧化铝为原料
+ l% @4 y! ]! x- f将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的+ q3 D# x9 H! @# d
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
9 c3 J' W' W* B该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
& s% ^. X5 M; v( x2 l- s遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
% G) r4 C3 E/ q" w9 m# `酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
! u) t6 i4 b# Z, e* s" j不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多( e& n, d; i# |5 H( c7 _
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
, d  i  K6 ~4 C+ R钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂  j5 `& A" r- d6 c# E/ x, r3 v
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
; y2 _* G: Q/ c得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝! G/ k( k0 r0 |" y* y1 P1 i
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯" \) \- I" C' |) p7 {
化铝。6 \# t/ @# K$ }! G. D* k
1.3 以氯化铝为原料: K% ?' Q( B5 u$ f; j
1.3.1 沸腾热解法
9 A' T+ O8 }9 Y2 P  v' {用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出) R: A9 f0 p' n- b: B
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
4 `6 \$ Q$ k* N+ U* P% ~& M8 b- V搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚! g: \, h0 D7 s3 O5 h
合氯化铝固体产品。5 E! O) ^  W' V1 q! p
1.3.2 加碱法! I' r& S  ?  T& F( L5 ~
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
4 w" M7 x. k: E4 W- \  }9 o强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,5 {* c/ y4 X9 N* p$ i$ v5 u. e
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
5 u0 [5 h  k* m$ H品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产' T  C' a' i5 u' R# f. M
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
% s- H+ L& ^6 w9 ^: Y8 _0 s) k通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/
- @% u! @2 h; _, ]6 W  NL,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报# w8 w: v. Y/ u, p; I" W4 g
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到. T, v. i( C- t4 O9 t! X" ?: W
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
$ _; {- Q2 O: R) k$ k! j, |量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
4 g3 I: A3 z. [) Y6 @滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
5 N+ c' o- u/ V8 k量也不高。$ R/ L! v  [4 I8 ^) g
1.3.3 电解法
5 p7 @& l& w% z$ A& G% P; e该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
. h  c- Y% ]. D% H6 P8 v, d- t不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
' @; B, K% S$ ]9 r' n  o3 N7 ?低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉0 V/ j+ W) f' V5 u7 m5 \
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
% }) T$ B( T8 b  [, m% [" Q8 e氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
* T4 d% E8 K# r. C# {# Z! L" _锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
8 _$ v- \) b8 q& {" b. q' _可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
% _0 @$ Z$ I, v) }倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解. v( {9 L2 k* d9 J, B1 l) R
过程中的极化现象。
+ q- |/ i$ P% c+ w7 k: K7 _2 a9 m7 B1.3.4 电渗析法" F$ ]- W" D% q- p' d
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
8 V7 b' I7 m0 ^液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁5 Q& Y7 z. f% M; [  ?7 w1 c( g( ~
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应; O7 w' c; h3 i; Y" H1 R
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。* `& W1 F0 `/ n/ b) b
1.3.5 膜法
$ Z6 M  X" h1 k该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
  }, u  A( r% q" r/ K化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液' W/ O8 y8 o$ ~2 @0 @, _& X
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
( a5 \  U* V/ _Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
9 D' d# O8 w2 k: s% K, d: K制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%0 t7 l2 M: {* g4 ]' a3 }
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
& S9 }; m; v# V# B$ v铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
8 B+ c; L& x/ Q1.4 以含铝矿物为原料
% `+ Q) z" j4 R1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
  M2 _0 F% J. ^% F, i( r铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
4 w& P$ Y& P' [% ]7 q% e要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
1 K3 |: t! b3 D0 @$ e几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一9 O& M+ x$ x( f+ Q% _
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
9 @" g- V: X9 ^; K9 N- J5 G的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其8 g2 I  n. U' i: h
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
" v* g% y4 W* {0 [6 L9 E氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
5 k, l) l' ]  T) D丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
4 B: ~# U* e6 I0 s8 c可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。8 `" J( Z) h& A7 F9 c
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
8 p' p/ Q. b6 R& q2 x# w- l氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物3 W5 x; l& M9 h3 ?
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。/ t. m/ x" c  ?9 Q2 H
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。. b& O: ?0 N4 Y# [1 v2 |
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
+ Y. {7 r- W5 ]9 F  g3 g( Z大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
( e- |) S8 ^6 Q渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
4 J6 o; d7 X# ^3 `0 E, r3 _粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
2 L1 K) }$ ]* `  Q6 j$ C5 a4 L( q, |# S对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石- l" o. A6 X7 a/ d. v) j% _$ X
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
5 l! V' M( @; P* B8 _溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越) U& y6 o2 K( k+ l: i% o
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为. F! ^, m$ ?2 K% E3 Z4 i; z
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
8 ^  d% D* e, F/ U6 V氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,2 L( {4 L) o2 y" L$ y% r/ x2 c
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
* O4 w: R) ]' D铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
6 Z2 ~0 g2 h0 U. g% Y( O' I30% 。
' c! i2 y2 P5 n* l0 t- A- W9 n一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法% R* y3 f% p5 T2 L+ x& s& L0 ], g
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都5 W1 f  v7 v/ a# A( k
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
( J/ j  N) [; f1 \9 J) g( p1 v其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
2 ^4 U9 m3 y4 D和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备
" ]- y/ w" z" N  b复杂,成本高,一般使用较少。8 l' V, p! H5 l. `  K' q( X2 @
1.4.2 煤矸石
  B; B8 s- j3 f, `$ X% ]6 m煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
9 \2 R0 y, B  T物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
) E$ D( y5 q* Y8 p增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原9 F8 W! q, |$ T( L2 V
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而8 t. ~- F7 N' y3 ?. ?) r
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分) T2 ]4 [0 X, g
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和: k' s3 t% F1 T9 t1 }4 Q8 E
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
  ?& K7 X0 i. I8 |+ F7 a  g氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
# @4 S* m; u( S1 T' \7 Z/ U已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
7 Y: @. o0 J+ c8 S% ]3 O) R' U经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
: w3 ?% X  t* E6 l; h2 x5 ~) D时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当7 g% T+ K8 I, G% T: V) f5 |% y3 ?
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得/ R' Y0 |& x) F2 f8 y5 V
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
8 M% Y2 y' h8 [# t* o7 i9 U铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐9 i: l9 I1 [  D: H1 v7 o- w
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为7 r. P" k9 c8 B# f3 L6 m
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
7 J+ q( I# p  @( O( d3 B1.4.3 铝酸钙矿粉( W8 C! x- p5 `  N$ N3 Y
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温5 M- t0 {# s* t# A
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的( n% N# b/ t; ?. x5 N* o
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。! R  ?7 X  Z9 B4 Y, I& w
(1)碱溶法3 y; U3 A5 l  f) q! x
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
3 L* H6 j5 {4 A  a# }液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后
: a4 R% i2 j* S0 D- }# @在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH/ ^. _  ~. k; {& S
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
( B8 \( C5 i0 t3 p1 A' i( h反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
7 l( t( [- m+ ]3 M3 G7 `/ v* v$ a形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中3 g- `# |0 b5 E6 u
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
( y* l; \# `$ X: S状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化" c+ J0 S; q4 k( S6 n: H
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但# [% Z  E( @8 ?( l9 I
生产成本较高[19]。' l% _" b9 a: {9 G* V
(2)酸溶法9 y$ {2 i  a8 ]- m
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并  O6 |! M( W* ^
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
9 @/ W7 e% g9 V1 g3 Q( J单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
, u& ~' U; Q+ J2 K: U' ]溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
! C9 w5 g6 @& C+ F3 @9 B不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
2 D6 E! L& b7 j& l% A铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合8 H6 h9 K+ b4 ]1 j5 G+ d" l. R
氯化铝铁
2 x% j  Q7 L- ], C  W: b; A- H(3)两步法6 K$ G3 I& R; F' o4 l% j
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工/ H& G$ L& m: K. n8 I0 }
艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
. u" j. v" _/ s9 L% w# `) G/ z6 {比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
8 E7 L$ ]  R  U把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
2 ?* h" ]0 A* }$ V$ I, M# M1 w这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常& c9 F  z% A( n9 \) K: U5 x+ j; w
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化) k: }+ X; ~# |1 o. ]
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
2 x& {5 ^/ j% \流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝" @. P# Z$ t/ d  c
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
5 v  o. N9 @4 N  G) B4 K; f2 X铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚- q- M0 z5 ?$ D; J9 b1 h7 l
合氯化铝产品。
! @4 v4 j; O/ {$ z" ^) t2 }' {1.5 以粉煤灰为原料
+ `( B3 h# N3 K粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体5 ~+ k, y8 E! a9 q' ~) c% I1 ^
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
2 Z$ G* e" U8 S# d活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通5 I& v4 C/ Y' E2 k& W
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性. M) s9 O0 {0 ?3 r2 `) \" F) |
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
0 v) O: j' [6 z3 J' ]/ U人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸3 k/ b  P; W+ d/ e
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
5 L6 r& c/ j% ^" j! p用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
7 }0 _# V7 s: w% ?# e) }& h粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化6 ^$ D: R" R' L
铝产品,据称能耗低。
* H0 r9 k5 t$ i0 M) `2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及3 N1 l/ ?1 P4 L; B8 B8 ~0 o6 d6 |
解决建议% j2 ?3 O3 V7 L: }
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
3 ^! F  G  C9 _3 {; H9 q/ l着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
1 v* t2 s  F+ ]& i. Y内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
  _- H4 V( P6 I/ n* x0 t: t) H( Z但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最9 i1 S/ g& j  N9 N. a6 b( q
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者, C! }7 ^0 Y, y/ e' |! B$ N
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方8 o% @4 K+ g" c+ J
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
3 @6 O" c4 K( @究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
) }# r- b# b0 S% W; ^反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、/ [3 r$ {/ u4 C" C& E. |) ^
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离6 C5 K0 Z) l- @: D* D9 r
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
) j5 u' G, v; t( F* s入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
" l& {2 \$ q4 o3 i/ B: D3 m以下难点问题
# F/ r1 a: t9 K# h1 i7 N; w2.1 产品纯度问题
: o5 H  [4 X9 }; g5 A1 F) I$ J氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
! z3 l6 v: A; A* B常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我2 k8 r, d' x7 H4 Y4 _& h
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列: T5 P7 U+ ?7 C' b& r1 ~; c
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
: L. F7 q  h, {. l, {# f2 v酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产6 F7 i0 h) A* n6 e! Q, i) M
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
: L. \. ?$ Z! ^2 ?铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝+ p1 E. y& F6 B( g6 \
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需# N# Q1 R  ~) c. T7 y
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
. {5 x/ S/ {; a; s1 O产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
7 E6 q! Y; ^" d. y' ~6 [6 s
+ }9 P6 W4 T+ O; T# z。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
: h' V# m+ ?& M+ z8 h/ o2 y, x2 S广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
# p$ O; R4 B+ k1 F产品开发力度。
3 }+ r) u( T) b8 c& q2.2 不溶物的问题  C% {* t: T4 P% y; l5 s) r3 x
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
, q7 X  _7 W+ h$ @9 Z) N明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
1 L+ j$ C7 N% U8 `& v' G矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加, @8 Y, N6 y% J8 v/ [
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相. c* `3 O; ^9 J0 K1 k
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
0 b" f7 L7 w7 ~/ C1 `: g" r不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
- f( ~! a2 y( v- U决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效# U3 i0 X+ z8 F/ O# K
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
5 u" o& Y' r: ]* v: a! d$ P) R# I& ~也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
1 e3 @1 C2 }  t# C自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积5 O2 n1 Y( G3 f) z* @
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
8 _$ c2 y& |  N, a6 j% C3 n: p" T高。③ 投加聚丙烯酰胺助凝剂,控制好投加量,
' g4 Y! q: L$ {( @2 m' a通常会取得较好的效果。
% k! H  I/ h) r8 O2.3 盐基度问题
. }3 t/ u: N  ^  B( ?盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
1 i3 C  s; a" l5 I" l: @& F在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳2 J! X* H8 U) _8 q# d
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考0 F: C6 r0 A% K8 w! g; C
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
& n$ X, E! A( q" N6 D/ ^8 M) G0 L铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
8 Y  a1 A& e" e* p  T7 F& J" Y国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。  A3 m$ n1 e  c
2.4 重金属等有害离子的去除问题
* u: o7 @: d& ~" V3 S/ s某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以  k8 O4 r2 k. \+ H3 ^8 p
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有1 |+ a0 V. [" t, Z' T: b  s
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
  o! {: R) x; v置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。  Y$ e# J: @% k2 M# ?" c
2.5 盐酸投加量问题
; v* l; ^3 Z# {- e' s4 W制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
3 E* }; D' m; e' E. ~业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成5 V/ o  ^& J4 b& z; l1 }
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶9 e  ], V- N, ^8 x$ ~
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
/ n; X4 }) C- H, d! ~* c题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥0 Z: \' b/ a7 j* g7 ?0 a; \
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
4 n. o$ N1 a3 X8 H! l! I通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
, O  Z( e4 W+ L6 w0 X低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度3 I+ z6 A7 D: C5 C) B7 X
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
  ?8 n0 u5 h; r, e. E3 结语与展望: ^  W  n* N2 ?" V* i* g
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产7 \+ [9 W( H: Z7 i2 I
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水2 t8 s3 A- [/ k9 Q' E
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上% y4 H9 X3 T& P
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝: ?, P' v7 b0 E+ h3 ?4 @6 l
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产7 [. z3 S! \& O& U, b' Y& S
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
& Y" T: @) x9 [# k+ O; g2 N) b由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利$ h$ }: ]' y- e; T/ _
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用  R! P5 X' B0 h
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、4 p1 u8 m: q& X4 L
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
  T6 y: z! L- u5 q& y含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业% Y9 O' C  ?6 f
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究9 O; Q' g* K' c7 T
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
8 b4 _- w7 O& O6 A: x& R聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,) M8 ]# d& K* P) u
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向* @5 F( k+ e+ x; T- n0 t
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
5 a4 L3 |# ~; v4 A% O配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝8 Y' Z& r4 h9 i" A1 m) ]2 i! {
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
9 A9 T0 @2 p9 ^0 o围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
' `6 |( G' |* s3 _: {# k! W子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
0 C+ _4 \& e5 s- aPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料3 J4 n  v5 j1 k/ C
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
' x# D3 Y- A4 _( G工艺,必将成为今后工业生产研究的热点/ ~0 Z  \9 M$ C* X+ j( _
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5 m7 o% e, c- j- @& x% ?/ \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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