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聚合氯化铝生产工艺论述
聚合氯化铝生产工艺论述
作者:zadmin    来源: 未知    发布时间:2017-07-19 10:26


    在水处理领域中,絮凝法净化水是最古老的固液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用水、生活污水和工业废水处理中。聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮凝剂,是目前技术成熟,市场销量大的絮凝剂。PAC使用时具有絮体形成快、沉淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国从上世纪70年代开始,已对聚合氯化铝进行了研发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术工艺进行了论述。
 
1、聚合氯化铝的制备技术 
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料 
1.1.1 酸溶一步法 
    将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度至合格。
1.1.2 碱溶法 
    先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业化生产成本较大。 
 1.1.3 中和法
    是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶物杂质较少,但成本较高。
1.1.4 原电池法  
    该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进行反应,最终制得PAC。
1.2 以氢氧化铝为原料 
    将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
1.3 以氯化铝为原料  
1.3.1 沸腾热解法  
    用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚合氯化铝固体产品。
1.3.2 加碱法先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产品。
1.3.3 电解法  
    该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。
1.3.4 电渗析法  
    以氯化铝为电解液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孔铁板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
1.3.5 膜法  
    该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液通过微孔微量地加入到氯化铝溶液中去。从而制得Al 含量高的聚合氯化铝。
1.4 以含铝矿物为原料  
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主要矿物有三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石或这几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一 般40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等 的氧化物。这些矿物一般采用酸溶法和生产工艺是: 
    ① 矿物破碎。为使液固相反应有较 大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残 渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的粉末。碱溶法来制备聚合氯化铝。 酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
    ② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需对矿粉进行焙烧。最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。 
    ③ 酸溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合氯化铝产品。干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于 30% 。一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备复杂,成本高,一般使用较少。
1.4.2 煤矸石煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃 物。随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而且还使其有了使用价值。常用的生产工艺是:煤矸石经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小时后。可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐基度制得聚合氯化铝。
1.4.3 铝酸钙矿粉  
    铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。  
(1)碱溶法用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止反应。这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化 铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但生产成本较高。
    (2)酸溶法把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,铁离子含量高。
    (3)两步法这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回流到第一步反应中去。

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