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聚氯化铝的制备方法

发布日期:2019/4/22 10:44:25

概述[1]

聚氯化铝简称PAC,是用于去除水源水中浑浊度的无机高分子絮凝剂。聚氯化铝长长的分子链可发挥架桥作用,聚合阳离子可发挥电荷中和吸附的聚凝作用,因此可以高效地絮凝水中的悬浮物和胶体物质等杂质,形成大而密实的矾花,加快沉淀,有效去除水体浑浊度。聚合氯化铝适用范围较广,源水pH在5.0~9.0之间均可凝聚,对低温、高温、低浑浊度的源水均可使用。

制备方法[2][3][4]

2.1  以铝屑、铝灰及铝渣为原料

以铝屑、铝灰及铝渣为原料制备聚合氯化铝的方法较多如酸溶一步法、碱溶法、中和法、

原电池法本部分仅介绍碱溶法和中和法。

2.1.1 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。另外,碱法生产工艺难度较高,设备投资较大且用碱量大,pH 控制费原料,成本较高,用的最多的是中和法,只要控制好配比,一般都能达到国家标准。

2.1.2 中和法

该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。先用盐酸与铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分用氨水调节 pH 值至 6~6.5.得到氢氧化铝后.再把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得到聚合氯化铝液体产品,

干燥后得到固体产品,据称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。

2.2  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。该法生产工艺简单,在上世纪 80 年代是国内外普遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度不高,通常在 30%~50%

范围内,国内已有很多提高盐基度的研究,如投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、氢氧化铝凝胶和

石灰等,此法生产出的产品杂质较少,但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制得的产品多用

于饮用水。

2.3  以氯化铝为原料

以氯化铝为原料原料制备聚合氯化铝的方法较多如加碱法、电解法、电渗析法、膜法、

沸腾热解法,此处就加碱法、膜法、沸腾热解法展开讨论。

2.4  铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物为原料

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,铝土矿中三氧化二铝的质量分数一般在 40%~80%之间,主要杂质有硅、铁、钛等的氧化物。高岭土铝的质量分数在 40%左右,其分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。霞石铝的质量分数在 30% 左右,若用烧结法制聚合氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物一般采用酸溶法和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。

国内发展现状[5]

聚氯化铝( PAC)自 20 世纪 60 年代问世,在许多方面都优于硫酸铝 ,如用量少、产生污泥量少、除浊效率高、对出水 pH 影响小等,已广泛应用于水和废水处理。 20 世纪 60 年代末,日本提出了利用工业氢氧化铝生产活性氢氧化铝, 再溶于盐酸的制备工艺。80 年代国内广泛采用氢氧化铝与盐酸加压加温反应工艺, 生产的聚氯化铝盐基度一般在 40%~50% , 该产品的重金属含量少, 可以用于饮用水处理,缺陷是生产条件苛刻,设备腐蚀严重。

90 年代初,郑州巩义地区出现了利用高铝水泥(即铝酸钙)生产聚氯化铝的工艺,被称作铝酸钙酸溶一步法。由于铝酸钙具有非常高的活性, 通过调整盐酸浓度和铝酸钙的加药量就可在室温下启动反应, 同时放出大量热量进一步加速反应进行, 这一技术是我国混凝剂行业的一个巨大进步。 由于该反应可以在常温常压下进行, 因此可将反应器的容积设计为 50 或100 m 3 ,生产效率大幅度提高。 这种方法的缺陷是盐酸消耗量大,同时在产品中引入了大量氯化钙,生产的固体产品氧化铝含量低,容易吸潮,且重金属总量会超标。 90 年代末期,为了充分利用铝酸钙生产的技术优势并降低盐酸的消耗量, 有些企业采用焙烧过的铝钒土(轻烧料)与盐酸反应形成氯化铝溶液,然后加水稀释再与铝酸钙反应, 即两步法生产聚氯化铝。这种方法既能提高经济效益又符合使用要求,充分利用我国独有的资源优势, 成为我国绝大部分生产企业使用的工艺路线。

通过碱溶的方法从铝土矿中提取工业氢氧化铝,由于大量的重金属离子不溶于碱,可大大减少产品中的重金属含量。 目前广大生产企业采用的常压生产工艺都难以使产品盐基度达到 45%~65% 的要求,所以在生产中先利用氢氧化铝与盐酸反应生产氯化铝或者低盐基度产品,而后利用铝酸钙提升盐基度。 这一工艺可在常压下进行,便于大批量生产,目前上海及周边城市均采用这一技术。 其优点是大幅降低了成品中的重金属离子含量,其次减轻了生产企业的废渣处理压力,将固体废弃物的产生量降低了80%~90% 。

参考文献

[1]董玉莲,黄天笑主编;潘铁军,李丽萍,陈丽芬等副主编,水质检验,华南理工大学出版社,2014.10,第170页

[2]盘姣妮,陆爱秋.聚氯化铝干燥尾气粉尘超标原因及改进措施[J].氯碱工业,2014,50(03):32-33.

[3]燕军伟. 聚氯化铝的制备及工艺改进[A]. 中国化工学会工业水处理专业委员会、中国石油学会海洋石油分会.2016中国水处理技术研讨会暨第36届年会论文集[C].中国化工学会工业水处理专业委员会、中国石油学会海洋石油分会:中国化工学会工业水处理专业委员会,2016:4.

[4]晏永祥,陈枚燕,陈启杰.我国聚氯化铝工业现状及发展趋势[J].造纸化学品,2010,22(04):7-12.

[5]李风亭,朱茜,刘畅.我国聚氯化铝的生产技术与质量控制问题[J].工业水处理,2014,34(12):1-3.

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