聚合氯化鋁制作技術分析與研究

發布時間：17-03-15 08:25:35 來源：鄭州億升化工有限公司 瀏覽次數：

沸騰熱解法
用結晶氯化鋁在一定溫度下熱解，使其分解出氯化氫和水，再聚合變成粉狀熟料，后加一定量水攪拌，短時間可固化成樹脂性產品，經干燥后得聚合氯化鋁固體產品。
加堿法
先配置一定濃度的氯化鋁溶液，在一定溫度下強烈攪拌同時緩慢滴加一定量的氫氧化鋁溶液，反應至溶液變澄清，上清液即為聚合氯化鋁液體產品。通常認為微量加堿法(極慢的加堿速度)所得產品的Al的質量分數可達80％以上，通過提高溫度等手段制得了總鋁濃度為0．59mol／L，Al的質量分數達80．7％的產品。但國外有報道指出在鋁濃度很低的情況下，緩慢加堿得不到Al反而在90℃下通過快速加堿可得到Al的質量分數為100％的PAC溶液，于月華等用逐滴加堿法制得聚合氯化鋁，制得的產品據稱Al含量也不高。
電解法
該法中科院研究較多，通常以鋁板為陽極，以不銹鋼為陰極，氯化鋁為電解液，通以直流電，在低壓、高電流的條件下，制得聚合氯化鋁。曲久輝等利用此法制得了堿化度高、Al含量高的聚合氯化鋁產品。
電滲析法
路光杰等l13對此作了研究，以氯化鋁為電解液，以石墨(或鈦釕網)等惰性電極為陽極，多孑L鐵板(或鉑片)為陰極，以兩張陰離子交換膜構成反應室，通以直流電，反應后得到聚合氯化鋁產品。
膜法
該法把堿液放在膜的一側，膜的另一側放置氯化鋁溶液，利用膜表面的微孔作為分布器，使堿液通過微孑L微量地加入到氯化鋁溶液中去．從而制得Al含量高的聚合氯化鋁。利用超濾膜制得的聚合氯化鋁產品Al的質量分數可達79．6％以上
以氫氧化鋁為原料
將氫氧化鋁與鹽酸和水按一定比例，在合適的溫度和壓強下反應，熟化后制得聚合氯化鋁產品。該法生產工藝簡單，在上世紀80年代是國內外普遍采用的一種工藝。由于氫氧化鋁酸溶性較差，故酸溶過程需加溫加壓。但此法生產出的產品鹽基度不高，通常在30％～50％范圍內，國內已有很多提高鹽基度的研究，如投加鋁屑、鋁酸鈉、碳酸鈣、氫氧化鋁凝膠和石灰等．此法生產出的產品雜質較少．但以氫氧化鋁為原料生產成本較高，制得的產品多用于飲用水。晏永祥等采用氫氧化鋁酸溶法．以純鋁板為除鐵劑．制備出了高純聚合氯化鋁。
以鋁屑、鋁灰及鋁渣為原料
酸溶一步法
將鹽酸、水按一定比例投加于一定量鋁灰中，在一定溫度下充分反應，并經過若干小時熟化后．放出上層液體即得聚合氯化鋁液體產品。鋁反應為放熱反應，如果控制好反應條件如鹽酸濃度和量，水量及投加速度和順序，就可以充分利用鋁反應放出的熱量，使反應降低對外加熱量的依賴度，甚至不需外加熱源而通過自熱進行反應，控制其鹽基度至合格。該法具有反應速度快，投資設備少，工藝簡單，操作方便等特點，產品鹽基度和氧化鋁含量較高，因而該法在國內被普遍采用。但此工藝對設備腐蝕較嚴重，生產出的產品雜質較多，特別是重金屬含量容易超標，產品質量不穩定。利用電解鋁粉、分析純鹽酸為原料，在實驗室制備出了超純的聚合氯化鋁，據稱可用于實驗室制備聚合氯化鋁標準溶液。
堿溶法
先將鋁灰與氫氧化鈉反應得到鋁酸鈉溶液，再用鹽酸調pH值，制得聚合氯化鋁溶液。這種方法的制得的產品外觀較好，水不溶物較少，但氯化鈉含量高，原材料消耗高，溶液氧化鋁含量低，工業化生產成本較大
中和法
該法是先用鹽酸和氫氧化鈉與鋁灰反應．分別制得氯化鋁和鋁酸鈉，再把兩種溶液混合中和．即制得聚合氯化鋁液體。用此方法生產出的產品不溶物雜質較少，但成本較高。劉春濤等先用鹽酸與鋁箔反應，再把得到的氯化鋁分為兩部分，一部分用氨水調節pH值至6～6．5．得到氫氧化鋁后．再把另一部分氯化鋁加入到氫氧化鋁中使其反應．得到聚合氯化鋁液體產品，干燥后得到固體產品，據稱產品的鋁含量和鹽基度等指標都很高。
原電池法
該工藝是鋁灰酸溶一步法的改進工藝，根據電化學原理．金屬鋁與鹽酸反應可組成原電池，在圓桶形反應室的底部置人用銅或不銹鋼等制成的金屬篩網作為陰極，倒人的鋁屑作為陽極，加入鹽酸進行反應，終制得PAC。該工藝可利用反應中產生的氣泡上浮作用使溶液定向運動，取代機械攪拌，大大節約能耗。
以含鋁礦物為原料
鋁土礦、高嶺土、明礬石、霞石等礦物鋁土礦是一種含鋁水合物的土狀礦物，其中主要礦物有三水鋁石、～水軟鋁石、一水硬鋁石或這幾種礦物的混合物，鋁土礦中AIO的質量分數一般在40％～80％之間，主要雜質有硅、鐵、鈦等的氧化物。高嶺土鋁的質量分數在40％左右，其分布較廣，蘊藏豐富，主要成分是三氧化二鋁和二氧化硅。明礬石是硫酸復鹽礦物，在我國資源較為豐富，明礬石在提取氯化物、硫酸、鉀鹽的同時，可制得聚合氯化鋁，是一種利用價值較高的礦物。霞石鋁的質量分數在30％左右，若用燒結法制聚合氯化鋁，同時可得副產品純堿或鉀鹽。這些礦物一般采用酸溶法和堿溶法來制備聚合氯化鋁_I6]。酸溶法適用于除一水硬鋁礦外的大多數礦物。 生產工藝是：①礦物破碎。為使液固相反應有較大的接觸面，使氧化鋁盡量溶出，同時又考慮到殘渣分離難度問題．通常將礦石加工到40～60目的粉末。②礦粉焙燒。為提高氧化鋁的溶出率，需對礦粉進行焙燒．佳焙燒時間和焙燒溫度與礦石種類和性質有關，通常在600～800cC之間。③酸溶。通常加入的鹽酸濃度越高，氧化鋁溶出率越高，但考慮到鹽酸揮發問題，通常選用質量分數為20％左右的鹽酸。調整鹽基度熟化后即得到聚合氯化鋁產品。胡俊虎等[171以煤系高嶺土為原料，氧化鈣為助溶劑，酸浸一步合成制得聚合氯化鋁鐵．干燥后固體產品測得氧化鋁的質量分數大于30％。 一水硬鋁石或其它難溶于酸的礦石，可用堿法制備聚合氯化鋁。生產工藝前兩步與酸法一樣，都需破碎和焙燒，后用堿溶，用碳酸鈉或氫氧化鈉或其它堿與礦粉液反應，制得鋁酸鈉，再用碳酸氫鈉和鹽酸調節，制得聚合氯化鋁。堿法投資大，設備復雜，成本高，一般使用較少。
煤矸石
煤矸石是洗煤和選煤過程中排出的固體廢棄物．隨著煤炭工業的發展．煤矸石的產量日益劇增，而廢棄煤矸石容易污染環境。以煤矸石為原料生產聚合氯化鋁，不僅解決了其污染問題，而且還使其有了使用價值。煤矸石一般含有質量分數為l6％～36％的AI2O2．5％～15％的Fe2O和5l％～65％的SiO，利用煤矸石為原料可制得聚合氯化鋁或聚合氯化鋁鐵，自上世紀60年代以來，已經投入工業化生產。常用的生產工藝是：煤矸石經破碎和焙燒。在一定溫度下加入鹽酸反應若干小時后．可加入聚丙烯酰胺進行渣液分離，渣經適當處理后可作為制水泥原料，母液經濃縮結晶可制得結晶三氯化鋁。這時可用沸騰熱分解制得聚合氯化鋁，也可采用直接加入一定濃度的氫氧化鈉調節鹽基度制得聚合氯化鋁。馬艷然等利用煤矸石為原料制備出了符合標準的聚合氯化鋁產品。
鋁酸鈣礦粉
鋁酸鈣粉由鋁土礦、碳酸鈣和其它配料經高溫煅燒，冷卻后磨粉而得。按制作聚合氯化鋁方法的不同，分為堿溶法、酸溶法和兩步法。
堿溶法
用鋁酸鈣礦粉與純堿溶液反應得到偏鋁酸鈉溶液，反應溫度為100～ll0cC，反應4h左右。后在偏鋁酸鈉溶液中通人二氧化碳氣體，當溶液pH值為6～8時。形成大量氫氧化鋁凝膠，這時停止反應．這一過程反應溫度不要超過40cC，否則會形成老化的難溶膠體。后在所生成的氫氧化鋁中加入適量的鹽酸加熱溶解，得到無色、透明、黏稠狀的液體聚合氯化鋁，干燥后得到固體聚合氯化鋁。此法生產出的產品重金屬含量低，純度高，但生產成本較高[19]。
酸溶法
把鋁酸鈣粉直接與鹽酸反應，調整完鹽基度并熟化后即得到聚合氯化鋁液體產品。該法工藝簡單，投資少，操作方便，生產成本低，但產品的不溶物，重金屬含量較高，固體產品氧化鋁含量通常不高．質量分數約為28％左右，產品外觀較差，鐵離子含量高。鄭懷禮等用酸溶法制備了聚合氯化鋁鐵。
兩步法
這種生產方法一般采用酸溶兩步法的生產工藝，在常壓和一定溫度下，步加較高的鹽酸量比到鋁土礦粉中，使氧化鋁盡可能溶出，第二步是把步反應的上清液與新加入的鋁酸鈣粉反應。這一步既有氧化鋁溶出，又可以調節鹽基度。通常步的氧化鋁能溶出80％以上，第二步的氧化鋁溶出率在50％以下，故第二段沉淀礦渣一般回流到步反應中去。以往通常采用堿石灰法。但設備投資大，對設備腐絀性高，能耗大且需大量純堿，實際生產意義不大。有人用KF、NH4F等作為助溶劑打開硅鋁鍵，再用酸溶，以提高氧化鋁溶出率．酸溶后得到氯化鋁，再用熱解法或用氫氧化鈉調節鹽基度。陸勝等用粉煤灰為原料，NHF為助溶劑，制得了聚合氯化鋁產品，據稱能耗低。