無機高分子絮凝劑—聚合氯化鋁

發(fā)布時間：15-11-27 11:34:55 來源：鄭州億升化工有限公司 瀏覽次數(shù)：

    聚合氯化鋁（cpolyaluminium chLoricle）是一類新型的主流無機高分子絮凝劑，由于其在水處理中較傳統(tǒng)的無機藥劑有更高的功效，近年來得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。本文從其組成、形態(tài)、物化性質(zhì)、主要指標(biāo)、制備及應(yīng)用等方面，對這一新型的水處理藥劑進行了介紹。
    自20世紀(jì)30年代起，美國、德國、前蘇聯(lián)、日本等國就陸續(xù)有化學(xué)家研究鋁的堿式鹽，在實驗室中制備堿式鋁鹽，并研究其組成和特性。在研究中發(fā)現(xiàn)這種藥劑有更高的絮凝能力。到了60年代，日本的前埝提出了幾種堿式鋁鹽的工業(yè)制造流程，肯定了堿式鋁鹽的絮凝效能高于硫酸鋁。此后，堿式氯化鋁在日本水處理技術(shù)中迅速發(fā)展了起來，并進一步以無機高分子理論出發(fā)探討其作用機理，開始命名為聚合鋁。聚合氯化鋁是聚合鋁的一種，其性能優(yōu)于其他絮凝劑。
    鋁鹽的絮凝作用主要是以投入水中后產(chǎn)生的帶適當(dāng)電荷聚合度較高的無機高分子形態(tài)進行的，其實質(zhì)是鋁鹽在水解-聚合-沉淀的動力學(xué)過程中的中間產(chǎn)物，其化學(xué)形態(tài)屬于多核羥基配位化合物。Al3+→Al2(OH) 24+→Al7(OH) 165+→Al13O4(OH) 247+。聚合氯化鋁現(xiàn)場投加，能迅速發(fā)揮優(yōu)異的絮凝作用，由此可見，聚合鋁的基本形態(tài)應(yīng)該是多核羥基配合物形成的無機高分子。大量學(xué)者對聚合鋁的組成和形態(tài)進行了多年的研究，被廣泛的接受的化學(xué)式為[Al2(OH)nCl6-n]m，式中m≤10， n=3~5。該化學(xué)式實際上是把羥基配合物Al2(OH)nCl6-n看成是高分子化合物的單體，而m為聚合度。這種既考慮了A l數(shù)目為2的基本結(jié)構(gòu)，又考慮了高分子聚合物的發(fā)展形態(tài)的表達方式是目前好的。
    對聚合氯化鋁的形態(tài)的研究，近年來取得了長足的進展。主要方法有兩種，F(xiàn)erron逐時絡(luò)化比色法對PAC的研究用27Al-NMR(核磁共振)對聚合氯化鋁的研究和Ferron逐時絡(luò)化比色法對PAC的研究。
用27Al-NMR(核磁共振)研究。該研究圖中顯示了0.0和62.9兩個共振峰。一般認為：0.0共振峰是Al(H2O)63+及其他單核羥基配離子的特征峰；62.9共振峰是由多核組分Al13O4(OH)24(H2O)127+（簡寫為Al13）引起的。因此，一些學(xué)者認為Al13是聚合鋁中佳絮凝成分。但Al13的生成條件和形態(tài)組成卻一直是爭論的焦點。近年提出Al13生成需有前驅(qū)物的論點得到了較多的贊同。
    聚合氯化鋁的生產(chǎn)工藝多種多樣一般有以下幾種：（1）加堿于鋁鹽溶液。該法適合實驗室。（2）加鋁酸鈉于鋁鹽溶液。本法也叫中和法。（3）金屬鋁溶解于鹽酸。（4）金屬鋁溶解于鋁鹽溶液。（5）金屬鋁溶解于氯化物溶液。（6）氫氧化鋁溶解于鹽酸。（7）氫氧化鋁溶解于鋁鹽溶液。（8）氯化鋁溶液的離子交換樹脂處理。（9）以離子交換樹脂隔層進行電解。（10）鋁電極電解。（11）含鋁礦石的鹽酸處理。（12）由煉鋁中間液制取。（13）廢鋁灰的鹽酸處理。（14）廢鋁灰的堿液處理。
用上述的方法制成的聚合氯化鋁，其凈化效果相仿，但采用金屬鋁為原料來源比較困難，成本高昂；采用存放很久的失水氫氧化鋁為原料不僅成本高，而且反應(yīng)活性低。因此，綜合利用含鋁和氧化鋁的物質(zhì)，是較經(jīng)濟合理的。就其加工工藝而言，酸法較常用，中和法和堿化法比酸法工藝流程長，設(shè)備多，但鋁灰中有較多的成分利用效率高。對含鐵量較高的高齡土宜用堿法。離子交換法、電滲法等多見于專利報道，工業(yè)生產(chǎn)尚未推廣。
    聚合氯化鋁作為一種新型的絮凝劑，根據(jù)國內(nèi)外的生產(chǎn)實踐，有以下優(yōu)點：（1）在一般的原水條件下，絮凝效果優(yōu)于常用的無機絮凝劑，如硫酸鋁，硫酸亞鐵，三氯化鐵等。（2）絮體形成快，沉淀速度高。因而反應(yīng)、沉淀時間可縮短，在相同的條件下可提高處理能力1.5~3.0倍。（3）沉淀的泥渣的脫水性能高于硫酸鋁，低于三氯化鋁。（4）在等投加量下，聚合氯化鋁消耗的水中堿度小于各種無機絮凝劑消耗的水中的堿度，處理后出水的pH降低也少。（5）適宜投加范圍寬，過量投加后不易產(chǎn)生水質(zhì)惡化作用，因而有利于操作管理和提高凈水安全性。（6）適宜原水pH范圍比硫酸鋁寬，對原水溫度適應(yīng)性比硫酸鋁強。（7）多濁度，堿度，有機物含量的變化適應(yīng)性強。（8）處理水中鹽分增加少，因而對于制藥工業(yè)，輕工業(yè)，純水制取的預(yù)處理較為有利。（9）處理水成本低于現(xiàn)有的各種無機絮凝劑。（10）有效成分（固體）為硫酸的鋁的2.5~3.0倍。投加量少，因而對運輸、貯存有利，可減輕投藥系統(tǒng)的勞動強度（11）對投藥系統(tǒng)及操作人員皮膚、衣物腐蝕性小，改善了勞動強度。
    聚合氯化鋁屬于陽離子無機高分子絮凝劑，加量一般為20~50mg/L。液體可直接計量投加，固體產(chǎn)品需先在溶解池中配成10%~15%溶液后，按所需的濃度計量投加。聚合氯化鋁主要用于飲用水和工業(yè)給水的凈化，以及工業(yè)廢水的處理。同時，還能用于去除水中所含的鐵，錳，鉻，鉛等重金屬，以及氟化物和水中含油等。故可用于多種工業(yè)廢水的處理。聚合氯化鋁對于處理水的適應(yīng)強，尤其對高濁度水的處理效果更為明顯。水溫較低時仍能維持穩(wěn)定的絮凝效果。凈化后水的色度和鐵錳等重金屬含量低，對設(shè)備的腐蝕性小。除此之外，聚合氯化鋁也用做央蠟澆鑄硬化劑，并用于鑄造、造紙、醫(yī)藥、制革等領(lǐng)域。
    隨著水質(zhì)越來越復(fù)雜，單一混凝劑已不能滿足水處理的需要，因此，新型復(fù)合混凝劑得到了發(fā)展。近年來，人們研制開發(fā)出了鐵鋁復(fù)合混凝劑，并開展了鐵鋁復(fù)合混凝劑的混凝性能、共聚機理及形態(tài)方面的研究工作。含硫酸根的聚合氯化鋁是通過引入適量的SO42-，來提高聚合氯化鋁的聚合度，從而提高聚合氯化鋁的混凝性能.含Cl-的聚合硫酸鐵則是引入適量Cl以提高聚合硫酸鐵的聚合度，從而提高聚合硫酸鐵的混凝性能. 研究結(jié)果表明，鐵鋁復(fù)合高分子混凝劑可克服聚合鋁及聚合鐵單一種類混凝劑的某些缺點，具有更好地混凝效果和更廣泛的應(yīng)用范圍。此外，含鎂的鋁鹽混凝劑，含有鐵、鋁、鈣、鎂、硅等成分的多種離子的復(fù)合混凝劑等新品種也得到了研制開發(fā)。