聚合氯化鋁制作技術分析與研究

發(fā)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(shù)：

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(chǎn)品，經(jīng)干燥后得聚合氯化鋁固體產(chǎn)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(chǎn)品。通常認為微量加堿法(極慢的加堿速度)所得產(chǎn)品的Al的質量分數(shù)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(shù)達80．7％的產(chǎn)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(shù)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(chǎn)品據(jù)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(chǎn)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(wǎng))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(chǎn)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(chǎn)品Al的質量分數(shù)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(chǎn)品。該法生產(chǎn)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(chǎn)出的產(chǎn)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(chǎn)出的產(chǎn)品雜質較少．但以氫氧化鋁為原料生產(chǎn)成本較高，制得的產(chǎn)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(jīng)過若干小時熟化后．放出上層液體即得聚合氯化鋁液體產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)出的產(chǎn)品雜質較多，特別是重金屬含量容易超標，產(chǎn)品質量不穩(wěn)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(jù)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(chǎn)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(yè)化生產(chǎn)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(chǎn)出的產(chǎn)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(jié)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(chǎn)品，干燥后得到固體產(chǎn)品，據(jù)稱產(chǎn)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(jù)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(wǎng)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(chǎn)生的氣泡上浮作用使溶液定向運動，取代機械攪拌，大大節(jié)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(shù)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(shù)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(shù)在30％左右，若用燒結法制聚合氯化鋁，同時可得副產(chǎn)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(shù)礦物。 生產(chǎn)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(fā)問題，通常選用質量分數(shù)為20％左右的鹽酸。調整鹽基度熟化后即得到聚合氯化鋁產(chǎn)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(chǎn)品測得氧化鋁的質量分數(shù)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(chǎn)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(jié)，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(yè)的發(fā)展．煤矸石的產(chǎn)量日益劇增，而廢棄煤矸石容易污染環(huán)境。以煤矸石為原料生產(chǎn)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(shù)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(jīng)投入工業(yè)化生產(chǎn)。常用的生產(chǎn)工藝是：煤矸石經(jīng)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(jīng)適當處理后可作為制水泥原料，母液經(jīng)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(jié)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(chǎn)品。
鋁酸鈣礦粉
鋁酸鈣粉由鋁土礦、碳酸鈣和其它配料經(jīng)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(chǎn)出的產(chǎn)品重金屬含量低，純度高，但生產(chǎn)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(chǎn)品。該法工藝簡單，投資少，操作方便，生產(chǎn)成本低，但產(chǎn)品的不溶物，重金屬含量較高，固體產(chǎn)品氧化鋁含量通常不高．質量分數(shù)約為28％左右，產(chǎn)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(chǎn)方法一般采用酸溶兩步法的生產(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(jié)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(chǎn)品，據(jù)稱能耗低。