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1、聚合氯化铝的发展前景聚合氯化铝的发展前景2010-05-1012:20聚合氯化铝(PolyaluminumChloride，简称PAC)又称碱式氯化铝、羟基氯化铝，其通式为Al2(OH)nCl6-nm或Alm(OH)nCl3m-n(m10，n为15) 。产品有液体和固体 2种。液体PAC是淡黄色或无色透明液，但实际色泽因含杂质及盐基度大小不同而异，有黄褐色、灰黑色、灰白色多种。固体PAC色泽与液体产品类似，其形状也随盐基度而变，盐基度在30% 以下时为晶体;在30%60%为胶状物;在60%以上时逐渐变为 玻璃体或树脂状。固体PAC盐基度在70%以上 时不易潮解，而在 70%以下易吸潮并液化，不
2、便保存。PAC味酸涩，易溶于水并发生水解，同时伴随着发生电化学、凝聚、吸附和沉淀等物理化学过程。加热到110以上时发生分解，放出氯化氢，并分解为氧化铝。与酸作用发生解聚作用，便聚合度和碱度降低，最后变成为正铝盐。与碱作用使聚合度和碱度提高，最终可生成氢氧化铝沉淀或铝酸盐。与硫酸铝或其它多价酸盐混合时易生成沉淀，一般会降低或完全失之混凝性能。PAC可用作造纸上胶剂、耐火材料粘接剂、水泥速凝剂、纺织煤染剂，在医药、制革、化妆品等方面也有应用，工业上最大的用途是作水处理絮凝剂，具有混凝性能好、絮体大、用量少、效率高、沉淀快、适用范围广等优点，比传统的絮凝剂用量可减少1/31/2，成本可节省40%以上
3、，己成为国内外公认的一种优良净水剂。主要用于净化饮用水和给水的特殊水质处理，如除铁、除镉、除氟、除放射性污染、除浮油等，还用于生活污水、工业废水、污泥处理中。目前PAC是世界上技术成熟，市场销量大的絮凝剂，已有逐步取代传统絮凝剂趋势。西欧各国于1976年开始生产PAC用作水处理絮凝剂。美国、加拿大于己于1983年批准PAC用于城市给水和工业废水处理。随着PAC取代明矾，美国PAC市场有望在造纸业和市政水处理业上增长。这种改变已经发生在欧洲和日本，在欧洲PAC的应用约占整个市政水处理市场的70%，在日本PAC的应用约占整个市政水处理市场的90%。国外聚合氯化铝产品基本为液休产品，少数粉末产品为喷
4、雾干燥法生产。国内固体聚合氯化铝产量大于液体，固体产品的工艺技术不同于国外一般液体生产工艺，固体产品及相应配方和生产工艺是我国的独创技术。目前，国内工业上水、城市给水、污水处理需求絮凝剂达100万t/a，这给PAC的生产开发拓展了广阔的市场空间，加之国内生产PAC的原料来源广泛，因此，采用先进生产技术开发生产PAC前景光明。l原料生产聚合氯化铝的原料主要有两大类:一类是含铝矿物，包括铝土矿(三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石)、粘土、高岭土、明矾石等;另一类是其他含铝原料，包括金属铝、废铝屑、灰铝、氢氧化铝、三氯化铝、煤矸石、粉煤灰等。只有以铝锭、铝屑、氢氧化铝为原料和以硫酸铝、二氯化铝为原料才
5、能生产出较纯的聚合氯化铝产品。我国生产聚合氯化铝所采用原料主要是因地制宜地开发利用自身的矿物资源。我国聚氯化铝的起步源于铝灰作原料。由于铝灰原料成本低廉，生产工艺简练，其生产工艺七十年代在我国迅速普及。但铝灰生产的聚合氯化铝产品杂质较多，八十年代后已不用于自来水的净化。八十年代初，聚合氯化铝的生产原料主要采用粘土矿、高岭土矿和铝土矿生产出的聚合氯化铝产品，除铁以外，其它的指标可达到国外先进水平。但由于渣量较大，外观较差，加上我国铝业的迅速发展，九十年代初，我国聚合氯化铝生产所用原料已逐步转向氢氧化铝。此外，也有部分生产厂使用氯化铝和金属铝等为原料。由于国内合成盐酸含铁量高于日本等国，所以生产出
6、的聚合氯化铝外观色泽偏黄。2生产工艺PAC的制法很多，按生产工艺可分为酸法、减法、中和法、热解法、加压反应法、混凝胶法、电渗析法、电解法等。固体PAC是将液体PAC用喷雾干燥或滚筒干燥得到的，喷雾干燥是比较理想的干燥方式，适工大规模生产，而生产规模较小的生产企业采用滚筒干燥也是可行的。目前我国生产PAC的方法主要有金属铝(包括铝灰、铅渣)法、活性氢氧化铝法、三氧化二铝(包括铝矾土、煤矸石等)法、结晶氯化铝法。现分述如下:金属铝法所用原料主要是铝加工的下脚料-铝悄、铝灰和铝渣等。在工艺上可分为酸法、碱法、中和法三种。目前，我国以金属铝为原料生产PAC的厂家大多采用酸法生产。酸法具有反应速度快、设
7、备投资少、工艺简单、操作方便的优点，但溶液中的杂质含量偏高，尤其是重金属元素含量通常容易超标，产品质量不稳定，设备腐蚀严重。碱法生产工艺则难度较高，设备投资较大，由于用碱大，还要大量盐酸中和至PH45，成本较高，其应用受到一定限制。中和法的特点是综合了酸法和碱法两者的优点。中和法的关键在了合成PAC时，铝酸钠和三氯化铝溶液之间的配比必须严格控制，使盐基度达到标准要求。盐基度是否合格，是决定产品质量的一个重要指标。而且在合成时必须进行剧烈的搅拌。以铝灰为原料生产PAC主要技术经济指标如表1所示。表1以铝灰为原料的消耗定额(t/t液体成品)原料酸法碱法中和法铝灰(60%Al2O3)0.2200.4
8、160.50.21盐酸(30%Hcl)0.1750.670.8000.42NaOH(30%)0.3840.460.1330.6250.750.010氢氧化铝法所用原料主要是拜尔法炼铝过程中的活性氢氧化铝。生产中采用过量的活性氢氧化铝和盐酸在较高温度(50180)和压力(0.5MPa)下反应制得盐基度为41.6%48.6%的液体PAC产品，然后经浓缩、烘干即得固体PAC产品。此法生产工艺过程较简单，反应条件也较苛刻，对设备要求较高，腐蚀性强，一股市售搪玻璃反应釜都难以适应，生产中确保质量颇为不易。以氢氧化铝用为原料生产PAC主要技术指标如下:原料消耗量(t/t产品)氢氧化铝0.165盐酸(35%
9、HCI)0.315三氧化二铝法主要原料为三水铝石、铝矾土、高岭土、煤矸石等。此工艺的第一步骤是得到结晶氯化铝，第二步骤是通过热解法或中和法来得到PAC产品。以铝矾土为原料生产PAC主要技术经济指标如表2所示。表2以铝矾土为原料的消耗定额(t/t)原料消耗量铝矿粉1.31.5盐酸(30%)1.50.5180kw.h1.5利用高岭土生产聚合氯化铝的工艺流程大致分为3步:精矿焙烧活化、酸浸、酸浸液调整盐基度生成聚合氯化铝溶液。利用高岭土生产聚合氯化铝，不仅可以产生很好的社会效益和环境效益，而且也有很好的经济效益。以1t精矿计，可生产1.8t液体聚合氯化铝净水剂。结晶氯化铝结晶氯化铝是采用沸腾热解法工
10、艺的，生产能力大。结晶氯化铝经过一定温度加热后，便分解出一定量的氯化氢气体和水分而变成粉末状产物，即是聚合氯化铝单体(又称熟料)。将熟料加一定量的水搅拌，则在较短时间内固化，形成树脂状产物，即为聚合氯化铝。沸腾热解法生产聚合氯化铝流程简单、操作方便，但由于生产中使用的结晶氯化铝来源所限，价格相对较高，限制了聚合氯化铝的生产。以结晶氯化铝为原料生产PAC主要技术指标如下:原料消耗量(t/t产品)结晶氯化铝1.25煤1.5电400kwh3产品质量及储运聚合氯化铝产品标准以日本JIS标准最为严谨，GB15892一1995标准主要参考了日本JISK1475标准，只是GB15892一1995将JIS中的
11、铁改成了水不溶物。液体PAC产品可用清洁、耐酸碱的专用储罐(槽车)或聚乙烯塑料桶包装、运输。固体产品用内衬聚乙烯塑料袋的塑料包装袋包装。PAC应储存在阴凉、通风、干燥、清洁的库房中。运输过程中，要防雨淋和烈日暴晒，应防止潮解。装卸时要小心轻放，防止包装破损。液体产品储存期半年，固体产品储存期1年。失火时，可用沙土、二氧化碳灭火器扑救。有腐蚀性，如不慎溅到皮肤上要立即用水冲洗干净。4聚合氯化铝市场现状及分析PAC近三十年来发展迅速，目前世界产量虽已达150万t/a左右(以氧化铝10%液体产品计)，其中日本约为50万t/a，中国约为40万t/a，其它为法国、加拿大、德国、美国、俄罗斯、意大利和我国
12、台湾等地所产。根据国家环境保护总局等单位2001年的调查，与1997年相比，2000年年收入总额增长了268%。说明了我国环境保护产业发展势头强劲。2000年我国废水排放量达到最高值415.2亿t，其中工业废水排放量227亿t，市政污水排放量220.9亿t。我国的废水处理率一直很低，城市污水处理率一直小于15%，工业废水处理达标率也在70%以下。若达到2010年城市污水集中处理率为50%的规划目标，预计在未来的十年中，国家需要投入6500亿人民币来治理工业废水和城市污水。因此说我国环保产业整体面临着巨大的市场需求，极其发展潜能，目前市场上对水处理药剂的需求是逐渐增大的，其中最大需求是城市与工业
13、用水净化及循环处理水平不断提高，城镇居民饮用水和工业用水需求量持续增长，预计2002年后我国城市日供水能力将突破2亿t，达到2.4亿t,同时城市及工业用水重复使用率也将从不足50%提高到80%。预计2002年后我国水处理药剂总需求量约为150200万t，絮凝剂80100万t。目前，国内聚合氯化铝技术已经接近或达到国际先进水平，具有资源和技术上的优势，如中科院生态环境研究中心研制开发的聚合氯化铝生产工艺技术，同时也逐渐形成了一些区域性的生产基地，如河南巩义市生产聚合氯化铝的厂家是水处理药剂方面的代表，其年总产值均可达上亿元。但是，我国聚合氯化铝企业总体上讲，仍以乡镇或民营企业为主，规模多是中小型
14、。目前生产厂家已超过300个，总产量已超过40万t/a(以氧化铝10%液体计),产地除西藏外，遍及全国各省市。生产规模最大的液体生产厂年产量已达2万t以上，最大固体PAC生产厂年产销量已达5000t以上。其应用领域除自来水净化、上业水处理、污水、废水及污泥处理外，还应用于铸造、医药、催化剂、化妆品、造纸和皮革等非水处理行业。目前，我国的生活用水及生产用水所使用的净水剂主要是硫酸铝、三氯化铁等。这些净水剂普遍存在着成本高、固体原料粉碎困难，腐蚀性大，设备维修费用高，工人劳动强度大等缺点。随着我国经济的发展，水的处理量日益增多，因而原有净水剂的缺点日趋突出，迫切需要发展聚合氯化铝净水剂。我国聚合氯
15、化铝生产设备投资和生产成本远远低了国外，这是由于我国可因地制宜地利用了自身资源和独自的工艺技术，因而投资聚合氯化铝风险不大。聚合氯化铝产品在国际市场上有较大竞争优势，我国2001年进口量368t，出口量3736t，净出口量3368t。目前中国已经加入WTO，应抓住机遇，尽早建一套具有国际先进水平和一定规模的聚合氯化铝装置，可适应国际经济发展趋势的需要，经济效益显著。5投资回报聚合氯化铝项目经济效益与规模及工艺路线有关，下面例举几个不同规模及工艺路线的PAC经济效益回报。(l)l万t/a高岭土工艺PAC(固体)生产装置该装置还包括1万t/a煅烧高岭岩、5142t/a硅粉填料。项目总投资4946.
16、74万元，其中固定资产投资3963.86万元。项目投产后，年销收入10134.86万元，利润2609.43万元，投资利润52.75%。(2)粉煤灰工艺PAC(固体)生产装置酸溶粉煤灰法生产PAC，是一项变废为宝、生产成本低、工艺过程简单、操作安全的技术。利用粉煤灰生产高效净水剂PAC，每t产品需粉煤灰1t、盐酸1t及少量助溶剂和碱液，同时可得0.25t氯化铵副产品，其沉渣还可用做制砖、铺路等综合利用。3000t/a规模需工艺装置设备投资105万元、辅助生产投资35万元、公用工程及罐区投资25万元。由于该工艺在常温常压下进行，能耗低，安全性强，PAC生产成本仅450元/t左右。氯化铵收入忽略不计，3000t/a规模年利亦在600万元左右。(3)1000t/a高效絮凝剂(复合聚合氯化铝)生产线是采用由天然铝土矿加工的铝矿粉为原料，经盐酸反应高温聚合，复配加工而成。集有机絮凝剂(HCA)和无机絮凝剂(聚合氯化铝)的优点于一体。该产品中配有少量铁元素，以满足人体的需要，克服了各种净水剂单一使用的缺点
