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1、3 4 铝镁通讯 2 0 1 0年 2 聚合氯化铝的开发与应用进展 汪多仁 (中国石油吉林石化公 司 吉林 ：1 3 2 1 0 1) 目前， 国内工业用水、 城市给水、 污水处理需 求絮凝剂达 1 0 0 万吨a ，这给聚合氯化铝的生产 开发拓展了广阔的市场发展空间， 加之国内生产聚 合氯化铝 的原料来源广泛 ，因此 ， 采用先进的绿色 生态环保技术开发生产聚合氯化铝前景光 明。 1理 化 性 能 聚合氯化铝( P 0 l y a l I l m i n u m c h l 0 r i d e ， 简称P A C ) 又称碱式氯化铝 、羟基氯化铝 ， 简称聚合铝 ，是介 于 A 1 C I
2、， 和 A I ( O H ) 之问的水解产物。产品有液体 和固体2 种。 液体 P A C 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P A C 色泽与液体产 品类似 ， 其形状也随盐基度而变 ， 盐基度在3 0 以 下时为晶体； 在6 0 以上时逐渐变为玻璃体或树脂 状。固体 P A C盐基度在 7 0 以上时不易潮解。 P A C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。 聚合氯化铝加热到1 1 0 C 以上时会发生分解放出氯 化氢， 并分解为氧化铝。 P A C 与酸作
3、用发生解聚反 应， 使聚合度和碱度降低， 最后变成为正铝盐；可 生成氢氧化铝沉淀或铝酸盐 与硫酸铝或其他多价 酸混合时易生成沉淀， 一般会降低或完全失去混凝 性能。 液体 P A C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。固体产配用内 衬聚乙烯塑料袋 的塑料包装袋包装 。 P A C 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 日曝晒 ， 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。 P A C 有腐蚀性， 如不慎溅到皮肤上要立 即用水
4、冲洗干净。 2 工艺技 术 2 1 主要原 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) 、黏土、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。 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。2 0 世纪 9 0年代 初 ， 生产所用原料已逐步转向采用氢氧化铝。 此外 ， 也有部分使用氯化铝和金属铝等为原料。 2 2操作过程 目前制造 P A C的方法主要有 ：酸溶一步法 、酸 浸中和两步法、凝胶法、热分解法等。 按生产工艺可分
5、为酸法、碱法、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P AC 是将液体P A C 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， 适合大规模 生产， 而生产规模较小的生产企业采用滚筒干燥也 可。 目前我国生产 P A C的方法主要有金属铝( 包括 铝灰、 铝渣) 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。 2 2 1 金 属铝 法 所用原料主要是铝加工的下脚料 一铝屑 、铝灰 和铝渣等。在工艺上可分为酸法、 碱法、中和法三 2 0 l 0 年 2 铝镁通讯 3 5 种 。 2 2 1 1 铝灰 中和
6、法 将盐酸和烧碱分别和铝灰反应制备出三氯化铝 和铝酸钠 ，然后再合成碱式氯化铝。 此工艺是利用铝 的两性 ， 即在碱性 范围内铝 以 负的盐离子存在 ， 在酸性范围内以正铝离子形态存 在 ， 同时 ， 铝盐和铝盐酸在水溶液中都能发生水解 ， 生成氢氧化铝沉淀。 若将三氯化铝和盐酸钠按一定 比例配入合成， 即可得到符合质量要求的碱式氯化 铝。 2 2 1 2铝 灰 酸 溶 法 将铝灰和盐酸按一定比例配人生产液体碱式氯 化铝。 此工艺是铝灰在盐酸作用下单核金属络合物直 接不断溶出 ， p H值逐步提高 ， OH 一 浓度上升 ， 配位 水发生水 。当p H值继续升高到4 0 以后， 两个羟 基 之
7、问发生缩聚反应 ，生成聚合多核络合物 ，即碱 式氯化铝 。 此 艺简单 、设 备投资少、上马快 ，并且设备 简单 、维修费少 、操作简便 、生产成本低 、回收投 资快。 以含铝废料或以金属铝为原料生产 P A C， 大多 采用的是酸法生产 。 碱法生产工艺则难度较高， 设备投资较大，由 于用碱量大，还要用大量盐酸中和至p H值为4 5 ， 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 。中和法的关键在于合成 P A C时 ， 铝酸钠和三氯 化铝溶液之问的配比必须严格控制， 使盐基度达到 标准要求。盐基度是决定产品质量的一个重要指 标。在合成时必须进 行
8、剧烈 的搅拌。 2 2 2三 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P A C 产品。 利用高岭土生产聚合氯化铝的工艺是经精矿焙 烧活化、酸浸 ， 酸浸液调整盐基度生成聚合氯化铝 溶液。 制备过程是将水洗 高岭土于 7 5 0 C 下脱水 、冷 却加水制成矿浆， 泵入反应釜； 根据高岭土中铝的 量加入理论值 l 1 0 的浓盐酸， 在 0 3 3 0 0 2 M P a 压力下反应 3 0 rai n卸压 ，加水稀释 ，将 矿浆放入澄 清池 ，澄清后放 出清液或过滤于清液池 ， 清液池 中
9、 的清液即为氯化铝液体产品； 准确测定固体或液体 氯化铝 中的铝含量 ， 然后根据( O HA1 ) 的摩尔 比， 一次性地加入预计量的碱 ，调整至所需碱化度 。加 热至近沸并充分搅拌， 熟化2 4 h 以上，过滤晒干或烘 干即为聚合氯化铝产品。 将水洗高岭土于 7 5 0 灼烧 ，不仅可使其脱除 去有机质 ， 而且能使 型三氧化二铝转化为 1 3 型三 氧化二铝 ，使酸易于将其分解 ，提高了产量。 目前制取聚合 氯化铝的条件较严格 ， 掌握不好 会导致制取失败 ， 但只要选择好合适的摩尔比， 调 整好碱化度就能得到合格的满意产品。 随着人们环保 意识 的增强 ，必定要求绿 色产 品 ，粉状聚
10、合氯化铝 ，在成 品储存期 内，由于使用 时只需加水溶解便可和聚合氯化铝一样使用 ， 不易 造成环境污染。已获得越来越广泛的应用 。粉状聚 合氯化铝体积小 ， 便于运输 ， 大大降低包装成本和 运费。 2 2 3 喷 雾干燥法 粉状聚合氯化铝采用的是先浓缩再用热空气干 燥的方法， 再将干燥后的聚合氯化铝用粉碎机粉碎 成粉未状， 但大多数用喷雾干燥法制取。 喷雾干燥 是将液体聚合氯化铝用泵打入雾化器内， 有两股压 缩空气进入雾化器 内 ，分别作为一次气和二次气 ， 将液体胶喷成细雾，同时进行传热和传质过程， 水 分汽化 ， 物料被干燥后随湿气一起进人旋风分离器 内， 干燥后的聚合氯化铝经旋风分离
11、器下 口出料包 装。国内采用缩聚 ，真空脱水 ，离心分离 ，喷雾 的 方法生产粉未聚合氯化铝。 采用喷雾干燥法生产粉状聚合氯化铝可 以用喷 雾干燥器。在操作时， 先开抽风机和加热器， 经预 热干燥后达到既定的温度。再进行 喷粉 。喷粉时先 开空气压缩机， 用压缩空气启动雾化器旋转。当转 速稳定后 ，将液胶从顶部加入雾化器 内进行雾化 ， 雾化后的液胶与热空气进行接触后在短时问内将水 分脱除 ， 干的粉胶与热空气在旋风分离器内进行分 离 ，从底部获得所需要 的产 品。 采用喷雾干燥法可用于生产粉末产品。 粉末产 3 6 铝镁通讯 2 0 1 0 年 2 品的工艺技术不 同于国外一般液体生产工艺
12、， 粉末 产 品及相应配方和生产工艺是我 国的独创技术 。 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。 2 2 4 氢氧 化铝 法 用氢氧化 铝为原料生产碱式氯化铝有很 多方 法，使用最广泛的是加压溶出法。 生产系采用氢氧化铝和盐酸为原料 ， 其按一定 比例加人高压釜 ，在高温高压下 ， 一步产出液体碱 式氯化铝 ，故又称为一步法生产流程。 盐酸和氢 氧化铝在 1 5 31 5 4、0 2 70 3 4 MP a 下 ，一次反应产出液体碱式氯化铝 。此法的 不足在于原料 的供应 比较紧张 ， 价格 昂贵 ， 生产成 本偏高。 2 2 5
13、铝 土 矿 法 以铝土矿代替氢氧化铝生产碱式氯化铝有 4 种 方法 。 氢氧化铝凝胶溶浸法 此工艺以硫酸与铝土矿烧料反应生成硫酸铝 ， 用碱中和生成凝胶氢氧化铝。 凝胶氢氧化铝用盐 酸溶浸生产 出液体碱式氯化铝 ，再进行 固化。 工艺特点是：经过硫酸 、 盐酸两段浸 出、 过滤 ， 产品杂质含量低 ， 且反应能在常压下进行 ， 设备简 单 、 操作较方便 ， 且产品中有少量残 留的硫酸根离 子 ，即有多价阴离子存在 ，使其聚合度增加 ，净水 效果大幅度提高， 但此工艺耗酸较多， 生产成本偏 高。 热能脱氧法 此法是先将原料转变成 A I C 1 ， ，再采取热能脱 氧生产碱式氯化铝。其工艺先要
14、将铝土矿中的A 1 0 转变成 A I C 1 ， 。 利用回转窑热能脱氧 ， 并根据脱氧量 的多少调 整盐基度 的高低 。 控制回转窑 的温度和物料在窑内 的停留时问来控制脱氧量。 一般控制窑温为2 0 0 C， 停留时间为3 0 分钟， 即可使产品的盐基度提高到7 0 左右。 此工艺需浸出、蒸发、 过滤、热解、聚合及氯 气回收等 二 序， 设备复杂。 热解产出的氯气回收工 艺有旋风分离、冷却塔、两级吸收塔等设备， 设备 易腐蚀 。由于工艺流程长 、能耗及原料消耗高 ，成 本较高。 将 A1 C 1 3 6 H2 0和N a O H分别配成一定浓度的 溶液。 将该浓度、 一定体积的A I C
15、 1 3 溶液倒人5 0 0 m L 三 口玻璃釜中，把反应釜置于 8 5 恒 温水浴 中加 热， 启动搅拌器， 按预定的碱化度和总铝浓度，以 0 9 1 0 m Lmi n的速度滴人一定体积和浓度的 N a O H溶液 ， 同时强烈搅拌 ， 待碱液全部滴完后 ， 继 续搅拌 ，直至生成 的白色沉淀全部溶解 、溶液澄清 为止。 氢氧化铝凝胶调整法 该生产方法是首先产 出低盐基度 的碱 式氯化 铝 ， 再用凝胶氢氧化铝来调整其盐基度 。可根据用 户要求很方便地调节 A1 ， O 含量 印盐基度的高低 ， 可以产出达到出口 要求的3 5 A 1 ， 0 ， 、 盐基度达7 O 的标准。在用氨水中和
16、过程中副产氯化铵化肥， 但工艺操作较为复杂。 用碱直接调整法有利于此流程中盐酸一步浸出 并加碱调整盐基度 的生产工艺 。工艺特点是 ：将盐 酸与铝土矿轻烧料按 比例装入高压釜后 ， 在压力为 0 2 M P a 、温度为 l 3 0 条件下 ，一次产 出的低盐基 度浸 出液 ，经半小 时沉降后 ，利用上清液本身的 5 0 6 0 的余热 ，并加入 C a C O ， 调整盐基度 。 此工艺是铝土矿生产工艺 中流程最简单 、 投资 最少、上马快的产品 ， 深受用户欢迎 ，而且生产成 本低、具有强有力的竞争能力。 用各种含铝废料生产碱式氯化铝的方法也很 多， 具有代表性的有铝灰中和法与铝灰酸溶法。 生产P A C 的原料很多， 如铝矾土、铝灰、 工业 氢氧化铝 、 铝屑等。 铝酸钙粉是
