用氢氧化铝常压反应生产聚合氯化铝的工艺研究.docx

嘲勰勰江西南昌2012年第十届全国水处理混凝技术研讨会论文集用氢氧化铝常压反应!生产聚合氯化铝的工艺研究许志良郭小七徐青(焦作市爱尔福克化工有限公司，河南焦作454100)摘要】本文以盐酸、氢氧化铝为原料在常压下进行酸解反应，生成低盐基度聚氯化铝溶液， 此溶液与铝酸钙中和聚合制得聚氯化铝，试验确定：r盐酸浓度、酸解温度、氢氧化铝、铝酸钙投 加量最佳工艺条件。该工艺设备投资小，产量大，消耗低，操作简便，产品质量稳定。同时采用 低酸浓补加少量硫酸降低氢氧化铝投加量进行酸解反应。使溶出率大幅度的提高。酸解后的溶液经压滤，滤饼重复使用大幅度的提高收率，降低成本减少资源浪费。 关键词氢氧化铝；聚氯化铝；常压反应聚氯化铝(poly aluminium chloride)简称pac示性式al。(oh)mcl(3nm)，om3n， 是一种无机高分子絮凝剂，具有混凝效果好、絮凝体积大、用量少、效率高、沉降速度 快，适宜范围广等优点，净水能力是传统低分子净水剂的3-5倍。广泛用于生活饮用水、 生活污水、工业用水、工业废水处理和治理。随着造纸工业快速发展和技术的不断进步， 许多造纸企业都在尝试施胶和提高留着率方面的应用。聚氯化铝的生产工艺按原料的不同可分为金属铝直接酸溶法、以结晶氯化铝、三氯 化铝、硫酸铝为原料法、以高岭土、铝矾土和铝酸钙粉等为原料的制法，此外还有有以 煤矿石、煤渣和粉煤灰为原料制备聚氯化铝。本文以盐酸、氢氧化铝、铝酸钙等原料， 采用常压酸解、聚合二步法，试验出优质、产品质量稳定聚氯化铝，该工艺设备投资小， 产量大，工艺简单，操作简便，消耗低等特点。l工艺流程及原理第一步用氢氧化铝加盐酸进行常压酸解反应，酸解后的溶液盐基度较低。第二步加 铝酸钙进行和聚合。工艺流程图见图lo氢氧化铝在常压酸溶时生成低盐基度氯化铝反应式如下：2ai(oh)3+(6一n)hcl_a12(oh)。cl(+(6一n)820mal2(oh)。ci(6-)q-mxi-120_【a12(oh)。cl(6n、ixh20m嘲黝2012年第十届全国水处理混凝技术研讨会论文集2012年7月图l反应出的低盐基度氯化铝加铝酸钙聚合反应生成聚氯化铝反应式如下： ca(at02)2-8hci_cacl2+2aicl3+h20+q 2aicl3+12h20_a12(oh)。(21(6m)+(12-n)heo+nhcimale(oh)。cl(e。)+-mxheo一ale(oh)。c1(6。)。xheom2原料氢氧化铝：ai203361；盐酸：hci33 1；铝酸钙：可溶a12033485。3设备与仪器调温型电加热套：mh1000；多功能电热搅拌器：d8401；循环水式真空泵：sd(iii)；三口烧瓶配套冷凝管：1000 ml；抽滤瓶：2500 ml；布氏漏斗：o 150 mm。4实验部分41酸解反应量取配制好的盐酸溶液300 ml，置于1000 ml三口烧瓶中，开启搅拌加入一定量的 氢氧化铝。将反应液温度逐渐升至108，在此温度下反应2 h，取下温度计及冷凝管使 反应液温度降至75。42聚合反应在反应好的酸解料液中缓慢加入一定量的铝酸钙，装上温度计和冷凝管将温度升至 100，在此温度下聚合1 h。43过滤关闭搅拌及加热电源，取下三口烧瓶，将聚合好的料液进行过滤，测量聚氯化铝溶 液的比重和体积。22嬲勰勰江西南昌2012年第十届全国水处理混凝技术研讨会论文集5试验结果与讨论51酸解反应511酸浓对氢氧化铝中a1203溶出率的影响 在试验过程中，改变盐酸浓度测定其对氢氧化铝中a1203的溶出率的影响。 试验结果表明随着盐酸浓度的增大a1203溶出率增高，当盐酸浓度增大到26时，a1203的溶出率增幅减少。因盐酸浓度较大时，反应激烈，hcl气体排放较大，虽有酸 雾吸收装置，但损失较大，会使盐酸消耗增高。综合考虑，本实验选用盐酸浓度为24 盐酸浓度对氢氧化铝溶出率影响见表l。表l盐酸浓度对氢氧化铝溶出率的影响盐酸浓度盐酸体积氢氧化铝反应时间反应温度ale03容积率ml投加量儋hc20300452108507554l22313045210855660772430045210860766342631)04521086226798512氢氧化铝投加量对溶出率的影响 在盐基度浓度不改变的情况下逐渐增大氢氧化铝的投加量，测定其对氢氧化铝中a1203溶出率的影响。 试验结果表明，当氢氧化铝投加量逐渐增大时，溶出率逐渐减少，说明氢氧化铝酸溶性较差，加之常压反应投加过量越多，溶出率越低。因此本试验选用氢氧化铝投加量 为45 g。氢氧化铝投加量对溶出率的影响见表2。表2氢氧化铝投加量对溶出率的影响盐酸浓度盐酸体积氢氧化铝反应时问反应温度aj203容积率ml投加量儋h。c243004521086076634243005l21086596392243006021087085803243007521088585626嘲勰润2012年第十届全国水处理混凝技术研讨会论文集2012年7月513酸解反应温度对氢氧化铝溶出率的影响在盐酸浓度、氢氧化铝投加量不改变的情况下逐渐升高反应液的温度测定其对氢氧 化铝中a1203溶出率的影响。试验结果表明，酸解夜随着温度的增高，a1203的溶出率随之增大，当温度达到108。c 时，达到恒沸点，温度不易再往上升高。因采用常压反应在实际生产中，温度过高，蒸 汽消耗多，影响制造成本。本试验酸解温度选用108。酸解反应温度对氢氧化铝溶出率的影响见表3。表3酸解反应温度对氢氧化铝溶出率的影响盐酸浓度氢氧化铝投反应时间al203容积率hcl盐酸体积ml加量gh反应温度2430045295578631624300452100589643724300452105597652424300452108607663452聚合反应521盐酸浓度对聚氯化铝溶液中a1203和盐基度的影响在试验中改变盐酸浓度、氢氧化铝、铝酸钙投加量不变的情况下，测定其对聚氯化 铝溶液中a1203、盐基度的影响。试验结果表明，随着酸浓度增大，溶液中的a1203也随之增高，而盐基度随之下降。 当酸浓增至26时a1203增幅不大但盐基度降低较多，影响下步的蒸发结晶和喷雾造粒。 因此聚合时选用24酸浓。盐酸浓度对聚氯化铝溶液中a1203和盐基度的影响见表4。表4盐酸浓度：对聚氯化铝溶液中a1203盐基度的影响酸解反应聚合反应a1203盐基度盐酸浓度氢氧化铝反应温度氯酸钙聚合温度聚合时间投加量偿，投加量gil204510884100l13138713224510884100l13587964244510884100l14437902264510884100l14527459江西南昌2012年第十届全国水处理混凝技术研讨会论文集嘲黝522铝酸钙投加量对聚氯化铝溶液中a1203、盐基度的影响在试验中盐酸浓度、氢氧化铝投加量不变的情况下，改变铝酸钙的投加量，测定其 对聚氯化铝中a1203、盐基度的影响。试验结果表明随着铝酸钙投加量的增加，ai：o，、盐基度也随之增大，但投加量增加 至84 g时，a1203与盐基度增幅减小且过滤时间较长。由于溶液中的a1203与盐基度同时 较高时，溶液的粘度逐渐增大，盐基度在60逐渐变为玻璃体或树脂状，给过滤造成一定的困难。在实际生产过程中聚氯化铝溶液、盐基度一般大于78时均能满足喷雾造粒 的要求。铝酸钙投加量对聚氧化铝溶液中a1203、盐基度的影响见表5。表5铝酸钙投加量对聚氯化铝溶液中a120：；和盐基度的影晌 酸解反应聚合反应过滤时间a1203盐基度盐酸浓度氢氧化铝反应温度氯酸钙聚合温度聚合时间min肱投加量儋投加量儋m244510872100l35140l6935244510878100l4014277364244510884100l5014437902244510890100l801452817353盐酸溶液加硫酸、氢氧化铝、铝酸钙进行酸解聚合试验 盐酸浓度在20h寸，有恒沸点且沸点最高，补近少量的硫酸后可增强氢氧化铝分解、提高溶出率。盐酸与硫酸的配比：hcl30：h2s0498=20：1(重量比) 试验结果表明在低酸浓的情况下加入少量的硫酸可以大幅度的提高溶出率，既降低酸耗又提高了收率。投加铝酸钙后聚合出的聚氯化铝溶液质量较佳。试验结果见表6、 表7。表6盐酸浓度盐酸体积反应温度氢氧化铝投加量a1203容积率ml惶觞脱24(未加硫酸)30010845607663420(未加硫酸)30010645682745320(未加硫酸)300106396147743嘲勰勰2012年第十届全国水处理混凝技术研讨会论文集2012年7月表7酸解反应聚合反应a1203盐基度盐酸浓度盐酸体积氢氧化铝铝酸钙聚合温度聚合时间ml投加鸯惩投：jn量g|“cm24300458410011434790220(加硫酸)3003984100l15。15818854过滤后的滤饼重新进行酸解 通过工艺条件的优选，在常压酸解中氢氧化铝的仍有少部分未分解，直接会影响到产品的收率，因此将过滤后的滤饼重新进行酸解，循环使用。 试验结果表明在酸解条件不变的情况下氢氧化铝以干基投加，仍能取得较好的溶出率，这样循环使用初步计算收率可达到95以上，节约了原料，降低了成本。试验结果 见表8。表8盐酸浓度胍盐酸体积ml反应温度氢氧化铝投加量鹰a1203溶出率膈2430010845(干基)6。6l72246结论(1)通过用氢氧化铝、铝酸钙常压酸解、聚合反应试验，确定了较佳的工艺条件。盐酸浓度24，铝酸钙投加量每100 ml酸投加15 g，酸解温度108c，铝酸钙投加量每100 ml酸投加28 g。(2)在低酸浓的条件下，补加少量的硫酸，降低氢氧化铝的投加量，可以大幅