聚合氯化铝的合成方法

聚合氯化铝的合成方法聚合氯化铝的合成方法 聚合氯化铝 PAC 是近年来在水处理领域研究和应用较多的无机高分子絮 凝剂 PAC 在去除浊度和天然有机物时具有碱度消耗小 处理成本低廉 受温 度影响小和污泥产量较少的优点而被广泛地应用于生活饮用水 工业给水处理 工业废水和生活污水的净化处理 另外在铸造 医药 制革 造纸等方面也得 到广泛地应用 目前生产聚合氯化铝的方法较多 现介绍几种较流行的合成方 法 1 聚合氯化铝聚合氯化铝的合成原料 聚合氯化铝聚合氯化铝的合成原料很多 根据原料的来源 可大致分为 3 类 1 含铝 矿石包括铝土矿 高岭土 黏土 煤矸石 焦宝石 明矾石等 2 工业废物包 括铝屑 铝灰 铝渣 废铝箔 三氯化铝废水等 3 化工产品及中间体包括结 晶氢氧化铝 三氯化铝 铝酸钠等 2 聚合氯化铝聚合氯化铝的合成方法 PAC 的合成方法按照原料的不同 可分为金属铝法 活性氢氧化铝法 三 氧化二铝法 氯化铝法等 也可按照生产工艺的不同分为酸法 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 本文主要介绍聚合氯聚合氯 化铝化铝的各种生产方法及主要工艺 2 1 金属铝法 采用金属铝法合成 PAC 的原料主要为铝加工的下脚料 如铝屑 铝灰和铝 渣等 在工艺上可分为酸法 碱法 中和法 3 种 由于碱法生产工艺难度较高 设备投资较大且用碱量大 还要大量盐酸中和至 pH 4 5 成本较高 现阶段 其应用受到一定限制 所以不作过多地介绍 2 1 1 酸法 酸法具有反应速度快 设备投资少 工艺简单 操作方便等优点 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 设备腐蚀较严重 以铝灰为例简要介绍其生产工艺 铝灰主要成分为铝 其生产工艺流程 见图 1 此法工业生产多利用铝厂下脚料 机械加工废铝屑等 生产时经净 化处理 控制投料比例 投料速度及酸浓度 可以进行自发热反应得到适宜的 产品 2 1 2 中和法 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 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 生产工艺流程见图 2 2 2 氢氧化铝法 氢氧化铝纯度高 合成的 PAC 重金属含量较低 但是由于氢氧化铝的酸溶 性较差 一般采用加热加压酸溶的生产工艺 这种工艺相对比较简单 但生产 的聚合氯化铝聚合氯化铝的盐基度较低 因此一般采用氢氧化铝加温加压酸溶和铝酸钙矿 粉中和聚合等两道工序 工艺流程见图 3 2 3 三氧化二铝法 含三氧化二铝的原料主要有三水铝石 铝钒土 高岭土 煤矸石等 该生 产工艺可分为两步 第一步是得到结晶氯化铝 第二步是通过热解法或中和法 得到 PAC 工艺流程见图 4 2 4 氯化铝法 以三氯化铝为原料合成 PAC 一般有 3 种方法 中和法 电化学法和热分解 法 2 4 1 中和法 在 A1Cl3溶液中加入烧碱 石灰石 碳酸钠等碱 性物质提高 OH 浓度 以 促进 A1Cl3不断水解 不同加碱量可得到不同盐基度的 PAC 溶液 此法生产的 PAC 适于在对水中 Cl 含量及硬度要求不高的企业使用 2 4 2 电化学法 科学家研究表明 Al13或 Alb 化学式为 Al13O4 OH 247 形态是 PAC 中最有 效的形态 采用有效的方法获得高含量的 Alb 形态聚合物已成为 PAC 研究与 制备的主要目标 而电化学法是一种有效的方法 以氯化铝为原料利用电化学 合成 PAC 可采用 2 种方法 一种是采用可溶解性铝阳极电解法 另一种是采用 惰性电极的电渗析法 1 电解法 Paul M Bertsc 研究表明 Al OH 4 是生成 Alb形态的前驱物 而电解法能 克服化学法制备过程中产生 Al OH 4 相斥不易聚合成 A1b 形态的缺点 采用 电解法可以制备出高碱化度 高 A1b含量 性能稳定的聚合氯化铝聚合氯化铝产品 在特定的电解槽中 以氯化铝溶液作电解液 金属铝作阳极 通直流电解 控制一定条件使阳极铝逐渐溶解 而不析出氧气或氯气 阴极氢不断析出 而 不沉淀出铝 从而创造出有利于如下反应进行的条件 Al H2O AlC13 Alm OH nC13m n H2 Alm OH nC13m n继续水解为 Al OH 3 因此 通过控制适当的电极条件和溶 液化学条件 即可控制铝溶出和 OH 生成的速度 进而控制如下铝离子的水解 聚合 沉淀过程 Al3 Ala Alb Alc Al OH 3 为生成所需要的含最佳絮凝形态的聚合铝 应使其最大限度地停留在 A1b Al13 阶段 2 电渗析法 路光杰等利用两张阴离子交换 异相 膜将电解槽分隔成 3 个室 分别是阳 极室 反应室和阴极室 根据预制的产品铝含量和碱化度 将一定浓度的三氯 化铝溶液加入到电解槽的反应室内 阳极室内为三氯化铝溶液或硫酸钠溶液 阴极室内为氢氧化钠溶液 石墨板 或钛钉网 等惰性电极为阳极 多孔铁板 或 铂板 等为阴极 电渗析法合成聚合氯化铝聚合氯化铝原理见图 5 电化学反应的原理 阳极室反应 C1 e 1 2C12 阴极室反应 H2O e OH 1 2H2 反应室内的化学反应 nOH mAlCl3 Alm OH nC13m n nCl 反应发生时 在直流电场的作用下 阴极室内的阴离子 OH 透过阴离子交 换膜向阳极方向作迁移进入反应室与 A13 溶液发生中和反应 从而生成 PAC 的水溶液 与此同时 反应室内的部分 Cl 在正电场的作用下向阳极室迁移 在 上述电迁移过程中 由于电解槽采用两张阴离子交换膜 这种膜的特点是只允 许阴离子选择性透过 而不允许阳离子透过 所以阳极室和反应室内阳离子 如 Na 或 Al3 都不会透过阴离子交换膜而进入相邻的反应室或阴极室内 在整个 反应系统中 形成了一条只有阴离子迁移的通路 2 4 3 热分解法 加热条件下 A1C13 分解进行到底可生成 Al2O3和 HCl 如控制热分解进 程 可得到介于 A1C13和 A12O3之间的一系列中间产物 即不同盐基度的 PAC 其热分解可看作是在加热条件下配位水发生的水解反应 反应式如下 A1 H2O 6 Cl13 A1 H2O 5 OH Cl2 HCl A1 H2O 5 OH Cl2 A1 H2O 4 OH 2 Cl HCl A1 H2O 4 OH 2 Cl A1 H2O 3 OH 3 HCl 2 A1 H2O 3 OH 3 Al2O3 9H2O 此法又可分为湿式和干式 湿式受分解温度限制 成品的盐基度一般较低 效率也低 干式用结晶 A1C13热分解 可得任意盐基度的产品 克服了湿式法 的不足 但产品溶解性差 3 PAC 的发展趋势 PAC 以其优良的性能 宽适用范围 低成本而得到广泛地应用 在使用 中 单一药剂的使用往往受到一些制约 不同的药剂具有各异的优良性能 为 了取长补短 人们对 PAC 作了许多改进研究 第一 在 PAC 生产中引入一种 或更多的阳离子及阴离子 在一定程度上改变其形态结构分布 第二 根据协 同增效原理 将 PAC 与一种或更多的其他化合物复合 制得一类新型高效混凝 剂 第三 聚合铝盐 有机高分子复配体系用于水处理 大有方兴未艾之势 共聚生成的新型高聚物兼具无机 有机高分子絮凝剂的特点 既具有中和电荷 作用 又具有长链大分子强烈的拖拉 网捕作用 从而成为新生代的高效混凝 剂 这是 PAC 领域内的重要课题之一 企业介绍 郑州市三禾水处理材料有限公司 是一家以生产和销售净水材料 其他化 工品为主 集研发 生产和出口贸易为一体的合资企业 具有先进的生产工艺和完善 的检测手段 技术力量雄厚 管理科学化 我厂主要产品有 聚丙烯酸胺 聚合氯化 铝 活性炭 金刚砂 海绵铁 石英砂 麦饭石 无烟煤滤料 蜂窝斜管填料 果壳 滤料 核桃壳滤料 硫酸亚铁 活性氧化铝等 三禾公司技术力量雄厚 生产