用铝酸钙粉生产聚合氯化铝

1、第 5期 了 一； 黝磁善 ， 嫩 J f 无机盐工业 用铝酸钙粉生产聚合氯化铝 蚌埠甫化工研究所 盎洪珠 邵延安 一 一 抽 要 汪馥馨 T 本 文介绍 了生 产净水剂 聚合 氯化铝 的一种 新原料铝 酸钙 粉( 高铝灰 ) 的性 能及 用途 并对 稳 定原料质量及生产聚合氯化铝工艺方面提出一些改进意见。 聚合氯 化铝 目前全 国的年 产 量约 3 0万 吨 到本世 纪末 用于净化饮 用水需 6 0万 吨 处理废 水约 1 5 0万吨 。 以往使用铝 灰、 氢氧化 铝、 三水铝石及 由高岭土、 焦宝石等低品位含 铝 矿石经焙 烧而成 的。 轻烧料 为原料生产 。 近些年来， 国内推出一种铝土

2、矿复合烧结料 ( 铝酸钙粉 ， 又称高铝 灰等 ) 主要用于调整盐 基度 。 但 由于该料有独特的性 能 ， 不少厂未能 正确使用 ， 影响进一步推 。 我们通过近两年 的试验探索 获得相 当 的进 展并在生产 实践 中取得 良好的效益 。 一 、铝酸钙 粉性 能及质量 铝酸钙粉是 甩氧化 铝含量高 的矿 ( 如一 水硬铝石) 加石灰石等经破碎、 煅烧、 磨细而 成 ， 其主要含铝酸一钙 ( A1 0 a c 帕 ) ， 化学成 份 为 A I 2 0a 4 7 5 6 、 C a 0 2 6 3 5 、 F e 2 O s 1 5 、 S i O 6 1 0 ， 此 外 ， 还 有 少 量

3、T i O z 、 Mg O等。表 1 是几个试样盼有效成份数据。 表 1铝酸钙粉有效成傍 编号 山 1 山 2 山 3 由 4 山 5 河 1 河 2 河 3 安 1 颤色 灰黑 淡黄 扶黄 淡黄 谈黄 浅黄 浅黄 浅黄 谈黄 细度 ( 目) 1 8 0 1 8 0 1 8 0 8 0 1 8 0 8 0 1 O 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0 AI 2 Os ( ) 4 2 6 0 6 7 8 5 0 5 5 5 2 16 5 0 6 0 d 0 1 6 52 8 1 5 7 0 5 1 8 0 ca o( ) 3 0 7 0 3 0 6 3 3 6 3 20 29 9 1 9 4

4、 6 2 7 3 6 2 4 6 3 2 铝酸 钙粉在 高 于 5 0 时就 能和 盐酸 反 表 3 。 应 酸溶性 能最好 的铝 灰 比 较 数 据见表 2 、 表 2酸溶搅拌试验 投 料 搅 拌 酸浸溶液 HC I 浓度 ( ) 钧料 ( L ) 温度( ) 时间 ) A L o ( ) 盐基度 ( ) D H 8 铝酸钙粉 1 0 0 9 5 1 4 4 7 0 2 3 1 0 铝酸钙 粉 1 5 0 6 0 2 5 8 2 6 9 1 3 2 8 铝 灰 2 0 0 9 5 2 3 2 3 8 4 2 】 1 0 铝 灰 3 0 0 6 0 3 4 1 2 7 1 2 0 注： 铝酸钙

5、粉及铝灰之 A 】 2 含量均为 4 8 5 、 、 维普资讯 无机盐丁 二业 表 3调 盐 基度搅 拌试 验 投删 革 慵 拌 聚铝藉液 备 注 ( g 1 ) 温度 ( C) 时- 1 h ) A J ： O ( ) 盐基 度 ( ) p H 0 ( 原始 料液 ) 1 2 - 4 7 1 9 3 8 1 5 原 始料液 系用次 品氧 氰化锚 牛产 l5 0 85 【 1 B 8 6 5 3 2 0 ( 原始 料谴 ) 2 65 20 该 料 渡 系 用 铝 土 矿 轻 烧 料 生 产 l0O 80 1 3 0 从表 2和表 3可 知 ， 铝酸钙 粉极 易溶 于 盐酸 ， 且反应热 大 ，

6、 在较 低浓度 时 ， 溶 出率可 达 9 0 以上 ， 作为 第二 次 酸浸液 的 添加 料 在提高盐基度 同时进 一步增 加氧化 铅含 量 。 但是铝 酸钙粉生产厂 由于对聚合氯化铝工 艺 了解不深 等原 因， 使产 品质量不够 稳 定。为 此 ， 通过多次对比试验及 与使用 厂联系了解 ， 建议作如下改进 。 1 A J z o 3 与 C a o含 量保 持一个 合理 的比 值 有的厂为片面追 求氧化铝 含量高而少加 石灰石 殊不 知该料组 成 中的 氧化铝是 以铝 酸一钙形式存在 ， 才具有 良好的酸溶性 能 ， 如 果 是 一水 硬铝 石 经 高 温煅 烧 后 成 a A l o

7、s 则 失去 了 活性 。因此 ， 按 A 1 z Os C a O计 ， 其 C a O A1 O a的重量 比为 0 5 5 考 虑到 还可 能 有 2 C a OS i O t 等 生成 ， 所以 C a O应稍 过量 ， 可将上述 比值增 加到 约 0 6 即 当 A 1 O a 含量 为 5 0 5 5 时 ， C a O 含 量 应 是 3 O 3 3 为 宜 。过低 使部份氧化 铝无效 ， 过 高则耗 酸量 夫 ， 只宜用作调盐基度 。 2 控 制 适 当的 矿粉 粒径 有一种 错误认识 ， 以为原料粒 径越 小 越 好 ， 实际上矿粉细度达到一定程度后 ， 再提 高 效果不 明

8、显 ， 而难 以分 离渣液使得 率反而 F 降。 资料介 绍， 以铝土 矿轻烧料 为例 过 6 O日 时溶 出率为 9 6 5 ， 过 8 0目时是 9 7 7 再 细 则溶 出率增加有限 ， 但 渣液分离 更为 困难 。 因此 ， 铝酸钙粉 的粒径 以 8 0 1 2 0目为宜 为 使生产中易于提高收率 ， 只有少数厂用加压 酸溶不分离细渣的可用 l 8 0目原料 。 在表 1 各料 的对 比试验中 ， 对 山 4 8 0日 黄 料最优 在 8 0 9 0 F反应 2小 时 抽滤 后成 品料 液含 A I O s 目 3 ， 盐 基度 5 4 6 ， 洗 渣水 含 A 1 z Oa 5 9

9、按氧 化铝 的溶 出率 为 9 4 2 ， 实际得率 8 8 。 3 煅 烧 温 度 在实验 中发 现有些原料的细度及有效成 份相似 ， 但静 止沉降时有 的清液层 仅 1 3 大 量悬 浮物 形成 中间层极难分 离 ， 而 多数试样 的渣泥层只有 2 5以下。前者分离后清 液粘 度较 大 ， 但氧化铝含量并不 比后 者高。 经与生 产厂联系 主要 是两个厂 的煅烧 温度 不同。 前 者 ( 如安 】 ) 要高约 3 0 0 C。 根据 资料 以上物 质 煅 烧 反 应 在 回转 窑 中 ， 当温 度 在 8 0 0 9 0 0 时， 物 料 中的 c a c o a 分 解 出 c o ，

10、其 中 c a o一 与 一 水 硬 铝 石 作 用 ， 主 要 生 成 c a o A 】 2 o 3 ； 达 到 1 0 0 0 1 2 0 0 ， c a o 与 A 1 2 O3 及 S i O ：发 生反 应 ， 相 继 生成 2 C a OS i O ( 硅酸 j钙 ) 、 3 C a O At z Os ( 铝 酸 三钙 ) 等 ； 当超 过 1 3 0 0 以后 部份 物料熔融 ， 创造了硅酸 ： ： 钙 吸收 氧化钙转变 为硅酸二 三 钙 ( 3 C a O S i Oz ) 的 条件并开始生成硅酸 三钙 。这些物质溶于盐 酸后 有部份成为硅酸 ， 增加了粘 度 ， 使 固液

11、分 离困难 。因此 ， 这种 高温 ( 约 1 3 0 0 C) 煅烧 的 原料耗盐酸更多 ， 而氧化铝得率较低 。 二 、 铝酸钙粉 的应 用开发 1 铝酸钙粉 常压 、 自热、 多次投 料法生产 聚合氯化铝 铝酸钙 粉与盐酸的主要反 应为 ： 维普资讯 第 5期 无机盐 1 业 AI z Os + HCIA1 2 【 oHj CI6 Ca o+ 2 HCI c a 0 1 + 2 H o 在反应过程 中， 生成 碱式氯化铝 ， 并伴 有 少量碱式氯 化铁 。当 p H值 升高到 定值时 ， 在相邻 两个羟 基发 生架桥聚合及 自聚 直至 达 到 一定的聚合度 ： mAl 2 ( OH) C

12、 1 一f at 2 ( OH) CI 就成为 聚合氯化 铝 ( 液 体) ； 氧化钙 作为盐基 度调整剂而达 标 同时产生可溶性氯化钙 。 根据铝酸钙粉在稀盐酸 中溶 出性能好的 特点 ， 生产时 ， 采用如 F工艺控制指标 ( 1 )总 酸 浓 度 ：1 6 2 0 H C ( 用 含 H C 1 7 8 以上的工业酸加洗水调配) ； ( 2 ) 反应时 的起始酸浓度 ： 8 1 4 ； ( 3 ) 反应温度 ： 5 0 ； ( ) 投 料 比 ：物 料 ( 实 物重 量 )：酸 ( 按 l 0 0 计 ) =0 9 1 4 。 用 1 5 0 0 1 搪玻璃 反应釜 ， 环境温度 为 5

13、 l 0 e C， 自热反 应后 箍内温度大于 8 0 C， 可保 持 2小时以上 前三 箍的聚合氯化铝液体质 量如表 4 。若连 续生产 用 洗渣水配酸 ， 则 有 效含量还能提 高 。 表 4 前三釜质量 I Ak o s ( ) 盐 基度 ( ) p H 9 4 6 6 3 7 3 2 1 O 4 5 B 5 6 3 0 9 5 B 6 2 0 9 3 0 用铅酸钙 粉为原料生产的聚合氯化铝 比 其他原 料 产 品中所 含的 可溶 性氯 化 钙要 多 些 ， 如 上例产 品 巾含 C a C I 。 为 9 5 1 0 8 。 经对 比试验 ， 含较 多量 的钙离 子对除浊效 果 和沉降

14、速度 无不利影 响 ， 已有 用 类液体 聚 合氯化铝净化长江水 ， 半年多 效 果 良好 。 2 不需 热源， 用 复合 法生 产聚台 氯化 铝 固体 用铝酸钙柑可 以象铝灰 一样不需热 源生 产出液体 聚合氯化铝 ， 若要加工成固体 按现 有 方法 为 喷雾、 滚桶及浓缩法 ， 均需热源 最 好 用蒸汽 。 而有些 乡镇企业条件较差 要求 无 锅炉也能生产固体产品。我们根 据上述料液 含 多量氯 化 钙及 一次溶 出盐基 度 较 高的 特 点 经 多次试验完成 ， 即将液体聚合氯化铝 在 常 温不 断搅 拌 下 添 加少量 固化剂 ， 即成 浆 状 ， 再经 数小 时熟化就成膏 状固体 ，

15、 可以作为 产 品出售 ( 国 内未 见报 道) ， 若再 晾晒或烘干 后就是粉粒 状固体 。小试数据如表 5 。 表 5不需外加热产品质 量 项 目 AI 2 0 3 ( ) 盐基度 ( ) 液体聚台氯化铝 1 0 4 8 5 5 6 膏状 固体 2 7 7 8 3 O 粉鞋状 固体( 烘 干) 2 3 2 8 5 0 虽然 固体 产品的氧化 铝含 茸较 低 ( 以铝 酸钙粉为原料 即使用滚桶干燥法 ， 有效含量 也很 难超 过 2 5 ) ， 但 因整 个 固化 过程都 在 太高温度 F 进行 ， 故能保持液体的聚合度 ， 混凝效果 良好 。 根据试验 结果 我 们已设 计 _r年产 l

16、0 0 0 吨复合 法生产 固体聚合氯化 铝车 间， 工 艺流 程 如 图 1 。 其 中对烘炉 的加热可烧煤 或利 用余热 ， 也可 日晒 但有效含量稍 低些 渣泥可回收利 用 ， 稍经加工后每吨( 干料 ) 可售 2 0 0余元 。 3 以铝灰 为主 要酸溶原料 ， 用铝酸钙粉 调盐基度 及进 一 步提 高氧化铝含量 铝 灰酸 溶一 步 法 为 以往 许多 小 厂所采 用 该法设备 少 ， 流程短 ， 不需热源 ， 但因料液 太稠 ， 沉降分 离因难 ， 使添加的脱重 金属助荆 等也 难完全 反应 ， 故 成品 中水 不溶物 和重金 属 等杂质多 ， 质量差 不宜作饮用水的净化 ， 价 格

17、也下浮 。 改为两步法 ， 即先 以铝 灰酸溶法生 产低盐基度的半成品 ， 再加入少量铝酸钙粉 ， 维普资讯 占 无机盐工业 铝酸钙糊 盐酸 图 l复合 法I 艺流程图 在常压及 高于 5 0 C下 二次反应 ， 容易沉降分 离 ， 可得 到质量高 的聚合氯化铝液体成 品。 表 6为 同一 铝 灰 不 同工 艺 生产 的 产 品质 量 比 较 。 表 6不同I 艺路线产品质 量 生 产 工艺 外 观 A I 2 O s ( ) 盐基度 ( ) 重金属 e b ) ( p p m) 氨氨( H ) ( p p m) 水不溶物( ) 灰榀色， 有较 _ 铝=扼酸溶 一 步法 l 2 1 0 7 0

18、 2 l 5 6 2 1 0 3 多 悬浮物 铝灰酸溶半成品 黄色清亮 9 5 6 2 6 3 1 3 2 2 9 无 加铝酸钙粉二 淡黄色 基本无 1 2 8 5 6 9 5 2 6 2 4 1 次酸溶液 悬萍物 由此液体加工 成固体产 品呈淡黄 色 ， 不 同于以铝灰酸溶 一步法 的灰 白色 外观及 内 在质量均优于老法 ， 售价可以提高 。 此法虽 比 前 者耗 能稍 多 但 因一步法 中后期 加入的铝 灰溶 出率低 ， 而 两步法 中为铝酸钙粉所代替 ， 故铝灰 的溶 出率可提高约 l 0 。 ( 上接 幂 34兑) 碱 液 代 替硫 化碱 处理母液工 艺和板 至过滤 设备 。 这 种塑料管微孔很小 ， 能透过液体 而有 效地 滤除微 小颗 粒杂 质 ， 既可 以除去因设备 腐 蚀而 在溶液 中生成 的 ( 0 H) z ， 又可 以除 去其 它微粒和机 械杂 质 ， 对提高 小苏打 产品 质量起到 了明显作用 。改造前 我厂 生产