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聚合氯化铝的生产制备方法

2018-10-10 00:00:00    来源:http://www.bahveaoyou.com    点击:3495    喜欢:0

  聚合氯化铝的制备方法分以下几类

    1.铝矾土生产聚合氯化铝

    以铝土矿为原料制备聚合氯化铝的生产方法较复杂,由于这些矿物中的铝一般不能直接被酸溶出,必须经过一系列加工处理之后才能呢个使铝溶出。按铝的溶出方式可分为酸法和碱法。酸法适用于粘土矿、煤矸石、高岭土、一水软铝石、三水铝石等矿物原料。

    用铝矾土加铝酸钙粉酸溶两步法生产工艺是中国目前采用最广泛的方法。铝矾土是铝硅酸盐类矿物,按结构含水状况一般分为三水铝石(Al2O3·3H2O),一水软铝石(γ-Al2O3·H2O)和一水硬铝石(α-Al2O3·H2O),提取铝的难度一次递增。

    我国三水铝石的富矿较少,生产混凝剂的铝矾土原料多为一水软铝石。工艺流程是以一水软铝石为原料,将矿石粉碎磨细后在沸腾炉中以650-800℃焙烧,把熟矿粉在反应罐中加温加压溶出铝液,溶出时可采用不足量酸分段溶出,可加入氢氟酸提高溶出率。然后在以铝酸钙提高盐基度。分段溶出时灌内温度为120-130℃,压力为2.0-2.2㎏/㎝2,Al2O3大圣棋牌的溶出率为90%以上。

    工艺流程如图1:

聚合氯化铝的生产制备方法

    该方法生产的产品盐基度在60%-90%,氧化铝质量分数为25%-31%,该方法溶解时间短,溶出率高,但是没有在常压下生产的产量高。

    也可以利用铝矾土生产铝酸钙后,直接用盐酸和铝酸钙一步法生产聚合氯化铝的工艺。用高品位铝矾土与石灰石经破碎、烘干、球磨、制坯、煅烧、粉磨后,生产出Al2O3含量较高且Al2O3活性较强的铝酸钙粉,可直接用于生产聚合氯化铝等净水剂。然后用盐酸处理该铝酸钙,获得相应的铝盐。在该溶出过程中,铝酸钙中其他杂志,如Ca、Si、Fe、Ti、Mg等也会部分溶出。在控制盐酸用量的前提下,反映过程中可直接获取碱式氯化铝,并伴有碱式氯化铁生成。其主要反应可简单表示为:

    CaO·Al2O3+3HCl=Al2(OH)nCl6-n+CaCl2+2H2O

    当溶出反应进展到一定程度,且PH值较为适当的时候,碱式氯化铝相邻两个羟基就会发生架桥作用而聚合和或自聚,并最终转化为聚合氯化铝。对应的反应式如下:

    mAl2(OH)nCl6-n=[Al2(OH)nCl6-n]m

    另外,一水硬铝石(α-Al2O3·H2O)或其它含铝矿物难溶于酸,可采用碱法制备聚合氯化铝。用碳酸钠、石灰制得铝酸钠,再分解制得凝胶氢氧化铝,用凝胶法制得聚合氯化铝。

    工艺流程如图2:

聚合氯化铝的生产制备方法

    对粒度的要求为100μm 者占95%以上,焙烧温度以860℃为宜,偏差不能超过±10℃。若温度太低,氧化铝以γ-Al2O3的形存在,可溶于碱,不能达到化学选矿的要求;温度过高,则会生成多铝红柱石,从而损失氧化铝。加碱溶出时需要260-280℃的高温,这时铝以铝酸钠的形式进入溶液。为得到凝胶氢氧化铝,应向铝酸钠溶液中通入二氧化碳,加入盐酸,使凝胶氢氧化铝溶解,升温聚合便可制的液态聚合氯化铝。

    2.高岭土生产聚合氯化铝

    我国高岭土的蕴藏量十分丰富,分布几乎遍及全国。但在我国丰富的高岭土资源中,品味较低的劣质高岭土占有相当大的比例,因此利用率很低,研究以高岭土为原料制备PAC的工艺,可扩大高岭土应用的新途径,寻找成本低廉的PAC原料替代品,具有较好的应用前景。

    高岭土是一种白色的或具有各种色调的粘土类岩石,主要有2μm 左右的微小片状或管状高岭石族矿物晶体组成,其主要成分是(Al2O3·SiO2·2H2大圣棋牌O)。用高岭土制取聚合氯化铝成本低廉,但生产方法相对较复杂。但是其废渣可作为高活性的高硅材料,也可作为优良的涂料及板材制品填料。因此,高岭土石一种廉价且附加值较高的制备聚合氯化铝的原料。

    目前,用高岭土制备聚合氯化铝(PAC)的方法大多数是采用酸溶两步法,即将高岭土焙烧后用一定浓度的盐酸将其中的铝浸出,调整浸出液的盐基度,制得聚合氯化铝液体产品。这种制备工艺虽然较为简单,易于操作,但是,铝的浸出率并不十分理想,因此,在常规工艺中的焙烧环节之前,先用盐酸对高岭土进行预处理有利于提高铝的浸出率。

    工艺流程如图3:

聚合氯化铝的生产制备方法

    用高岭土制备聚合氯化铝(PAC)的工艺要考虑的因素很多,包括预处理比例、反应温度、反应时间、反应压力等、预处理时,将盐酸按比例与高岭土混合,将其烘干。然后将高岭土磨粉至80目,将磨好的粉矿粉与盐酸定比例配比,在不断搅拌的条件下分别投入反应釜内,温度控制在140-150℃,压力在0.4-0.5MPa下,反应1.5-2h,再加入铝酸钙调节盐基度,最后得到液体产品。

    工业三氯化铝废水和高岭土为原料制备净水剂聚合氯化铝的新工艺,在反应过程中引入了微波反应,利用微波能热解,大大提高了反应效率,促进废水中的盐酸更多地溶解高岭土中的铝,使之聚合成PAC,简化了工艺流程,缩短了热解时间,且制得的PAC聚合度高。

    3.氢氧化铝酸溶法

    氢氧化铝酸溶法是以氢氧化铝为原料,国内和国外都普遍采用的一种工艺。氢氧化铝纯度高,生产的产品重金属含量很低,但由于氢氧化铝酸溶性比较差,因此一般在反应釜中采用加温加压的方法溶出铝液,经分离熟化后即可得到聚合氯化铝产品,还可以在反应釜中加压加热,这样可以使氢氧化铝中铝的溶出率达到90%以上。这种工艺相对比较简单,但是所得产品的盐基度偏低,在40%左右。基本反应式为:

    Al(OH)3+HCl=Al(OH)2Cl+H2O

    Al(OH)2Cl+HCl=Al2(OH)3Cl3+H2O

    Al2(OH)3Cl3→[Al2(OH)nCl6-n]m(m<10)

    为提高产品的盐基度,逐渐发展到第二步,为了不引入其它重金属杂质,一般采用在低盐基度产品中加入铝屑和铝酸钠。这样盐基度一般可提高到70%以上。

    工艺流程如图4:

聚合氯化铝的生产制备方法

    在采用铝酸钙粉调整盐基度时,可以将盐基度调的更低,这样可以加强氢氧化铝的溶解,减少不溶性氢氧化铝的量。盐酸的浓度可以控制在20%以上,酸的浓度越大,氢氧化铝的溶解性越好。在实际生产中,反应配料比为Al(OH)3∶铝酸钙矿粉=(0.6-0.9)∶1(质量比)。在常压下、于80-100℃反应3-4h,过滤即得液体产品,通过喷雾烘干或者滚筒烘干即可得到固体产品。

    该工艺的关键是碳酸化分解。分解过程中若条件控制不当,制得凝胶氢氧化铝在盐酸中溶解性不好,或即使溶解,产品的稳定性也不好。分解反应也可利用碳酸氢钠代替二氧化碳。此工艺的优点是生产条件温和,产品质量好。缺点是流程长,生产成本较高。

    4.金属铝法

    金属铝法所用原料主要是铝加工的下脚料铝屑。铝灰和铝渣等。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,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,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。酸溶法的主要反应式为:

    2Al+6H+=2AL3++3H2

    2Al3++nH2O=AL2(OH)n(6-n)++nH+

    m[AL2(OH)n(6-n)+]=[AL2(OH)n]mm(6-n)+

    该法原料来源极为有限,生产过程会产生大量氢气和热量,氢气连同氯化氢、水蒸汽、粉尘等四处弥漫,控制不当有引起爆炸的危险,故操作环境恶劣,安全性较差,常见于一些小规模露天生产、手工操作的企业。

    近年来,研究开发了利用废铝箔包装材料生产聚合氯化铝的新技术。该技术既能充分回收利用其中的铝,又可回收利用其中的纸、塑料,具有一定的经济效益和良好的社会效益。

    5、煤矸石综合利用法

    煤矸石是采煤过程中产生的废矿石,是含碳物和岩石的混合物,主要成分是硅铝酸盐类矿物,焙烧后的成分中一般含有SiO2约50%-60%,Al2O3约20%-40%,Fe2O3约3%-5%。煤矸石在煤矿生产中的排弃量很大,可以达到原煤产量的百分之几十,堆积成矸石山,自然后会产生含硫烟气,雨水冲刷排出硫酸性废水,对环境的污染十分严重。

    煤矸石综合利用的主要产品中三氯化铝,三氯化铝转化为聚合氯化铝自然成为一种可行的选择。

    主要工艺流程如图5:

图5煤矸石生产聚合氯化铝工艺

    虽然我国煤矸石资源广泛,但是这一工艺与采用铝矾土为原料相比成本较高,因此生产受到一定限制。

    6.结晶氯化铝制备聚合氯化铝

大圣棋牌    利用结晶氯化铝生产聚合氯化铝的工艺几年前就已经在使用,氯化铝的生产工艺与铝矾土-铝酸钙两步法的生产工艺相同,只是增加了一个浓缩。若直接以结晶氯化铝为原料,也可采用沸腾热解法制得固体PAC。结晶氯化铝在一定温度下热解,分解出氯化氢和水,聚合变成粉状产物。这种方法目前很少使用,因为结晶氯化铝可以直接与铝酸钙反应,这样更节省原料和能源,也不会产生污染。方法是将结晶氯化铝在加热条件下与铝酸钙反应,可以制得盐基度80%-90%的产品。反应式为:

    AlCl3·χH2O+Ca[Al(OH)4]2→Al(OH)mCl3n-m+H2O+CaCl2

    每吨结晶氯化铝一般可以制备5吨10%Al2O3的聚合氯化铝。

    7.聚合氯化铝的其它制备方法

    利用废分子筛制备聚合氯化铝。由于分子筛催化剂的主要化学成分为活性Al2O3,SiO2。经分析Al2O3含量大约为40%-50%,SiO2大圣棋牌在30%-35%。使用一段时间后废弃的分子筛催化剂催化能力降低,但主要含量没有多大的改变。

    原电池法工艺制备聚合氯化铝是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电化学原理,金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆桶形反应室的底部置入用铜或不锈钢等制成的金属筛网作为阴极,倒入的铝作为阳极,加入盐酸进行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅拌,大大节约能耗。但是目前大批量生产仍然采用反应釜或者反应池。

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