摘要:聚合氯化鋁作為一種新型凈水劑在廢水處理及飲用水凈化等方面的應(yīng)用越來越普遍,并以速凝等優(yōu)點(diǎn)逐漸替代了三氯化鐵和硫酸鋁,成為凈水行業(yè)的佼佼者。本文就我國目前采用的氫氧化鋁和鋁土礦、含鋁廢料等三種不同原料、不同工藝,淺談降低生產(chǎn)成本的較佳選擇。
目前上海、南京等諸多自來水廠公司均已采用聚合氯化鋁作為理想的飲用凈水劑,云南昆明冶煉廠多年來一直采用聚合氯化鋁治理其含鉛廢水,一些礦山也紛紛選用聚合氯化鋁來處理選礦廢水。另外,聚合氯化鋁還可以做脫模劑等用于其它工業(yè)用途。由于聚合氯化鋁的用途不斷擴(kuò)大,而且需求量很大,因此聚合氯化鋁廠家也隨即不斷增加。由于各生產(chǎn)廠家所使用的原料不同、生產(chǎn)流程不同,因而其質(zhì)量、工藝參數(shù)、生產(chǎn)成本亦不同。本文就國內(nèi)的幾家典型的聚合氯化鋁生產(chǎn)工藝淺析如下。
一、氫氧化鋁為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁
用氫氧化鋁為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁有很多方法,如凝膠法、氣法、活化法和加壓溶出法等生產(chǎn)工藝,但使用較廣泛的是加壓溶出法。
1、氫氧化鋁加壓溶出法
聚合氯化鋁生產(chǎn)系采用氫氧化鋁和鹽酸按一定比例加入高壓釜,在高溫高壓下,一步產(chǎn)出液體聚合氯化鋁,故又稱為一步法生產(chǎn)流程。經(jīng)固化后產(chǎn)品為固體聚合氯化鋁。
2、工藝特點(diǎn)
鹽酸和氫氧化鋁在150-157℃、0.27-0.34MPa/cm2條件下,一次反應(yīng)產(chǎn)出液體聚合氯化鋁。產(chǎn)品中雜質(zhì)含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本給水協(xié)會J-W-WAK114-74的標(biāo)準(zhǔn)。此工藝生產(chǎn)的固體聚合氯化鋁Al2O3含量約為30% ,鹽基度為52%-57%,若需要進(jìn)一步提高產(chǎn)品鹽基度,本工藝難以實(shí)現(xiàn),需要從改革工藝入手,即增加調(diào)堿或調(diào)凝膠氫氧化鋁等工序。
本工藝流程短、投資少、上馬快、雜質(zhì)含量低,但原料的供應(yīng)比較緊張,價(jià)格昂貴,生產(chǎn)成本偏高。
二、用鋁土礦生產(chǎn)聚合氯化鋁
以鋁土礦代替氫氧化鋁生產(chǎn)聚合氯化鋁具有廣闊的前途,目前主要有以下四種典型生產(chǎn)工藝。
1、氫氧化鋁凝膠溶浸法
此工藝以硫酸與鋁土礦輕燒料反應(yīng)生成硫酸鋁,再用堿中和生成凝膠氫氧化鋁。凝膠氫氧化鋁用鹽酸溶浸生產(chǎn)出液體聚合氯化鋁,再進(jìn)行固化。
其工藝特點(diǎn)是:經(jīng)過硫酸、鹽酸兩段浸出、過濾,產(chǎn)品雜質(zhì)含量低,且反應(yīng)能在常壓下進(jìn)行,設(shè)備簡單、投資較少、操作較方便,由于凝膠氫氧化鋁具有較高的活性,最終產(chǎn)品中的Al2O3含量及鹽基度均較為理想,但其調(diào)整不如其它工藝方便。產(chǎn)品中有少量殘留的硫酸根離子,即有多價(jià)陰離子存在,使其聚合度增加,凈水效果大幅度提高,此工藝耗酸較多,生產(chǎn)成本偏高。
2、熱能脫氧法生產(chǎn)流程
此工藝是先將原料轉(zhuǎn)變成AlCl3,再采取熱能脫氧生產(chǎn)聚合氯化鋁。其工藝特點(diǎn)是:
①此工藝首先要將鋁土礦中的Al2O3轉(zhuǎn)變成AlCl3,因此,在反應(yīng)中要控制較高的配比(2:1左右)。
②利用回轉(zhuǎn)窯熱能脫氧,并根據(jù)脫氧量的多少調(diào)整鹽基度的高低。控制回轉(zhuǎn)窯的溫度和物料在窯內(nèi)的停留時間來控制脫氧量。一般控制窯溫為200℃,停留時間為30分鐘,即可使產(chǎn)品的鹽基度提高到70%左右。
③此工藝除浸出外還需蒸發(fā)、過濾、熱解、聚合及氯氣回收等工序,設(shè)備多、投資大,而且工藝復(fù)雜。熱解產(chǎn)出的氯氣回收工藝需旋風(fēng)分離、冷卻塔、兩級吸收塔等設(shè)備、設(shè)備易腐蝕。
④流程長、操作人員多、能耗及原料消耗高,以及設(shè)備折舊、管理費(fèi)用多、成本較高。
3、氫氧化鋁凝膠調(diào)整法
該生產(chǎn)方法是首先產(chǎn)出低鹽基度的聚合氯化鋁,再用凝膠氫氧化鋁來調(diào)整其鹽基度,使之達(dá)到用戶的要求。工藝特點(diǎn)是:
①根據(jù)用戶要求很方便地調(diào)節(jié)Al2O3含量和鹽基度的高低,可以產(chǎn)出達(dá)到出口要求的30%-35%Al2O3、鹽基度≥70%的標(biāo)準(zhǔn)。
②在用氨水中和過程中副產(chǎn)氯化銨化肥,降低生產(chǎn)成本。
③生產(chǎn)的液體聚合氯化鋁粘度大,有利于固化。
④工藝操作較為復(fù)雜。
4、用堿直接調(diào)整法
此流程為鹽酸一步浸出并加堿調(diào)整鹽基度的生產(chǎn)工藝。工藝特點(diǎn)是:
將鹽酸與鋁土礦輕燒料按比例裝入高壓釜后,在壓力為0.2MPa/cm2、溫度為130℃條件下,一次產(chǎn)出的低鹽基度浸出液,經(jīng)半小時沉降后,利用上清液本身的50-60℃的余熱,并加入CaCO3調(diào)整鹽基度。
此工藝是鋁土礦生產(chǎn)工藝中流程較簡單、投資較少、上馬快的產(chǎn)品,深受用戶歡迎,而且生產(chǎn)成本低、具有強(qiáng)有力的競爭能力。
三、用鋁灰、鋁屑、含鋁廢料生產(chǎn)聚合氯化鋁
用各種含鋁廢料生產(chǎn)聚合氯化鋁的方法也很多,具有代表性的有鋁灰中和法與鋁灰酸溶法。
1、鋁灰中和法
將鹽酸和燒堿分別和鋁灰反應(yīng)制備出三氯化鋁和鋁酸鈉,然后再合成聚合氯化鋁。
工藝特點(diǎn):利用鋁的兩性,即在堿性范圍內(nèi)鋁以負(fù)的鹽離子存在,在酸性范圍內(nèi)以正鋁離子形態(tài)存在,同時,鋁鹽和鋁鹽酸在水溶液中都能發(fā)生水解,生成氫氧化鋁沉淀。若將三氯化鋁和鹽酸鈉按一定比例配入合成,即可得到符合質(zhì)量要求的聚合氯化鋁。
2、鋁灰酸溶法
將鋁灰和鹽酸按一定比例配入,一次直接產(chǎn)出液體聚合氯化鋁。
工藝特點(diǎn):鋁灰在鹽酸作用下,形成較穩(wěn)定的單核金屬絡(luò)合物[Al(OH2)6]3+,隨著Al3+不斷溶出,pH值逐步提高,OH-濃度上升,配位水發(fā)生水解。當(dāng)pH值繼續(xù)升高到4.0以后,兩個OH-之間發(fā)生縮聚反應(yīng),生成聚合多核絡(luò)合物,即聚合氯化鋁。
此工藝簡單、設(shè)備投資少、上馬快,并且設(shè)備簡單、維修費(fèi)少、操作簡便、生產(chǎn)成本低、回收投資快,同時,本工藝以含鋁廢料為原料,即本身為三廢治理項(xiàng)目,生產(chǎn)出的聚合氯化鋁又可處理廢水,達(dá)到以廢治廢的目的。
四、結(jié)束語
以氫氧化鋁為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁存在著原料供應(yīng)緊缺,原料昂貴等問題,在用鋁土礦為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁的諸多工藝流程中,以加堿直接調(diào)整法較簡單、成本較低;以氫氧化鋁凝膠調(diào)整法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量較好,可以達(dá)到出口之目的。用鋁灰、鋁屑、含鋁廢料生產(chǎn)聚合氯化鋁是變廢為寶,消除污染,綜合利用一舉三得,尤其是鋁灰酸溶法,投資少、設(shè)備簡單、生產(chǎn)成本低,很具競爭力。因此,這三種工藝代表了聚合氯化鋁的發(fā)展方向。