KC020-1 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY
毕业论文
题目聚合氯化铝生产工艺试验研究
二级学院（直属学部）：理学院
专业：化学工程与工艺班级：
学生姓名：学号：
指导教师姓职称：讲师
评阅教师姓名：职称：
2014年6月
摘要
聚合氯化铝又称碱式氯化铝，简称PAC，其化学通式为[Al2(OH)n Cl6-n],是一种无机高分子的高价聚合电解质混凝剂，是介于三氯化铝和氢氧化铝之间的水解产物，该产品有较强的架桥吸咐性能，在水解过程中，伴随发生多羟基凝聚，吸附和沉淀等物理化学过程。本研究以铝灰和盐酸为原料，用一步酸溶法制备聚合氯化铝，探讨了投料比、加水量、盐酸浓度、反应时间、反应温度等对聚合氯化铝产品的影响，以及所制聚合氯化铝对废水的处理效果。
关键词铝灰酸溶聚合氯化铝净化
Abstract
The PAC also known as basic aluminum chloride, referred to as the PAC, the chemical formula for the[Al2(OH)n Cl6-n], is an inorganic high polymer electrolyte polymer coagulation agent, is between Aluminum chloride and aluminum hydroxide hydrolysis products between the product has a strong bridge adsorption properties, in the hydrolysis process, with many hydroxyl condensation occurs, adsorption and precipitation of other physical and chemical processes. Introduced to the aluminum dust and hydrochloric acid as raw material, aluminum chloride prepared by step method of acid. Discussed the feed ratio, amount of water, hydrochloric acid concentration, reaction time and reaction temperature on the impact of PAC products, which had been obtained in the PAC on the effect of wastewater treatment. Keywords: aluminum gray ; acid soluble;PAC;purification
目录
摘要..................................................................................................................................I Abstract: ...........................................................................................................................II 1引言 (2)
1.1聚合氯化铝简介 (2)
1.2聚合氯化铝的基本性质 (2)
1.3聚合氯化铝的的特点 (3)
1.4 聚合氯化铝的净水作用机理和应用领域 (3)
2聚合氯化铝工艺方法简介 (5)
2.1生产原料简介 (5)
2.2生产方法简介 (5)
2.2.1 铝屑、铝灰、铝渣为原料 (5)
2.2.2 氢氧化铝为原料 (6)
2.2.3氯化铝为原料 (6)
2.3 铝灰成分分析 (7)
3 实验部分 (9)
3.1 主要实验药品和仪器 (9)
3.2 聚合氯化铝的制备和测定 (9)
3.2.1 制备 (9)
3.2.2 硅铝镁的测定 (10)
3.3 铝灰制备聚合氯化铝 (10)
4 实验数据处理与讨论 (11)
4.1 投料比[铝灰量（g）/HCl(mL)]影响 (11)
4.2 水浴温度对氧化铝浸出率影响 (11)
4.3 水浴时间对氧化铝浸出率影响 (11)
4.4 加水量影响 (11)
4.5 盐酸浓度影响 (11)
4.6 产品盐基度调整 (12)
4.7 产品处理污水效果评价 (13)
5 结论 (14)
致谢 (15)
参考文献 (16)
1引言
1.1聚合氯化铝简介
聚合氯化铝（Polyaluminium Crforide) 简称PAC，通常也称作碱式氯化铝或混凝剂等。聚合氯化铝是介于AlCl3与Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，化学通式为[Al2(OH)n Cl6-n]m，其中m代表聚合程度，n表示PAC产品的中性程度。聚合氯化铝具有混凝力强，用量少，净水效率高，适应能力强的特点，是目前世界上技术成熟、市场销量大的絮凝剂[1]。聚合氯化铝呈黄色、深褐色、深灰色树脂状固体。聚合氯化铝有较强的架桥吸附性能，在水解过程中，伴随发生凝聚、吸附和沉淀等物理化学过程。
1.2聚合氯化铝的基本性质
聚合氯化铝的外观性质与盐基度、制造方法、杂质成分以及含量有关。纯液体聚合氯化铝，盐基度在40%～60%范围内时，为淡黄色透明液体，在60%以上时，逐步变为无色透明液体。固聚合氯化铝，盐基度在30%以下时为晶状体，在30%～60%范围内时为胶状物，在60%以上时逐渐变为玻璃体或树脂状。而用铝土或黏土矿制造的聚合氯化铝色泽为黄色至褐色透明液体。
聚合氯化铝味酸涩，加温至110℃以上时，发生分解，陆续放出氯化氢气体，最后分解为氧化铝。它能与酸发生解聚反应，使聚合度和盐基度降低，最后变为正铝盐。其易溶于水，并发生水解生成[Al(OH)3(OH2)3]，沉淀水解过程中伴随有电化学、凝聚、吸附、沉淀等物理化学过程。
聚合氯化铝在常温下化学性质稳定，久贮不变质，固体裸露易吸潮，但不变质，无毒无害。其适应水的范围比较广泛，pH值为4～14的水均可以发挥作用，但最佳处理范围pH值为6～8。聚合氯化铝具有处理水体适应能力强，反应快、耗药少、制水成本低，矾花大、沉降快，滤性好的优点，可提高设备的利用率。它与传统无机混凝剂的根本区别在于传统无机混凝剂为低分子结晶盐，而聚合氯化铝的结构由形态多变的多元羟基络合物组成，为无定形的无机高分子，因而聚合氯化铝表现出许多不同于传统混凝剂的特异混凝功能。
聚合氯化铝的理化性质（见表1-1）：
表1-1 聚合氯化铝理化性质
分析项目分析结果分析项目分析结果
Al
2O
3
/% ≥27pH值（1%水溶液） 3.5～5.5
盐基度/% 45～95 水不溶物（1%水溶液）≤2
1.3聚合氯化铝的的特点
聚合氯化铝的溶解性优于硫酸铝，pH范围于5.0～9.0的源水均可凝聚，且处理水中盐分增加少，有利于离子交换处理和高纯制水。在温度方面，它对源水温度的适应性优于硫酸铝等无机混凝剂。聚合氯化铝净化后的水质优于硫酸铝混凝剂，净水成本与之相比低15%～30％。在效果方面，它形成快、沉降速度快，比硫酸铝等传统产品处理能力大，耗水中碱度低于各种无机混凝剂，因而可不投或少投碱剂。对设备腐蚀性小，操作条件好。
1.4 聚合氯化铝的净水作用机理和应用领域
聚（合）氯化铝是一种无机高分子混凝剂，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而产生的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂，其分子式如下：[Al2(OH)n Cl6-n]（n为1-5.m≤10）。其混凝作用表现如下：
a、水中胶体物质的强烈电中和作用。
b、水解产物对水中悬浮物的优良架桥吸附作用。
c、对溶解性物质的选择性吸附作用。
聚合氯化铝应用范围比较广泛，主要应用于以下领域：
城市给排水净化：河流水、水库水、地下水工业给水净化、城市污水处理、工业废水和废渣中有用物质的回收、促进洗煤废水中煤粉的沉降、淀粉制造业中淀粉的回收。
各种工业废水处理：印染废水、皮革废水、含氟废水、重金属废水、含油废水、造纸废水、洗煤废水、矿山废水、酿造废水、冶金废水、肉类加工废水、污水处理、造纸施胶、糖液精制、铸造成型、布匹防皱、催化剂载体、医药精制、水泥速凝、化妆品原料。
碱式氯化铝能除菌、除臭、脱色，除氟、铝、铬、酚，除油、除浊、除重金属盐、除放射性污染物质，在净化各种水时具有广泛的运用，如用
于生活污水；净化工业用水，工业废水，矿山、油田回注水，净化造纸、冶金、医药、洗煤、皮革及各种化工废水处理等。
PAC以其优良的性能、宽适用范围、低成本而得到广泛的应用。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的性能。为了取长补短，人们对PAC做了许多改进研究。第一，在PAC生产中引入一种或更多的阴离子及阳离子，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，共聚生成的新型高聚物兼有无机、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，从而形成新生代的高效混凝剂，这是PAC领域的重要课题之一。
目前PAC是世界上技术成熟、市场销量大的絮凝剂，已有逐步取代传统絮凝剂的趋势。西欧各国于1976年开始生产PAC作水处理絮凝剂。美国加拿大已于1983年批准PAC用于城市给水和工业废水处理。随着PAC取代明矾，美国PAC市场有望在造纸业和市政水处理业上增长，这种改变已发生在欧洲和日本。目前，国内工业用水、城市用水、污水处理需求絮凝剂达1000kt/a，这给PAC的生产开发拓展了广阔的市场空间，加之国内聚合氯化铝生产设备投资和成本远远低于国外，产品在国际市场有较大竞争优势。
2聚合氯化铝工艺方法简介
2.1生产原料简介
生产聚合氯化铝的原料主要有两大类：一类是含铝矿物，包括铝土矿(三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石)、粘土、高岭土、明矾石等；另一类是其它含铝原料，包括金属铝、废铝屑、灰铝、氢氧化铝、三氯化铝、煤矸石、粉煤灰等。只有以铝锭、铝屑、氢氧化铝为原料和以硫酸铝，二氯化铝为原料才能生产出较纯的聚合氯化铝产品。
我国生产聚合氯化铝所采用原料主要为自身、可利用的矿物资源。如以铝灰为原料。由于铝灰原料成本低廉，生产工艺简练，于七十年代在我国迅速普及。但铝灰生产的聚合氯化铝产品杂质较多，八十年代后已不再用于自来水的净化。八十年代初，聚合氯化铝的生产原料主要采用粘土矿、高岭土矿和铝土矿生产出聚合氯化铝产品，除铁以外，其它的指标可达到国外先进水平。但由于渣量较大，外观较差，加上我国铝业的迅速发展，九十年代初，我国聚合氯化铝生产所用原料已逐步转向氢氧化铝。此外，也有部分生产厂使用氯化铝和金属铝等为原料。由于国内合成盐酸含铁量高于日本等国，所以生产出的聚合氯化铝外观色泽偏黄。
2.2生产方法简介
聚合氯化铝的制法很多，按生产工艺可分为酸法、碱法、中和法、热解法、加压反应法、混凝胶、电渗析法、电解法等。固体PAC是将液体PAC用喷雾干燥或滚筒干燥得到的，喷雾干燥是比较理想的干燥方式，适于大规模生产，而生产规模较小的生产企业一般采用滚筒干燥法。
目前我国生产PAC的方法主要有金属铝(包括铝灰、铅渣)法、氢氧化铝法、三氧化二铝(包括铝矾土、煤矸石等)法、氯化铝法等。
2.2.1 铝屑、铝灰、铝渣为原料
⑴酸溶一步法
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后，放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重金属含量容易超标，产品质量不稳定 [2]。
⑵碱溶法
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业化生产成本较大[3]。
⑶中和法
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应，分别制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和，即制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶物杂质较少，但成本较高。必须先用盐酸与铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后，再把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中与其反应，得到聚合氯化铝液体产品，干燥后可得到固体产品。
2.2.2 氢氧化铝为原料
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故酸溶过程需加温加压。此法生产出的产品盐基度不高，通常在30％～50％范围内，为提高盐基度，可以如投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、氢氧化铝凝胶和石灰等。此法生产出的产品杂质较少，但生产成本较高，制得产品多用于饮用水。氢氧化铝酸溶法，以纯铝板为除铁剂，可制备出高纯聚合氯化铝[4]，其氢氧化铝原料的消耗量见表2-1：
表2-1 以氢氧化铝为原料的消耗定额
原料消耗量(t/t PAC)
氢氧化铝0.165
盐酸（HCl 35%）0.315
2.2.3氯化铝为原料
⑴沸腾热解法
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料后，加一定量水搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚合氯化铝固体产品。
⑵加碱法
先配制一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下强烈搅拌，同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产品Al 的质量分数可达80％以上[5]。
⑶电解法
通常以铝板为阳极，以不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。利用此法可制得碱化度高、Al含量高的聚合氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，用对氢过电位更低的金属铜作阴极，可提高耐腐蚀性和导电性。用特制的倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解过程中的极化现象。以结晶氯化铝为原料制备聚合氯化铝的原料消耗定额见表2-2：
表2-2 以结晶氯化铝为原料的消耗定额
原料消耗量(t/t)
结晶氯化铝 1.25
煤 1.5
电(kW·h) 400
2.3 铝灰成分分析
一、相对密度测定(密度计法)
仪器和设备如下：①密度计：分度值为0.001;
②恒温水浴：可控温度20士1℃;
③温度计：分度值为1℃;
③量筒：250或500 mL。
二、氧化铝(A12O3)含量测定
试剂和材料：①硝酸(GB/T 626)：1+12溶液;
②乙二胺四乙酸二钠(GB/R1401)：(EDTA)约0.05 mol/L溶液。
③乙酸钠缓冲溶液：称取272g乙酸钠(GB/T 693)溶上水，稀
释至1000mL，摇匀。
④氟化钾(GB/T 1271)：500g/L溶液贮于塑料瓶中。
⑤硝酸银(GB/T 670)：1g /L溶液。
⑥氯化锌：一(ZnCl2)一0.0200 mol/L标准滴定溶液。
⑦二甲酚橙：5 g/L溶液。
称取1.3080g高纯锌(纯度99.99 %以上).精确至0.0002g 代于100 mL烧杯中加入6-7mL盐酸(GB/T 622)及少量水，加热溶解。在水浴上蒸发到接近干涸后加水溶解，移入1000 ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。
三、盐基度测定
试剂和材料：①盐酸(GB/T 622)：c(HCl)约0.5 mol/L溶液
②氢氧化钠(GB/T 629);c(NaOH)约0. 5 mol/L一标准滴定溶液;
③酚酞(GB/T 10729)：10g /L乙醇溶液：
④氟化钾(GB/T 1271)：500 g/L溶液。
称取500 g 氟化钾，以200 mL不含二氧化碳的蒸馏水溶解后，稀释1000 m L。加入2 mL酚酞用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调节溶液呈微红色，滤去不溶物后贮于于塑料瓶中。
四、水不溶物含量测定
仪器、设备：
电热恒温干燥箱：10~200℃
五、pH测定
试剂和材料
①pH等于4.00的邻苯二甲酸氢钾(GB6857)pH值标准溶液;
②pH等于9.18的四硼酸钠(GB6856)pH值标准溶液;
仪器、设备
①酸度计：精度0.1pH;
②玻璃电极;
③甘汞电极。
3 实验部分
3.1 主要实验药品和仪器
表3-1 主要药品
名称含量等级生产商
盐酸36%～38% 分析纯上海苏懿化学试剂厂氢氧化钠98.0% 优级纯上海苏懿化学试剂厂铝灰彭城电厂
氧化钙天津永大化学试剂开发中心各种测量范围的pH试纸天津永大化学试剂开发中心氯化钠晶体天津永大化学试剂开发中心
表3-2 主要仪器
名称型号生产商
电子万用炉北京市光明医疗仪器厂
循环水式多用真空泵SHB-Ⅲ郑州长城科工贸有限公司
恒温电磁加热搅拌器CL-4
三口烧瓶250mL
烧杯250mL
烧杯100mL
球形冷凝管
温度计150℃
量筒50mL
玻璃棒
胶头滴管
铝锅
3.2 聚合氯化铝的制备和测定
3.2.1 制备
聚合氯化铝的制法很多，按生产工艺可分为酸法、碱法、中和法、热解法、加压反应法、混凝胶、电渗析法、电解法等。
3.2.2 硅铝镁的测定
加盐酸溶解铝灰，过滤称量不溶物，该不溶物就是二氧化硅， 以PAN 为指示剂的铜盐回滴法，利用指示剂颜色的变化进行测定(结果见表3-3)。
表3-3 铝灰含量表
成分 二氧化硅
三氧化二铝
三氧化二铁
其它 百分比
9
84
1
6
3.3 铝灰制备聚合氯化铝
过筛（100目）的铝灰。用水洗的方法除去水溶性的盐类，以降低盐酸耗量，处理后的铝灰含氧化铝为85%左右。然后分别将10%、20%和30%的盐酸与一定量的水放入反应器内，搅拌，并用水浴加热温度控制在96℃。
称取10g 铝灰，逐步加入盐酸溶液中，由于反应剧烈，放热量大，应不断搅拌并随时补加水，最终盐酸用量控制为100 mL ，反应时间控制在6～12h ，反应温度85℃ ，反应结束后加入一定量的水稀释物料，调节pH=3.5～4.5，且加入氧化钙调节盐基度，陈化15-24h 得液体产品。盐酸与铝灰的反应为：
2Al+(6-n)HCl+nH 2O=Al 2(OH)n Cl 6-n +3H 2↑
n Al+(6-n)AlCl 3+3nH 2O=3Al 2(OH)n Cl 6-n + 1.5nH 2↑
反应中铝的溶出、产物的水解和水解产物的聚合是交叉进行的。液体聚台氯化铝制备流程见图l
固1液体聚合氯化铝制备流程图：
铝灰 盐酸 ↓ ↓ → →
→
液体产品
4 实验数据处理与讨论
4.1 投料比[铝灰量（g）/HCl(mL)]影响
表4-1 投料比[铝灰量（g）/HCl(mL)]影响
4.2 水浴温度对氧化铝浸出率影响
在确定了前四个参数之后，改变水浴温度，水浴时间与熟料粒度不变。
表4-2水浴温度对氧化铝浸出率影响
水域温度/℃80 85 90 95
三氧化二铝浸出率/ % 46.3 57.2 65.2 70.0 随着水浴温度的提高，三氧化二铝的浸出率随之提高；但是，水浴温度提高，盐酸挥发过快，盐酸耗量增大，污染环境，不利于操作。所以水域温度控制在85～95℃范围内，即不影响浸出率，又便于操作。
4.3 水浴时间对氧化铝浸出率影响
表4-3水浴时间对氧化铝浸出率影响
水域时间/ h 0.5 1 1.5 2
三氧化二铝浸出率/ % 50.8 59.2 61.4 66.8 由表中的数据可以看出：氧化铝浸出率随时间增加而提高，而1～2 h范围内，其浸出率提高不是很大。因此为提高设备利用率，水浴最佳时间选为l.5 h。4.4 加水量影响
反应过程中，尤其是前期反应剧烈，水分挥发损失较大，此时要及时加水补充。加水过多，则会使盐酸浓度变低，反应不宜进行，造成盐基度减小，加水量过少会造成铝灰结块，反应不完全因此加水量要适当。经实验，选用1O ml～15 ml水／10 g铝灰。
4.5 盐酸浓度影响
表4-4盐酸浓度影响
在其它因素不变的情况下，改变盐酸浓度进行实验，发现随着盐酸浓度的增加，盐基度增加，但酸的挥发量也增加，反应过于激烈，造成环境污染，操作困难。因此，综合考虑，选用20%的盐酸(将31%左右的工业盐酸稀释至20% )。
4.6 产品盐基度调整
聚合氯化铝产品中氧化铝及盐基度都要达到标准，为此常加入少量碱性物质对以上指标进行调整。为使液体聚合氯化铝中氧化铝含量大于l0%，盐基度为40～70，碱用量用下式确定：
G={(k1k0A／100)P(B-b)}／100?
K1=2.0 k0=1.1 A=11% B=70 P=0.123515 b=30 ?=0.5
G=0.0224184
式中：G——碱用量，kg；
k。——实际耗碱量与理论耗碱量之比，一般为1．05；
k1——碱与氧化铝的当量之比；
A——被调整溶液中氧化铝含量, %；
B——成品溶液的盐基度，%；
P——被调整溶液的重量，kg；
b——被调整溶液的盐基度，%；
η——碱的有效含量系数。
加入30%Na2CO3调整盐基度，得液体产品的氧化铝含量为10%以上，pH=3．5～5.0，盐基度为5O%～65%。
表4-5盐基度影响
考虑时间和经济因素，本实验采用的条件为：分解温度200 ℃，加热时间20 min。
4.7 产品处理污水效果评价
聚合氯化铝的应用领域：聚合氯化铝净水处理：生活用水、工业用水；聚合氯化铝城市污水处理；聚合氯化铝工业废水、污水、悟泥的处理及污水中某些渣质回收等；聚合氯化铝对某些处理难度大的工业污水,以PAC为母体,掺入其他药剂，调配成复合PAC，处理污水能得到惊喜的效果。聚合氯化铝性能：聚合氯化铝分子结构大，吸附能力强，用量少，处理成本低。聚合氯化铝溶解性好，活性高，在水体中凝聚形成的矾花大，沉降快，比其他无机絮凝剂净化能力大2-3倍。聚合氯化铝适应性强，受水体pH值和温度影响小，原水净化后达到国家引用水标准，处理后水质中阳、阴离子含量低，有利于离子交换处理和高纯水的制备。
表4-6污水处理效果
测试对象COD/mg·L-1SS/mg·L-1
无机污水1301 668
有机污水420 130
注：污水水温平均为25℃
本次实验，称取少量的干燥后的聚合氯化铝，先加水加热预溶，搅拌；倒入带有颜色的污水中，并不断搅拌，静置两小时后，观察现象，将出现分层现象，上层为清液，下层为絮状不溶物沉淀。
实验证明，我们研制的产品具有污水处理的絮凝效果，并且对无机污水处理效果更加理想。
5 结论
⑴通过本次实验，确定了以铝灰为原料，采用酸溶一步法制备聚合氯化铝的工艺条件。
⑵反应过程中，特别是反应前期，由于反应剧烈．水分挥发损失较大．应及时加水补充,因此加水量要适当。
⑶氧化铝浸出率随时间增加而提高，为提高设备利用率，水浴最佳时间选为
1.5h。
⑷水浴温度对氧化铝浸出率的影响:水浴温度控制在85～100℃范围内，即不影响浸出率，又便于操作。
⑸操作难易程度综合考虑，选用20%的盐酸的盐基度符合要求且盐酸挥发量小，不至于污染环境。
⑹在盐基度的调整中，加入30%Na2CO3调整盐基度，得液体产品的氧化铝含量为10%以上，pH=3.5～5.0，盐基度为5O%～65% 。
本工艺具有流程短、生产设备简单、成本低等特点．以工业废渣铝灰为原料生产聚合氯化铝对于治理环境具有重要意义。可以变废为宝，有较高的环保效益和经济效益。
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产品．在水处理中是一种高效的絮凝剂，其研发对水处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。目前利用工业生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，是非常有市场应用前景的研究领域，另外一个方向是聚合氯化铝与无机或有机高分子絮凝剂复合或复配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝剂的不足，兼具了各自单一絮凝剂的优点，适应范围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离子浓度，能明显提高絮凝效果。此外，目前国内PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产工艺，必将成为今后工业生产研究的热点。
致谢
本论文是在陈建欣老师的悉心指导和严格要求下完成的。论文从选题，资料收集，确定实验方案，实验过程，到论文的写作、修改、定稿，陈老师都倾注了大量的心血，在此论文暂告收尾之际，谨向陈老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在完成论文的整个过程中，陈老师渊博的知识、严谨的治学态度、良好的学术修养、忘我的工作精神和锐意进取的创新精神都给我留下深刻的印象，使我受益匪浅。陈老师特别注重我动手能力、科学思维能力和独立分析解决问题能力的锻炼，使我通过本次论文的撰写，不仅有机会将书本上的理论知识运用于实践，加深了对专业知识的理解，而且使我在科研能力、研究思路上都得到了一定的训练和提高。在此，向陈老师表示我崇高的敬意和衷心的感谢！
同时感谢理学院的各位老师，不仅教会我书本上的理论知识，而且教会我分析解决问题的方法。通过你们的言传身教，我深切体会到了你们严谨认真的治学态度。感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。
最后，还要衷心地感谢在百忙中审阅我的论文以及参加我论文答辩的
各位老师，由于时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！
参考文献
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工业级聚合氯化铝的生产工艺 一、原料 生产工业级聚合氯化铝PAC的原料主要有两大类： 一类是含铝矿物，包括铝土矿(三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石)、粘土、高岭土、明矾石等； 一类是其它含铝原料，包括金属铝、废铝屑、灰铝、氢氧化铝、三氯化铝、煤矸石、粉煤灰等。 只有以铝锭、铝屑、氢氧化铝为原料和以硫酸铝，二氯化铝为原料才能生产出较纯的聚合氯化铝产品。 我国生产工业级聚合氯化铝所采用原料主要为因地制宜地开发利用自身的矿物资源，生产的起步源于以铝灰作原料，由于铝灰原料成本低廉，生产工艺简练，其生产工艺七十年代在我国迅速普及。但铝灰生产的工业级聚合氯化铝产品杂质较多，八十年代后已不再用于自来水的净化。八十年代初，工业级聚合氯化铝的生产原料主要采用粘土矿、高岭土矿和铝土矿生产出的聚合氯化铝产品，除铁以外，其它的指标可达到国外先进水平。但由于渣量较大，外观较差，加上我国铝业的迅速发展，九十年代初，我国工业级聚合氯化铝生产所用原料已逐步转向氢氧化铝。此外，也有部分生产厂使用氯化铝和金属铝等为原料。 由于国内合成盐酸含铁量比较高，所以生产出的聚合氯化铝外观色泽偏黄。 二、生产工艺 工业级聚合氯化铝的制法很多，按生产工艺可分为酸法、减法、中和法、热解法、加压反应法、混凝胶法、电渗析法、电解法等。 工业级固体聚合氯化铝是将液体聚合氯化铝用喷雾干燥或滚筒干燥得到的，喷雾干燥是比较理想的干燥方式，适于大规模生产，而生产规模较小的生产企业采用滚筒干燥也是可行的。 目前我国生产工业级聚合氯化铝的方法主要有金属铝(包括铝灰、铅渣)法、活性氢氧化铝法、三氧化二铝(包括铝矾土、煤矸石等)法、结晶氯化铝法等。 1．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，在工艺上可分为酸法、碱法、中和法三种。 目前，我国以金属铝为原料生产聚合氯化铝的厂家大多采用酸法生产。 (1)酸法 酸法具有反应速度快、设备投资少、工艺简单、操作方便的优点，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，设备腐蚀严重。 (2)碱法 碱法生产工艺则难度较高，设备投资较大，由于用碱量大，还要大量盐酸中和至pH=4-5，成本较高，其应用受到一定限制。 (3)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聚合氯化铝时，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，盐基度是否合格，是决定工业级聚合氯化铝PAC产品质量的一个重要指标，而且在合成时必须进行剧烈地搅拌。
广州关于成立聚合氯化铝公司 可行性报告 规划设计/投资分析/产业运营
报告摘要说明 聚合氯化铝是一种新兴净水材料，无机高分子混凝剂，简称聚铝，介 于AlCI3和Al(OH)3，之间的一种水溶性无机高分子聚合物。 xxx集团由xxx有限责任公司（以下简称“A公司”）与xxx科技 公司（以下简称“B公司”）共同出资成立，其中：A公司出资1050.0万元，占公司股份74%；B公司出资370.0万元，占公司股份26%。 xxx集团以聚合氯化铝产业为核心，依托A公司的渠道资源和B公 司的行业经验，xxx集团将快速形成行业竞争力，通过3-5年的发展，成为区域内行业龙头，带动并促进全行业的发展。 xxx集团计划总投资8385.88万元，其中：固定资产投资6279.99 万元，占总投资的74.89%；流动资金2105.89万元，占总投资的 25.11%。 根据规划，xxx集团正常经营年份可实现营业收入14389.00万元，总成本费用10952.65万元，税金及附加152.66万元，利润总额 3436.35万元，利税总额4062.99万元，税后净利润2577.26万元，纳税总额1485.73万元，投资利润率40.98%，投资利税率48.45%，投资 回报率30.73%，全部投资回收期4.75年，提供就业职位281个。 根据我国市场情况分析，聚合氯化铝的企业开工率超过85%，2016年 的产能和产量分别为172.04万吨和146.23万吨。
第一章总论 一、拟筹建公司基本信息 （一）公司名称 xxx集团（待定，以工商登记信息为准） （二）注册资金 公司注册资金：1420.0万元人民币。 （三）股权结构 xxx集团由xxx有限责任公司（以下简称“A公司”）与xxx科技公司（以下简称“B公司”）共同出资成立，其中：A公司出资1050.0万元，占公司股份74%；B公司出资370.0万元，占公司股份26%。 （四）法人代表 曹xx （五）注册地址 xxx经济技术开发区（以工商登记信息为准） 广州，简称穗，别称羊城、花城，是广东省省会、副省级市、国家中心城市、超大城市，国务院批复确定的中国重要的中心城市、国际商贸中心和综合交通枢纽。截至2018年，全市下辖11个区，总面积7434平方千米，建成区面积1249.11平方千米，常住人口1530.59万人，城镇化率
聚合氯化铝的生产工艺 一、原料 生产聚合氯化铝的原料主要有两大类：一类是含铝矿物，包括铝土矿(三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石)、粘土、高岭土、明矾石等；另一类是其它含铝原料，包括金属铝、废铝屑、灰铝、氢氧化铝、三氯化铝、煤矸石、粉煤灰等。只有以铝锭、铝屑、氢氧化铝为原料和以硫酸铝，二氯化铝为原料才能生产出较纯的聚合氯化铝产品。 我国生产聚合氯化铝所采用原料主要为因地制宜地开发利用自身的矿物资源。我国聚合氯化铝生产的起步源于以铝灰作原料。由于铝灰原料成本低廉，生产工艺简练，其生产工艺七十年代在我国迅速普及。但铝灰生产的聚合氯化铝产品杂质较多，八十年代后已不再用于自来水的净化。八十年代初，聚合氯化铝的生产原料主要采用粘土矿、高岭土矿和铝土矿生产出的聚合氯化铝产品，除铁以外，其它的指标可达到国外先进水平。但由于渣量较大，外观较差，加上我国铝业的迅速发展，九十年代初，我国聚合氯化铝生产所用原料已逐步转向氢氧化铝。此外，也有部分生产厂使用氯化铝和金属铝等为原料。 由于国内合成盐酸含铁量高于日本等国，所以生产出的聚合氯化铝外观色泽偏黄。 二、生产工艺 聚合氯化铝的制法很多，按生产工艺可分为酸法、减法、中和法、热解法、加压反应法、混凝胶法、电渗析法、电解法等。固体聚合氯化铝是将液体聚合氯化铝用喷雾干燥或滚筒干燥得到的，喷雾干燥是比较理想的干燥方式，适于大规模生产，而生产规模较小的生产企业采用滚筒干燥也是可行的。 目前我国生产聚合氯化铝的方法主要有金属铝(包括铝灰、铅渣)法、活性氢氧化铝法、三氧化二铝(包括铝矾土、煤矸石等)法、结晶氯化铝法等。 1．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。在工艺上可分为酸法、碱法、中和法三种。 目前，我国以金属铝为原料生产聚合氯化铝的厂家大多采用酸法生产。 (1)酸法 酸法具有反应速度快、设备投资少、工艺简单、操作方便的优点，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，设备腐蚀严重。 (2)碱法 碱法生产工艺则难度较高，设备投资较大，由于用碱量大，还要大量盐酸中和至pH= 4-5，成本较高，其应用受到一定限制。 (3)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聚合氯化铝时，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。盐基度是否合格，是决定产品质量的一个重要指标。而且在合成时必须进行剧烈地搅拌。 以铝灰为原料生产聚合氯化铝的几种方法的主要技术经济指标如表1所示。 2．氢氧化铝法 所用原料主要是拜尔法炼铝过程中的活性氢氧化铝。生产中采用过量的活性氢氧化铝和盐酸，在较高温度(50-180℃)和压力(0．5MPa)下反应制得盐基度为41.6-48.6％的液体聚合氯化铝产品，然后经浓缩、烘干即得固体聚合氯化铝产品。 此法生产工艺过程较简单，反应条件也较苛刻，对设备要求较高，腐蚀性强，一般市售搪玻璃反应釜都难以适应，生产中要确保产品质量颇为不易。 以氢氧化铝为原料生产PAG产品的主要技术指标如表2。 3．三氧化二铝法 主要原料为三水铝石、铝钒土、高岭土、煤矸石等。此工艺的第一步是得到结晶氯化铝，第二步是通过热
新景牌聚合氯化铝液体制作方法 将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后。放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度至合格。 1、碱溶法 先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业化生产成本较大。 2、中和法 该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应，分别制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶物杂质较少，但成本较高。先用盐酸与铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后。再把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应。得到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。 3、原电池法 该工艺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人用铜或不锈钢等制成的金属筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，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。 缺点及不足 该法具有反应速度快，投资设备少，工艺简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重金属含量容易超标，产品质量不稳定。
生产工艺 多年来,我国也结合自己的条件,陆续开展了多种原料和工艺的制备方法和技术,建立了独具特色的工艺路线和生产体系,基本满足了全国用水和废水处理的发展需求。 聚合氯化铝的制法很多，按生产工艺可分为酸法、减法、中和法、热解法、加压反应法、混凝胶法、电渗析法、电解法等。固体聚合氯化铝是将液体聚合氯化铝用喷雾干燥或滚筒干燥得到的，喷雾干燥是比较理想的干燥方式，适于大规模生产，而生产规模较小的生产企业采用滚筒干燥也是可行的。目前我国生产聚合氯化铝的方法主要有金属铝(包括铝灰、铅渣)法、活性氢氧化铝法、三氧化二铝(包括铝矾土、煤矸石等)法、结晶氯化铝法等。 1．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。在工艺上可分为酸法、碱法、中和法三种。目前，我国以金属铝为原料生产聚合氯化铝的厂家大多采用酸法生产。 (1)酸法 酸法具有反应速度快、设备投资少、工艺简单、操作方便的优点，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，设备腐蚀严重。 (2)碱法 碱法生产工艺则难度较高，设备投资较大，由于用碱量大，还要大量盐酸中和至pH=4-5，成本较高，其应用受到一定限制。
(3)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聚合氯化铝时，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。盐基度是否合格，是决定产品质量的一个重要指标。而且在合成时必须进行剧烈地搅拌。2．氢氧化铝法 所用原料主要是拜尔法炼铝过程中的活性氢氧化铝。生产中采用过量的活性氢氧化铝和盐酸，在较高温度(50-180℃)和压力(0．5MPa)下反应制得盐基度为41.6-48.6％的液体聚合氯化铝产品，然后经浓缩、烘干即得固体聚合氯化铝产品。此法生产工艺过程较简单，反应条件也较苛刻，对设备要求较高，腐蚀性强，一般市售搪玻璃反应釜都难以适应，生产中要确保产品质量颇为不易。 3．三氧化二铝法 主要原料为三水铝石、铝钒土、高岭土、煤矸石等。此工艺的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聚合氯化铝。 利用高岭土生产聚合氯化铝的工艺流程大致分为3步；精矿焙烧活化、酸浸、酸浸液调整盐基度生成聚合氯化铝溶液。利用高岭土生产聚合氯化铝，不仅可以产生很好的社会效益和环境效益，而且也有很好的经济效益。以lt精矿计，可生产1.8t液体聚合氯化铝净水剂。
嵩峰净水建议污水处理中如何确定聚合氯化铝的浓度与用量？ 在污水处理中如何确定聚合氯化铝的浓度与用量？ 聚合氯化铝是一种净水材料，无机高分子混凝剂，又被简称为聚铝，英文缩写为PAC，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。在形态上又可以分为固体和液体两种。固体按颜色不同又分为棕褐色、米黄色、金黄色和白色，液体可以呈现为无色透明、微黄色、浅黄色至黄褐色。不同颜色的聚合氯化铝在应用及生产技术上也有较大的区别。 嵩峰水处理材料，在污水处理中使用聚合氯化铝，它主要是为黄色或黄褐色粉末的固体物，水处理具有絮凝的作用，适用于印染厂、造纸厂、皮革厂剂食品厂等行业水处理，还具有除磷作用，能与废水中磷酸根生成沉淀，适用于生活污水厂除磷。 污水处理使用聚合氯化铝一般都是作为絮凝剂，个别用于除磷剂使用。因为作用不同，产品的浓度调配及投加量都很大的区别的，一般情况下我们应该如何确定聚合氯化铝浓度与用量？搅拌应该采用什么方式？ 固体聚合氯化铝国标含量为28%，液体含量为10%。使用固体前应将固体溶解成10%的浓度（溶解可采用气体搅拌或机械搅拌），投加用量可根据原水的不用浊度，测定最佳的投加量，一般原水浊度在100-500mg/l时，每千吨水量投加10-20kg，具体可根据小试确定。 使用聚合氯化铝用于市政污水或工业污水，其相应的投加浓度与用量都是有所不同的，为了准确无误及提高处理效率，最好是通过小试到现场试药来确保用量及效果。 聚丙烯酰胺与传统絮凝剂相比的优势所在 絮凝剂有很多种，聚丙烯酰胺是目前使用量最大用途最为广泛的一种，那么聚丙烯酰胺和那些传统絮凝剂相比的优势在哪里呢？本篇文章嵩峰净水就为大家详细介绍一下！ 聚丙烯酰胺与传统的絮凝剂相比的优势： 一、聚丙烯酰胺和传统的絮凝剂相比种类完全，规格多，可以知足各类分歧前提； 二、聚丙烯酰胺和传统的絮凝剂相比用量少，效率高，处置力强，生成的泥渣少，便于后处置，PAM有时与无机混凝剂运用会获得更好的结果。 三、聚丙烯酰胺在水处置工业中的使用首要包括原水处置、污水处置和工业水处置三个方面。在原水处置中，聚丙烯酰胺与活性炭等共同运用，可用于生物水中悬浮颗粒的凝集和清亮；在污水处置中，聚丙烯酰胺可用于污泥脱水；在工业水处置中，聚丙烯酰胺首要用作配方药剂。在原水处置中，用有机絮凝剂聚丙烯酰胺替代无机絮凝剂，即便不是新沉降池，清水才能也可进步20%以上。所以当前很多大中城市在供水严重或水质较差时，都采用聚丙烯酰胺作为增补。在污水处置中，采用聚丙烯酰胺可以添加水回用轮回的运用率。 新型絮凝剂、聚合氯化铝（PAC）嵩峰水处理厂家 登封市嵩峰聚合氯化铝在洗煤厂的应用当中目前已经非常广泛了，主要集中的特点是，其处理水的能力强，速率快，出水水质可达到排放标准，同时由于其低廉的价格（相较于大型水处理设备而言）逐渐的普及到了许多的洗煤厂中，从与我们合作的客户来看，多数的洗煤水中的煤灰物质经过沉淀可回收，同时在有些轻度污染的水当中，聚合氯化铝可以实现水的循环再使用。洗煤废水中含有大量的悬浮物、煤泥和泥砂，故又称煤泥水，未经处理的煤泥水其悬浮物浓度可以达到5000mg/L以上。由于煤炭本身具有疏水性，洗煤废水中的一些微小煤粉在水中特别稳定，一些超细煤粉悬浮于水中，静置几个月也不会自然沉降。洗煤废水是呈弱碱性的胶体体系,主要特点是颗粒表面带有较强的负电荷，浓度和CODcr浓度都很高；细小颗粒含量高；粘度大；污泥比阻大,过滤性能差。科威聚合氯化铝在洗煤厂的应用当中目前已经非常广泛了，主要集中的特点是，其处理水的能力强，速率快，出水水质可达到排放标准，同时由于其低廉的价格（相较于大型水处理设备而言）逐渐的普及到了许多的洗煤厂中，从与我们合作的客户来看，多数的洗煤水中的煤灰物质经过沉淀可回收，
铝灰一步酸溶法制备高效聚合氯化铝的实验研究 焦玲鲁秀国* 贺志强任焕弟 （河北大学化学与环境科学学院 河北保定 071002） E-mail：luxiuguo2000@https://www.doczj.com/doc/3212188779.html, 摘 要：以铝灰为原料，用一步酸溶法制备了高效聚合氯化铝。对Al灰、HCl、水三者配比以及反应温度、反应时间、熟化温度、熟化时间、搅拌速度等参数对聚合氯化铝的性能影响进行了实验研究，确定了制备聚合氯化铝的最佳工艺条件。产品的各项指标达到了相关国家标准，对工业化生产具有一定的指导意义。 关键词：铝灰、聚合铝、工艺条件 1.引言 混凝剂是水处理的一种重要药剂，其中聚合氯化铝是最常用的，聚合氯化铝简称PAC，是一种无机高分子絮凝剂,其化学通式为[Al2(OH)n Cl6-n]m(1≤n≤5,m≤10),它具有混凝能力强、用量少、净水效能高、适应力强等特点［４］。 聚合氯化铝的生产方法按原料的不同而有很多种方法如金属铝直接溶解法、结晶氯化铝法等。其中以铝灰为原料制造聚合氯化铝的方法,其原料来源广、廉价、经济效益高,具有很大的实用价值，这种方法本身又包括酸溶一步法、碱溶法、中和法。其中碱溶法和中和法制得的产品氯化铝含量较低,碱化度也不高,而且碱的腐蚀性强等缺点。酸溶一步法则与之相反,碱化度越高,原材料消耗越少,产品氯离子含量也越少,而且具有设备简单、原材料消耗少,成本低等优点［４］。我国对于聚合氯化铝的研究早在70年代就已开始。但由于受到铝资源的限制而不能满足生产的需要。故此,我们以北京炼铝厂的铝灰为主要原料,采用酸溶一步法开展了生产聚合氯化铝的实验研究，所得到的结论对工业化生产具有一定的指导意义［１］。2. 实验部分 2.1主要原料、仪器设备 主要原料：铝灰、浓盐酸、水 仪器设备：搅拌器、电炉、天平、酸度计等。自制反应装置（图略）。
xx有限公司 水膜除尘废水处理回用工程设计方案 xx有限公司 2016.10
目录 1 总论................................................................................................................................................... - 0 - 1.1 项目概况................................................................................................................................ - 0 - 1.2 设计依据................................................................................................................................ - 0 - 1.3 设计原则................................................................................................................................. - 1 - 1.4 设计范围................................................................................................................................ - 1 - 2 工艺设计........................................................................................................................................... - 2 - 2.1 设计水量和水质..................................................................................................................... - 3 - 2.2 处理工艺设计 ........................................................................................................................ - 3 - 3.总平面布置和高程布置.................................................................................................................... - 6 - 3.1 高程布置................................................................................................................................. - 6 - 3.2.总图布置................................................................................................................................. - 6 - 4.建筑与结构设计 ............................................................................................................................... - 7 - 4.1.建筑设计................................................................................................................................. - 7 - 4.2.结构设计................................................................................................................................. - 7 - 5.电气、仪表........................................................................................................................................ - 8 - 6.劳动定员............................................................................................................................................ - 9 - 7.投资估算.......................................................................................................................................... - 10 - 7.1.投资估算依据 ....................................................................................................................... - 10 - 7.2.设备投资估算....................................................................................................................... - 10 - 7.3 其他费用 .............................................................................................................................. - 10 -
利用铝土矿生产聚合氯化铝的工艺技术 一、概况： 聚合氯化铝（PAC）的应用越来越广泛，PAC在处理浊度和天然有机物时，具有碱度消耗少、处理成本低的特点，因此广泛应用于生活饮用水、工业废水的净化处理，另外在医药、铸造、皮革、造纸的工业废水治理中也应用得越来越多。因此PAC是一种很有前途的水处理剂。 二、生产原料： 生产PAC的原料很多，主要分为三大类：1、含铝矿石（如铝土矿、高岭土等）；2、含铝的工业废弃物；3、铝盐等。 三、生产方法： 根据不同的原料有各种不同的生产方法：有酸法、碱法、中和法、热解法、加压反应法、混凝法、电解法、电渗析法等。 四、利用铝土矿生产PAC的工艺技术： 铝土矿是铝含量较高的矿石，在广西有很广的分布，和贮量很大的矿种，不但是生产氧化铝的主要原料，还是生产铝盐的重要来源。利用铝土矿生产聚合氯化铝（PAC），不仅成本低，还可用较低品位的贫矿作原料，更能有利充分利用铝矿资源，创造更大的社会效益和经济效益。 生产工艺可分为三步：第一步，焙烧铝土矿提高其活化性；第二步，酸浸得到PAC液体；第三步，调整盐基度，使之达到国家的质量标准。 其工艺流程如下： 铝土矿→破碎→煅烧→酸浸→过滤→调整盐基度→产品 工艺流程简述： 铝土矿从矿山运回到矿场后，经破碎机粉碎到60-80目左右，进入回转窑焙烧，焙烧温度约600℃-700℃，焙烧时间约2-3小时。焙烧矿经冷却至200℃-300℃时卸入反应釜中，加入盐酸，在0.2-0.3MPa的压力120℃-130℃的温度下，搅拌反应约4-6小时，卸料过滤去沉渣，其滤液即是PAC的液体。由于铝土矿的杂质较多，在酸解时杂质亦进入PAC中，同时由于铝土矿含铝较低，其PAC的盐基度往往比国家标准为低，因此调整浸出液的盐基度到达国家标准，即得到液体的PAC产品，若要生产固体产品，则要加蒸发、结晶设备，一般用喷雾结晶法，使得到PAC的固体产品。
行内又称聚氯化铝又称碱式氯化铝，简称介于H)3之间的水解产物，其化学通式为[H)m， 其中m≤一1～5。聚氯化铝具有净化效率高、用药量少、易过滤、生产工艺简单等特点，是优良的絮凝剂，广泛用于工业废水和生活废水的净化处理。另外在铸造、医药、制革、造纸等方面也有广泛用途。聚氯化铝分为固体和液体两种产品。固体通常为黄色或无色的树脂状产品，氧化铝含量为40％～50％；液体呈无色、黄褐色或黑色，氧化铝含量为10％以上。 聚氯化铝的生产方法按原料不同分为三氧化二铝法(包括铝土矿、高岭土、煤矸石等)、氢氧化铝法和铝法(包括铝渣、铝灰等)。其中以铝灰为原料生产聚氯化铝具有成本低、原料来源广、流程简单等特点。该法又可细分为中和法和酸溶法。中和法是将烧碱和盐酸分别与铝灰反应产出铝酸钠和三氯化铝，然后以合适的配比合成聚氯化铝。溶法是将铝灰和盐酸反应一次直接产出液体聚氯化铝，它具有反应速度快、工艺简单等特点。 我们以铝灰为原料，对酸溶法制备聚氯化铝工艺进行了研究，得出了制备聚氯化铝的适宜工艺条件。 l 实验部分主要设备：水浴锅、搅拌器、真空泵、电炉、分析天平、酸度计和实验室常用仪器。1．2 实验方法首先对铝灰进行预处理。用水洗的方法除去水溶性的盐类，以降低盐酸耗量，处理后的铝灰含氧化铝为30％左右。然后将工业盐酸与一定量的水放入反应器内，搅拌，并用水浴加热。称取100 步加人盐酸溶液中，由于反应剧烈，放热量大，应不断搅拌并随时补加水，反应时间控制在6 h～12 h，反应温度96℃，反应结束后加入一定量的水稀释物料，调节～4．5，陈化15 h～24 酸与铝灰的反应为：2 (6 H) 3H2& (6 3 3H) 应中铝的溶出、产物的水解和水解产物的聚合是交叉进行的。液体聚氯化铝制备流程见图1。 2实验结果与讨论2．1投料比[铝灰量(g)／的影响投料比对产品质量有很大影响。判断聚氯化铝质量的一个指标是盐基度，盐基度为聚氯化铝中氢氧根与铝的当量百分比，即，盐基度=[[× 100%。当盐基度为50～80时，产品的絮凝效果最佳。在盛有100 95℃左右，反应6 h～12 h。 对产品的测定表明，随着投料比增加，液体成品中氧化铝的量增加，盐基度也增加。通过对比实验，选择投料比为3：1。实验数据见表1。表1投料比与氧化铝含量和盐基度的关系2．2加水量的影响反应过程中，特别是反应前期，由于反应剧烈，水分挥发损失较大，应及时加水补充。加水量过少会造成铝灰结块，反应不完全，加水过多，则会使盐酸浓度变低，反应不宜进行，造成盐基度减小，因此加水量要适当。经实验，选用100 150 00 ．3反应时间的影响按铝灰：为3：1：3的比例改变反应时间进行实验，盐基度和氧化铝含量随反应时间的增加而增加，但当反应时间超过7 基度的变化趋‘于稳定，因此取6 验结果见表2。 表2反应时间与盐基度的关系反应时间／h 1 2 3 4 5 6 7 8盐基度／％ 25 34 40 46 49 51 53 542．4盐酸浓度的影响在其它因素不变的情况下，改变盐酸浓度进行实验，发现随着盐酸浓度的增加，盐基度增加，但酸的挥发量也增加，反应过于激烈，造成环境污染，操作困难。综合考虑，选用20％的盐酸(将31％左右的工业盐酸稀释至20％)。2．5溶液盐基度的调整聚氯化铝产品中氧化铝及盐基度都要达到标准，为此常加入少量碱性物质对以上指标进行调整，使液体聚氯化铝中氧化铝含量大于10％，盐基度为45～70。碱用量用下式确定：G=)P(B—b)／100一碱用量，kg；实际耗碱量与理论耗碱量之比，碱与氧化铝的当量之比；A——被调整溶液中氧化铝含量，％；B——成品溶液的盐基度，％；P——被调整溶液的重量，kg；b——被调整溶液的盐基度，％；n——碱的有效含量系数。加入30％液体产品的氧化铝含量为10％以上，～5．0，盐基度为50％～65％。3 结论a)通过实验，确定了以铝灰为原料，采用酸溶一步法制备聚氯化铝的工艺条件。b)本工艺具有流程短、生产设备简单、成本低等特点，用工业废渣铝灰为原料生产聚合氯化铝对于治理环境具有重要意义。
聚合氯化铝(PA C)混凝剂研究的进展Ξ 王亚芝1,曹培锋2,任毅斌2 (1.河北省环境科学研究院;2.河北省环境工程评估中心;31石家庄市环境监测中心,河北石家庄 050021) 摘 要:本文概括和评论了PA C的基本形态、作用机理、生产工艺、产品标准和应用的研究的主要内容、取得的进展。 关键词:聚合氯化铝;水解;沉淀;絮凝 聚合氯化铝(PA C)是30年代发展起来的一种高效的无机高分子絮凝剂,60年代后期正式投入工业生产和应用,被广泛应用于上下水、循环用水、工业废水处理及污泥脱水等过程中,关于PA C的基本形态、作用机理、生产工艺、产品标准和应用的研究也活跃起来。 1 基本形态 水解PA C形态一直是分析、催化、土壤、地球化学、新材料、环境科学和生物毒理学等众多领域研究的前沿和热点。由于制备途径、反应条件和溶液化学组成等诸多因素的影响,铝水解聚合反应过程及其形态分布极其复杂,水解产物不稳定,因此现有的实验方法、仪器性能及分析和测试手段均制约了对铝水解溶液中各种形态的结构特征、相对含量及其形成机理的研究进展。现代PA C的研究已从形态学上确定了PA C中起最佳絮凝做用的铝化学状态为A l13聚合态[1]。 近年来通常采用A l-Ferron逐时络合比色法和27A l核磁共振法(NM R)进行形态的检测,其中A l -Ferron逐时络合比色法由Sm ith在1971年改进提出的逐时络合比色法,利用A l( )的各种水解聚合形态与Ferron解离——络合反应速度不同区分其相对形态,将铝的水解状态定量为A la、A l b和A lc 三种形态;27A l核磁共振法(NM R)由A k itt等在70年代后期提出的,可以定量检测出水解液中A l单质、A l13O4(OH)247+聚合物和其它不可测得的形态。汤鸿宵等研究结果表明A l-Ferron比色法所测得A lb形态的含量与A l核磁共振法(NM R)所测得A l13形态的含量十分吻合,两种方法在定量测定PA C溶液的形态分布上有很好的相关关系[2]。王东升等人采用A l-Ferron法研究了悬浮体系中PA C 的形态分布表征,结果表明混合方式对A l-Ferron 法的应用具有一定的影响作用,颗粒物的存在对反应的影响主要取决于其浓度与粒度分布,A l-Ferron法完全适用于颗粒物悬浮体系中的形态分布表征[3]。其它形态检测方法包括A llouche等采用高分辨率的原位27A l-NM R方法检测法[4]、容量滴定法[5]、透光率脉动检测法[6]。 除此之外,人们还用计算模型或模式来量化形态分布。栾兆坤应用‘M I N EQL’化学平衡模式对采用不同反应途径制得的聚合铝(PA C)溶液中的化学形态分布硅铝进行了定量模拟研究[7];卢建杭等人考察了A l-Ferron逐时络合比色反应假一级反应动力学特征,结果表明当碱铝比处于2.0～2.5之间,A l b的初始浓度和假一级速率常数随碱铝比的变化情况在一定程度上可以反映PA C溶液的形态分布和转化特征[8]。王趁义等人应用ExpA ssoc分布对A l-Ferron逐时络合动力学曲线进行了定量模拟[9],并依据A l( )盐强制水解聚合过程的电位滴定实验结果,给出了通过电位滴定实验计算PA C含量的定量公式[10]。 2 作用机理 水解后的带有正电荷的PA C在静电库仑力、分子间范德华力、憎水斥力以及羟基与表面的键合力等的作用下,吸附在水中悬浮的胶体上。PA C在颗粒物表面结合后,颗粒物所带负电荷转化为正电荷, PA C则在颗粒物表面发生进一步的水解,在高浓度、高pH条件下单核络合物缩聚为一系列多核络合物,最后形成表面无限聚合度氢氧化铝沉淀,此时的凝聚作用转化为絮凝作用为主,电中和作用转化为粘附卷扫作用为主。絮凝法处理可以分为凝聚阶段、絮凝阶段和沉降阶段。 凝聚几乎是瞬时发生的,因此絮凝剂必须以尽快的速度(<0.1s)在水解反应完成之前就分散到水 31 2009年第10期 内蒙古石油化工Ξ收稿日期:2008-12- 作者简介:王亚芝(1972-),女,硕士。
食品级白色聚合氯化铝 巩义市元杰净水材料有限公司食品级白色聚合氯化铝是由氢氧化铝粉与高纯盐酸经喷雾干燥加工而成的一种白色或乳白色奶粉状精细粉末，裸露在空气中极易融化。近年来，白色聚合氯化铝已取代硫酸铝做为造纸行业的中性施胶沉淀剂。 食品级白色聚合氯化铝生产工艺 1．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。在工艺上可分为酸法、碱法、中和法三种。我国以金属铝为原料生产聚合氯化铝的厂家大多采用酸法生产。 (1)酸法 酸法具有反应速度快、设备投资少、工艺简单、操作方便的优点，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，设备腐蚀严重。 (2)碱法 碱法生产工艺则难度较高，设备投资较大，由于用碱量大，还要大量盐酸中和至pH=4-5，成本较高，其应用受到一定限制。 (3)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聚合氯化铝时，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。盐基度是否合格，是决定产品质量的一个重要指标。而且在合成时必须进行剧烈地搅拌。 2．氢氧化铝法
所用原料主要是拜尔法炼铝过程中的活性氢氧化铝。生产中采用过量的活性氢氧化铝和盐酸，在较高温度(50-180℃)和压力(0．5MPa)下反应制得盐基度为41.6-48.6%的液体聚合氯化铝产品，然后经浓缩、烘干即得固体聚合氯化铝产品。此法生产工艺过程较简单，反应条件也较苛刻，对设备要求较高，腐蚀性强，一般市售搪玻璃反应釜都难以适应，生产中要确保产品质量颇为不易。 3．结晶氯化铝 以结晶氯化铝生产聚合氯化铝一般采用沸腾热解法工艺。该法生产能力大。结晶氯化铝经过一定温度加热后，便分解出一定量的氯化氢气体和水分而变成粉末状产物，即是聚合氯化铝单体(又称熟料)。将熟料加一定量的水搅拌，则在较短时间内固化形成树脂状产物，即为白色聚合氯化铝。沸腾热解法生产白色聚合氯化铝流程简单、操作方便，但由于生产中使用的结晶氯化铝来源所限，生产成本相对较高，限制了白色聚合氯化铝的生产。 4．三氧化二铝法 主要原料为三水铝石、铝钒土、高岭土、煤矸石等。此工艺的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聚合氯化铝利用高岭土生产聚氯化铝的工艺流程大致分为3步；精矿焙烧活化、
聚合氯化铝生产工艺，它主要是采用一级氢氧化铝替代普通氢氧化铝，高铝水泥替代铝酸钠对基液进行盐基度调整，在调整盐基度的步骤中增加了再次加入聚丙烯酰胺沉淀的程序，最后的步骤为三步沉淀程序。 成果介绍及技术指标 为了满足我国当前水环境治理工程的需求，抵御我国加入世贸组织后的国际技术资本，提高我国水处理药剂科技含量，促进我国环保产业发展。本项目主要技术内容为：充分利用我国丰富的铝土与铝工业资源优势，采用特有的高温低压聚合和独特喷雾干燥现代环保型工艺技术生产多品种的高效聚合氯化铝及其复合型净水剂系列产品。生产定制在5千吨/年~5万吨/年的规模化工业生产，其工艺技术水平达到国际先进。产品包括： 1、能够进入国际市场，出口创汇的新型、高效精制品聚合氯化铝絮凝剂； 2、适用我国北方低温低浊高碱度水质净化处理的聚合铝铁和聚合铝硅复合型絮凝剂； 3、适用我国特殊行业废水治理，具有高效脱色，去除COD及氮磷功能的无机与有机复合型絮凝剂系列产品，主要产品：1、高纯无铁聚合氯化铝，采用高温低压合成、脱色除杂二步法与高速喷雾干燥现代生产技术，产品品质达到国际标准。主要特性指标：Al2O3含量，液体>16％;固体>30％，碱化度:45~55%。产品用于高档纸品施胶剂、化妆及医药添加剂、陶瓷制品胶粘剂等。 2、高效精制品聚合氯化(硫酸)铝，采用高温低压合成一步法与高速喷雾干燥现代生产技术，产品品质达到饮用水聚合氯化铝国际标准。主要特性指标：Al2O3含量，液体>16％;固体>30％，碱化度:45~55%，产品主要出口。 3、高效普通型聚合氯化铝，采用高温低压合成-碱化调整二步法与高速喷雾干燥现代生产技术，产品品质优于聚合氯化铝净水剂国家标准。主要特性指标：Al2O3含量，液体12~15％;固体>3 0％，碱化度:45~85%。适用于国内自来水厂水质净化处理。 4、高效聚合氯化铝铁/铝硅复合型净水剂，采用活化复合共聚法与高速喷雾干燥现代生产技术，主要特性指标；液体：Al2O3<12％，Fe2O (SiO2)含量<5%；固体，Al2O3含量<25％，SiO2含量<10%，碱化度>50~75%。适用于低温低浊水质净化处理。 5、高效有机复合型脱色净水剂，采用聚合复配法与高速喷雾干燥现代生产技术，主要特性指标；液体：Al2O3含量<12％，有机助凝剂(脱色剂)<3%；固体，Al2O3含量á28％，脱色剂<5%，碱化度>50~75%。适用于染料、含油等工业、城市污水净化处理。 6、高效氧化除藻复合型净水剂，采用聚合复配法与高速喷雾干燥现代生产技术，主要特性指标；液体：Al2O3含量<12％，氧化助凝剂(脱色剂)<3%；固体，Al2O3含量á28％，脱色剂<5%，碱化度>50~75%。适用去除含藻污染水质净化处理。 应用范围 产品广泛用于城镇饮用水净化处理，工业废水、城市污水处理与深度处理回用过程，可有效去除水中各种有毒有害重金属与有机污染物，除浊脱色，具有显著净化处理效能，降低运行成本。产品除浊率可达95-99％，染料、造纸废水脱色率达85%以上，重金属废水去除率可达9 0％、工业、城市污水COD去除率可达80％以上，磷、氮富营养物去除率分别达到90和40％以上。 市场前景及经济效益分析 新型高效聚合铝及其复合型净水剂在城市给水和废水处理领域具有十分广泛的应用并占有重要地位。高效净水剂是城市地表水水质净化处理，工业废水(如石田，化工、电力、洗煤、印染、制革、制药、造纸、冶金，制革等行业)处理过程，尤其是工业、城市污水深度处理回用过程中不可缺少的前置处理过程，它不仅可显著去除水中各种悬浮物，而且还能有效去除水中油份、色度、COD，磷、藻等污染物，去除率达80~95％以上。近年来，随着我国社会经济的快速发展，城市和工业用水需求量迅速持续增长。预计2010年后我国城市日供水能力将突破2亿吨，达到2.4亿吨。按70％地表水净化处理，投药量0.2吨/万吨计，仅城市和工业用水处理就需要净水剂为80~100万吨/年。此外，1998年国务院<关于环境保护若干问题的决定>明确指出，
固体聚合氯化铝干燥工 聚合氯化铝又称碱式氯化铝,对高浊度、低浊度、高温及低温水都有较好的混凝效果,并且具有形成絮状体快,颗粒大而易沉淀,投加量低等特点,适用pH值在5～9之间,所以在工业废水、城市污水、居民饮用水处理中得到较广泛的应用。 目前聚合氯化铝的生产主要是以铝矾土、铝酸钙粉、盐酸为原料进行生产,本文对生产工艺中干燥工序存在问题进行分析,并提出改进方案。 1存在的主要问题 ①由于蒸汽滚桶干燥机要把净水剂由液态转变为固态,必须通入0. 6～0. 7 MPa的饱和水蒸气,因此,蒸汽滚桶干燥机在制造的时候,必须按压力容器的标准、规范制做、验收;另外,也存在着因使用不当造成滚桶爆炸的可能,这是潜在的安全隐患。②滚桶干燥机的外壁由于酸性澄清液的化学腐蚀,再加上刮刀的机械摩擦以及蒸汽压力的存在,造成滚桶干燥机的使用寿命较短,一般为7～8个月,即使蒸汽滚桶干燥机滚桶不损坏,由于蒸汽压力的存在,当达到最小壁厚时必须报废。 2解决方案 经过理论计算及实践,我们采用导热油滚桶干燥机替代蒸汽滚桶干燥机,制取固体净水剂聚合氯化铝。其简单流程如图1所示。 图1导热油滚桶干燥机干燥流程图 该技术具有以下优点:导热油滚桶(导热油在滚桶夹套内循环流动,导热油滚桶不属于压力容器)干燥机消除了蒸汽滚桶(压力容器)干燥机潜在的爆炸威胁,确保了职工的人身安全;由于导热油的循环,使热量得到了充分的利用,也给企业带来了可观的经济效益,所以该技术具有较高的推广价值。 3有关计算 3. 1蒸汽滚桶干燥机桶壁的最小厚度 蒸汽滚桶干燥机的材质为Q235 - A,设计温度T =170 ℃,设计压力p = 0. 7 MPa,Q235 - A在温度170℃下的许用应力为[δ ]t = 125MPa,滚桶内径D i =900 mm。 C = C1 +C2 式中: C———厚度 附加量,mm; C1 ———钢材厚度负偏差, C1 =0. 8 mm; C2 ———腐蚀余量,mm。 由于聚合氯化铝水溶液对Q235 - A 钢板的腐蚀比较严重, 依据文献[1 ] ,取C2 = 3 mm;焊缝系数 取φ =0. 85。 桶体的最小壁厚S按照下列公式计算[2 ] : pD i S = t + C 2[δ ]φ - p 0. 7 ×900 = +3. 8 2×125 ×0. 85 - 0. 7 =6. 77 mm 从以上计算可知, 蒸汽滚桶壁厚最小为6. 77 mm。 3. 2导热油滚筒干燥机的最小壁厚 导热油滚筒干燥机的材质为Q235 - A,设计温 (下转第46页) 作者简介:张圣春(1971 - ) ,男,工程师,从事化工工艺设计,电话: (0371) 68176628。 河南化工 ·46·HENAN CHEM ICAL INDUSTRY 2005年第22卷 管道均采用这种钢材。高压蒸汽过热器03B002E02 出口集箱导淋管线曾出现裂纹,并导致管线断开,这种钢属于马氏体耐热钢,焊接接头极易出现脆化产生裂纹,焊接性极差。 该钢种的焊接要点是: ①严格按照焊接要求,打磨坡口,清理施焊区域、包括焊丝都要用丙酮清理; 焊条进行预热300 ℃/2 h。②焊前预热200～300 ℃,焊后保温及回火恒温740～760 ℃,严格按照焊接热处理规范进行,以防止出现焊缝中碳化物大量析出和奥氏体向珠光体转化而引起的脆化现象。 ③引弧、收弧的电流较焊接电流小些,运条时要注意填满坡口边缘部位,最好是两人同时对称焊接,以