无机混凝剂聚合氯化铝生产工艺设计

无机混凝剂聚合氯化铝生产工艺设计

摘要：本文阐述了无机混凝剂聚合氯化铝的物化性质、应用，介绍了用铝灰生产聚合氯化铝的工艺，并展望了未来聚合氯化铝研究重点及发展方向。 关键字:聚合氯化铝；工艺研究；发展方向

1引言

1．1研究背景

随着社会的发展，人类开始越来越多地关注自身赖以生存的水环境。水资源的短缺是当今世界普遍面l临的问题，在有些国家和地区已经成为制约社会发展的重要因素。同时，由于污染物的排放所导致的水质恶化使生态环境遭受了严重的破坏甚至开始威胁到人类的健康。水量和水质是具有辩证关系的两个方面，水量固然是满足需求的基础方面，但水质的恶化实际上减少了可用的水量。在水量短缺的条件下，实现水质的转化以达到有限水资源的重复利用就显得尤为重要。

水质的转化尽管在自然条件下可以实现，但其过程相当缓慢，无法满足实际的需要。如何将自然条件下的水质转化过程进行人工强化，以达到实际的生产和生活用水的要求就成为水处理研究领域的重要课题。

混凝过程是从水中去除悬浮物和胶体颗粒物，实现固液分离的基本方法，是众多水处理工艺技术中应用最普遍的不可缺少的单元操作之一。在给水处理中，混凝过程作为地表水净化处理工艺流程中必不可少的前置操作工序，在混凝沉淀致浊物质的同时，还赋予胶体颗粒在后续过滤操作中被阻截的性能，混凝效果的好坏，在很大程度上决定着后续流程的运行工况、最终出水水质和成本费用。在废水二级或三级处理中，混凝工艺往往与其它处理工艺组合使用，以减轻生化处理负荷或去除残留有机物、无机物以及微生物。此外，混凝过程还被用于污泥的浓缩脱水处理中。因此，混凝过程始终是水处理工程中重要的科研开发领域。

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近一个世纪以来，人们对混凝作用的机理及工艺过程进行了大量深入地研究。混凝理论已从定性阐述发展到半定量或定量模型及模式，并建立了各种化学条件下颗粒脱稳与传输的数学模型。然而，随着工农业和经济的高速发展，水资源和水环境问题日益严重，传统的混凝技术面临着巨大的挑战。水处理量的迅速增加，对混凝剂的需求相应增大。同时，对水质要求的提高又需要相应提高混凝过程的效能。

在混凝操作过程中，药剂的作用是至关重要的，因此研究开发高效的混凝刺无疑成为当前研究的热点。无机高分子混凝剂(Inorganic Polymer Flocculant，IPF)是一类新型的水处理药剂，60年代后在世界上迅速发展起来。与传统药荆相比，它可以成倍的提高效能而且适应性强，价格相应较低，因谳又有逐步成为主流药荆的趋势。目前在日本、俄国、西欧、中国都已有相当规模的生产和应用。其中，聚合氯化铝(Polyaluminum Chloride，PAC)是当前工业生产技术最成熟、应用最广泛的品种。同时，以聚合氯化铝产品作为原料，还可以制备出多多种复合型无机高分予混凝剂。对聚合氯化铁(Polyferric Chloride，PFC)近年来也有了较多的研究和应用。

伴随着混凝剂的应用从传统的铝、铁盐类型向无机高分子类型发展的同时，有关凝聚混凝过程的基础理论也得到了一定的发展。

本文所开展的PAC混凝剂的研究工作正是在混凝剂及其作用机理的这种发展趋势下进行的。

1．2本研究的目的和意义

无机高分子一般都其有强烈的吸附电中和能力，具有用量小，混凝速度快，生成污泥量少，其有较强的颗粒物间架桥的能力等优点，但其分子量相对较低。目前现有聚合氯化铝的生产工艺，由于原料和工艺上的原因，使得生产出的产品质量不高。这不仅浪费了资源，而且影响了混凝的过程。因而，研制新工艺生产高效无机高分子混凝剂——聚合氯化铝，使之质量提高，从而增强混凝能力有着重要的意义。

2 文献综述

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铝是地壳中的丰量元素，含量居第三位，是金属中含量最高的元素，以多种化合物的形式存在。将铝盐应用于水的净化，最早可追溯到公元十六世纪天然高分f混凝剂与铝钾明矾矿物的应用。真正标志混凝技术的诞生则是1827年硫酸铝的混凝试验的进行。目前普遍认为，聚合氯化铝的混凝效果比单体铝的混凝效果好。现在，在聚合氯化铝的净水原理及生产制备工艺等领域进行着广泛的研究。本文将重点讨论用铝灰生产聚合氯化铝的新工艺。

2.1聚合氯化铝的性质

2.1.1聚合氯化铝的主要指标和物化性质

聚合氯化铝的性质与盐基度、聚合度、多价阴离子物质、浓度、pH等因素有关。当上述诸因素确定之后，即为具有一定比例的各种离子平衡存在的复杂组成物。聚合氯化铝， 又叫碱式氯化铝，亦称羟基氯化铝，简称 P A C，是一种无机高分子混合物。其化学通式为 [ Al2(OH)nCl6-n]m ， ( 1 ≤n ≤5 ， 1 ≤

m≤10) ， 产品有液体和 固体两种。液体聚合氯化铝呈淡黄色或无色透明液，

有 时色泽因其含杂质及盐基度大小不同而呈黄褐色、 灰白色等； 固体聚合氯化铝色泽与液体产品类似， 形状随铝盐基度大小而变 ，盐基度在 30 ％以下时为晶体,在 60 ％以上时逐渐呈玻璃状或树脂状。同体聚合氯化铝的盐基度在70 ％以上时不易潮解。聚合氯化铝易溶于 水而发生水解 ， 并发生电化学 、 凝聚 、 吸附和沉淀等物 理化学过程，因此广泛应用于工业废水和生活废水的净化处理 ，净化效率高，用量少，是一种优良的无机混凝剂(净水剂) 。 (1)外观和一般性质

聚合氯化铝的外观与盐基度、制造方法、原料、杂质成分及含量有关。纯液体聚合氯化铝的色泽随盐基度大小而变。盐基度在40％～60％范围时，为淡黄色透明液体；盐基度在60％以上时，逐渐变为无色透明液体。

固体聚合氯化铝的色泽和液体类似。其状态也随盐基度而变，盐基度在30％以下时为晶状体；盐基度在30％～60％时为胶状物；盐基度在60％以上时，逐渐变为玻璃体或树脂状；盐基度在70％以上时，固体聚合氯化铝不易潮解。用铝土矿或粘土矿制备的液体聚合氯化铝，色泽为黄色至褐色的透明液体，以铝土

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或铝屑“酸溶一步法”制备的产品为灰黑色或灰白色。聚合氯化铝味酸涩，升温110℃以上时发生分解，陆续放出氯化氢气体，最后分解，成为氧化铝。

聚合氯化铝与酸发生解聚反应，使聚合度和盐基度降低，所以混凝效果也随之降低；聚合氯化铝和碱反应，使聚合度和盐基度升高，最终可生成氢氧化铝沉淀或铝酸

盐；聚合氯化铝与硫酸铝或其它多价酸根混合时，易产生沉淀，混凝效能会降低甚至消失。

(2)氧化铝含量和比重

聚合氯化铝的氧化铝含量是产品有效成分的衡量指标，它与溶液的比重有一定的天系。一般来说，比重越大则氧化铝含量越高。但是，二者的关系随温度、杂质、制造方法、盐基度等因素而变化。

聚合氯化铝溶液中含有的杂质直接影响比重和氧化铝的含量关系。例如，铝灰酸溶一步法产品中由于含有悬浮杂质，在相同盐基度和氧化铝含量条件下，比重大于铝屑酸溶一步法的产品；以矿物为原料，氢氧化铝凝胶调整法的产品比重小于碱直接中和法的产品。

盐基度对比重和氧化铝的关系有着更直接的影响：氧化铝含量相同，盐基度越低，比重越大。所以，不能用比重来定量的衡量产品的有效成分，只能在生产中作一个快速简便的分析指标。 (3)盐基度和pH值

盐基度是聚合氯化铝的重要品质指标，它直接决定着产品的化学结构、形态和许多特征，如聚合度、分子电荷量、混凝能力、贮存稳定性、pH值等。盐基度与碱化度有如下关系：盐基度=碱化度/3。

盐基度与pH值成正比关系，即pH值随盐基度的增高而增高。同时，相同盐基度，浓度不同，pH值也不同，所以，pH值不能用作衡量产品品质的定量参数。盐基度与混凝效果有十分密切的关系，同一浊度的原水，在相同投药量下，不同盐基度产品，混凝效果各不相同。

聚合氯化铝的稳定性和盐基度有密切的关系，盐基度在76．6％以下的液体产品，贮存半年以内是稳定的。同样盐基度，因生产工艺不同其稳定性也有差异。

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