聚合聚合氯化鋁有哪些不同制法

聚合聚合氯化鋁有哪些不同制法
以鋁屑、鋁灰及鋁渣為原料 
酸溶一步法 
將鹽酸、水按一定比例投加于一定量鋁灰中，在一定溫度下充分反應(yīng)，并經(jīng)過若干小時熟化后．放出上層液體即得聚合氯化鋁液體產(chǎn)品。鋁反應(yīng)為放熱反應(yīng)，如果控制好反應(yīng)條件如鹽酸濃度和量，水量及投加速度和順序，就可以充分利用鋁反應(yīng)放出的熱量，使反應(yīng)降低對外加熱量的依賴度，甚至不需外加熱源而過自熱進行反應(yīng)，控制其鹽基度至合格。該法具有反應(yīng)速度快，投資設(shè)備少，工藝簡單，操作方便等特點產(chǎn)品鹽基度和氧化鋁含量較高，因而該法在國內(nèi)被普遍采用。但此工藝對設(shè)備腐蝕較嚴重，生產(chǎn)出的產(chǎn)品雜質(zhì)較多，特別是重金屬含量容易超標，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。阮復(fù)昌等? 利用電解鋁粉、分析純鹽酸為原料，在實驗室制備 
出了超純的聚合氯化鋁，據(jù)稱可用于實驗室制備聚合氯化鋁標準溶液。
堿溶法 
先將鋁灰與氫氧化鈉反應(yīng)得到鋁酸鈉溶液，再用鹽酸調(diào)pH值，制得聚合氯化鋁溶液。這種方法的制得的產(chǎn)品外觀較好，水不溶物較少，但氯化鈉含量高，原材料消耗高，溶液氧化鋁含量低，工業(yè)化生產(chǎn)成本較大.
 中和法 
該法是先用鹽酸和氫氧化鈉與鋁灰反應(yīng)．分別制得氯化鋁和鋁酸鈉，再把兩種溶液混合中和．即制得聚合氯化鋁液體。用此方法生產(chǎn)出的產(chǎn)品不溶物雜質(zhì)較少，但成本較高。劉春濤等l2 先用鹽酸與鋁箔反應(yīng)，再把得到的氯化鋁分為兩部分，一部分用氨水調(diào)節(jié)pH值至6～6．5．得到氫氧化鋁后．再把另一部分氯化鋁加入到氫氧化鋁中使其反應(yīng)．得到聚合氯化鋁液體產(chǎn)品，干燥后得到固體產(chǎn)品，據(jù)稱產(chǎn)品的鋁含量和鹽基度等指標都很高。
原電池法 
該工藝是鋁灰酸溶一步法的改進工藝，根據(jù)電化學原理．金屬鋁與鹽酸反應(yīng)可組成原電池，在圓桶形反應(yīng)室的底部置人用銅或不銹鋼等制成的金屬篩網(wǎng)作為陰極，倒人的鋁屑作為陽極，加入鹽酸進行反應(yīng)，終制得PAC。該工藝可利用反應(yīng)中產(chǎn)生的氣泡上浮作用使溶液定向運動，取代機械攪拌，大大節(jié)約能耗。
以氫氧化鋁為原料 
將氫氧化鋁與鹽酸和水按一定比例，在合適的溫度和壓強下反應(yīng)，熟化后制得聚合氯化鋁產(chǎn)品。該法生產(chǎn)工藝簡單，在上世紀80年代是國內(nèi)外普遍采用的一種工藝。由于氫氧化鋁酸溶性較差，故酸溶過程需加溫加壓。但此法生產(chǎn)出的產(chǎn)品鹽基度不高，通常在30％ ～50％ 范圍內(nèi)，國內(nèi)已有很多提高鹽基度的研究， 如投加鋁屑、鋁酸鈉、碳酸鈣、氫氧化鋁凝膠和石灰等．此法生產(chǎn)出的產(chǎn)品雜質(zhì)較少．但以氫氧化鋁為原料生產(chǎn)成本較高，制得的產(chǎn)品多用于飲用水。晏永祥等 采用氫氧化鋁酸溶法．以純鋁板為除鐵劑．制備出了高純聚合氯化鋁。
以氯化鋁為原料 
沸騰熱解法 
用結(jié)晶氯化鋁在一定溫度下熱解，使其分解出氯化氫和水，再聚合變成粉狀熟料，后加一定量水攪拌，短時間可固化成樹脂性產(chǎn)品，經(jīng)干燥后得聚合氯化鋁固體產(chǎn)品。
加堿法 
先配置一定濃度的氯化鋁溶液，在一定溫度下強烈攪拌 同時緩慢滴加一定量的氫氧化鋁溶液，反應(yīng)至溶液變澄清，上清液即為聚合氯化鋁液體產(chǎn)品。通常認為微量加堿法(極慢的加堿速度)所得產(chǎn)品的Al 的質(zhì)量分數(shù)可達80％ 以上，趙華章等通過提高溫度等手段制得了總鋁濃度為0．59 mol／L，Al 的質(zhì)量分數(shù)達80．7％ 的產(chǎn)品。但國外有報道指出在鋁濃度很低的情況下，緩慢加堿得不到Al 反而在90 c【=下通過快速堿可得到Al 的質(zhì)量分數(shù)為100％ 的PAC溶液 ，于月華等 用逐 滴加堿法制得聚合氯化鋁，制得的產(chǎn)品據(jù)稱Al 含‘ 量也不高。
電解法 
該法中科院研究較多，通常以鋁板為陽極，以不銹鋼為陰極，氯化鋁為電解液，通以直流電，在低壓、高電流的條件下，制得聚合氯化鋁。曲久輝等 10]利用此法制得了堿化度高、Al 含量高的聚合氯化鋁產(chǎn)品。也有學者對此裝置進行了改進，如何錫輝等? 用對氫過電位更低的金屬銅作陰極．且可提高耐腐蝕性和導(dǎo)電性。羅亞田等_l2 用特制的倒極電源裝置合成聚合氯化鋁，據(jù)稱可以減少電解過程中的極化現(xiàn)象。
電滲析法 
路光杰等l13 對此作了研究，以氯化鋁為電解液，以石墨(或鈦釕網(wǎng))等惰性電極為陽極，多孑L鐵板(或鉑片)為陰極，以兩張陰離子交換膜構(gòu)成反應(yīng)室，通以直流電，反應(yīng)后得到聚合氯化鋁產(chǎn)品。
膜法 
該法把堿液放在膜的一側(cè)，膜的另一側(cè)放置氯化鋁溶液，利用膜表面的微孔作為分布器，使堿液通過微孑L微量地加入到氯化鋁溶液中去．從而制得Al 含量高的聚合氯化鋁。彭躍蓮等ll4’利用超濾膜制得的聚合氯化鋁產(chǎn)品Al 的質(zhì)量分數(shù)可達79．6％以上．張健等_l5]利用中空纖維膜制得的聚合氯化鋁產(chǎn)品中的Al 的質(zhì)量分數(shù)據(jù)稱可達90．18％。
以含鋁礦物為原料 
鋁土礦、高嶺土、明礬石、霞石等礦物鋁土礦是一種含鋁水合物的土狀礦物，其中主要礦物有三水鋁石、～ 水軟鋁石、一水硬鋁石或這幾種礦物的混合物，鋁土礦中AI O 的質(zhì)量分數(shù)一般在40％ ～80％ 之間，主要雜質(zhì)有硅、鐵、鈦等的氧化物。高嶺土鋁的質(zhì)量分數(shù)在40％ 左右，其分布較廣，蘊藏豐富，主要成分是三氧化二鋁和二氧化硅。明礬石是硫酸復(fù)鹽礦物，在我國資源較為豐富，明礬石在提取氯化物、硫酸、鉀鹽的同時，可制得聚合氯化鋁，是一種利用價值較高的礦物。霞石鋁的質(zhì)量分數(shù)在30％ 左右，若用燒結(jié)法制聚合氯化鋁，同時可得副產(chǎn)品純堿或鉀鹽。這些礦物一般采用酸溶法和堿溶法來制備聚合氯化鋁_I6]。酸溶法適用于除一水硬鋁礦外的大多數(shù)礦物。生產(chǎn)工藝是：① 礦物破碎。為使液固相反應(yīng)有較 
大的接觸面，使氧化鋁盡量溶出，同時又考慮到殘渣分離難度問題．通常將礦石加工到40～60目的 粉末。② 礦粉焙燒。為提高氧化鋁的溶出率，需對礦粉進行焙燒．佳焙燒時間和焙燒溫度與礦石 種類和性質(zhì)有關(guān)，通常在600～800 cC之間。③ 酸溶。通常加入的鹽酸濃度越高，氧化鋁溶出率越高，但考慮到鹽酸揮發(fā)問題，通常選用質(zhì)量分數(shù)為20％ 左右的鹽酸。調(diào)整鹽基度熟化后即得到聚合氯化鋁產(chǎn)品。胡俊虎等[171以煤系高嶺土為原料，氧化鈣為助溶劑，酸浸一步合成制得聚合氯化鋁鐵．干燥后固體產(chǎn)品測得氧化鋁的質(zhì)量分數(shù)大于30％ 。一水硬鋁石或其它難溶于酸的礦石，可用堿法制備聚合氯化鋁。生產(chǎn)工藝前兩步與酸法一樣，都需破碎和焙燒，后用堿溶，用碳酸鈉或氫氧化鈉或其它堿與礦粉液反應(yīng)，制得鋁酸鈉，再用碳酸氫鈉和鹽酸調(diào)節(jié)，制得聚合氯化鋁。堿法投資大，設(shè)備復(fù)雜，成本高，一般使用較少。
煤矸石 
煤矸石是洗煤和選煤過程中排出的固體廢棄物．隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展．煤矸石的產(chǎn)量日益劇增，而廢棄煤矸石容易污染環(huán)境。以煤矸石為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁，不僅解決了其污染問題，而且還使其有了使用價值。煤矸石一般含有質(zhì)量分數(shù)為l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石為原料可制得聚合氯化鋁或聚合氯化鋁鐵， 自上世紀60年代以來，已經(jīng)投入工業(yè)化生產(chǎn)。常用的生產(chǎn)工藝是：煤矸石經(jīng)破碎和焙燒。在一定溫度下加入鹽酸反應(yīng)若干小時后．可加入聚丙烯酰胺進行渣液分離，渣經(jīng)適當處理后可作為制水泥原料，母液經(jīng)濃縮結(jié)晶可制得結(jié)晶三氯化鋁。這時可用沸騰熱分解制得聚合氯化鋁，也可采用直接加入一定濃度的氫氧化鈉調(diào)節(jié)鹽基度制得聚合氯化鋁。馬艷然等『l。 利用煤矸石為原料制備出了符合標準的聚合氯化鋁產(chǎn)品。
鋁酸鈣礦粉 
鋁酸鈣粉由鋁土礦、碳酸鈣和其它配料經(jīng)高溫煅燒，冷卻后磨粉而得。按制作聚合氯化鋁方法的不同，分為堿溶法、酸溶法和兩步法。
(1)堿溶法 
用鋁酸鈣礦粉與純堿溶液反應(yīng)得到偏鋁酸鈉溶液，反應(yīng)溫度為100～ll0 cC，反應(yīng)4 h左右。后 
在偏鋁酸鈉溶液中通人二氧化碳氣體，當溶液pH值為6～8時。形成大量氫氧化鋁凝膠，這時停止 
反應(yīng)．這一過程反應(yīng)溫度不要超過40 cC，否則會形成老化的難溶膠體。后在所生成的氫氧化鋁中加入適量的鹽酸加熱溶解，得到無色、透明、黏稠狀的液體聚合氯化鋁，干燥后得到固體聚合氯化鋁。此法生產(chǎn)出的產(chǎn)品重金屬含量低，純度高，但 
生產(chǎn)成本較高。
(2)酸溶法 
把鋁酸鈣粉直接與鹽酸反應(yīng)，調(diào)整完鹽基度并熟化后即得到聚合氯化鋁液體產(chǎn)品。該法工藝簡單，投資少，操作方便，生產(chǎn)成本低，但產(chǎn)品的不溶物，重金屬含量較高，固體產(chǎn)品氧化鋁含量通常不高．質(zhì)量分數(shù)為28％ 左右，產(chǎn)品外觀較差，鐵離子含量高。鄭懷禮等 用酸溶法制備了聚合氯化鋁鐵。
(3)兩步法 
這種生產(chǎn)方法一般采用酸溶兩步法的生產(chǎn)工藝，在常壓和一定溫度下，步加較高的鹽酸量比到鋁土礦粉中，使氧化鋁盡可能溶出，第二步是把步反應(yīng)的上清液與新加入的鋁酸鈣粉反應(yīng)。這一步既有氧化鋁溶出，又可以調(diào)節(jié)鹽基度。通常步的氧化鋁能溶出80％ 以上，第二步的氧化鋁溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀礦渣一般回流到步反應(yīng)中去。董申偉等 用鋁土礦和鋁酸鈣粉為原料，采用酸溶兩步法工藝，制得了氧化鋁的質(zhì)量分數(shù)為10．11％．鹽基度為85％ 的液體聚合氯化鋁產(chǎn)品。
以粉煤灰為原料 
粉煤灰是火力發(fā)電廠水力除灰系統(tǒng)排放的固體廢棄物。由于粉煤灰中約90％ 三氧化鋁呈玻璃態(tài)． 活性不高。酸溶很難直接把三氧化鋁溶解。以往通常采用堿石灰法。但設(shè)備投資大，對設(shè)備腐絀性 高，能耗大且需大量純堿，實際生產(chǎn)意義不大。有人用KF、NH4F等作為助溶劑打開硅鋁鍵，再用酸 溶，以提高氧化鋁溶出率．酸溶后得到氯化鋁，再用熱解法或用氫氧化鈉調(diào)節(jié)鹽基度。陸勝等用粉煤灰為原料，NH F為助溶劑，制得了聚合氯化鋁產(chǎn)品，據(jù)稱能耗低。