聚合氯化鋁的生產方法和生產工藝過程
聚合氯化鋁的生產方法有鋁礬土生產聚合氯化鋁、金屬鋁生產聚合氯化鋁、氫氧化鋁生產聚合氯化鋁等多種多種方法工藝,淄博枘澎環??萍脊静捎玫木酆下然X生產配方是先進的鋁礬土法生產工藝配方,生產過程對工業廢棄物循環利用,生產成本大大降低,并且生產的聚合氯化鋁產量高、含量高、質量好。
鋁礬土生產聚合氯化鋁生產方法、工藝過程:
以鋁土礦為原料制備聚合氯化鋁的生產方法較復雜,由于這些礦物中的鋁一般不能直接被酸溶出,必須經過一系列加工處理之后才能呢個使鋁溶出。按鋁的溶出方式可分為酸法和堿法。酸法適用于粘土礦、煤矸石、高嶺土、一水軟鋁石、三水鋁石等礦物原料。
聚合氯化鋁生產配方:鋁礬土加鋁酸鈣粉。鋁礬土是鋁硅酸鹽類礦物,按結構含水狀況分為三水鋁石(Al2O3·3H2O),一水軟鋁石(γ-Al2O3·H2O)和一水硬鋁石(α-Al2O3·H2O),提取鋁的難度一次遞增。
我國三水鋁石的富礦較少,生產混凝劑的鋁礬土原料多為一水軟鋁石,工藝流程是以一水軟鋁石為原料,將礦石粉碎磨細后在沸騰爐中以650-800℃焙燒,把熟礦粉在反應罐中加溫加壓溶出鋁液,溶出時可采用不足量酸分段溶出,可加入氫氟酸提高溶出率,然后在以鋁酸鈣提高鹽基度;分段溶出時灌內溫度為120-130℃,壓力為2.0-2.2㎏/㎝2,Al2O3的溶出率為90%以上。
聚合氯化鋁生產工藝流程圖1:
此方法生產的聚合氯化鋁鹽基度在60%-90%,氧化鋁質量分數為25%-31%,該方法溶解時間短,溶出率高,但是沒有在常壓下生產的產量高。
也可以利用鋁礬土生產鋁酸鈣后,直接用鹽酸和鋁酸鈣一步法生產聚合氯化鋁的工藝。用高品位鋁礬土與石灰石經破碎、烘干、球磨、制坯、煅燒、粉磨后,生產出Al2O3含量較高且Al2O3活性較強的鋁酸鈣粉,可直接用于生產聚合氯化鋁等凈水劑,然后用鹽酸處理該鋁酸鈣,獲得相應的鋁鹽。在該溶出過程中,鋁酸鈣中其他雜志,如Ca、Si、Fe、Ti、Mg等也會部分溶出,在控制鹽酸用量的前提下,反映過程中可直接獲取堿式氯化鋁,并伴有堿式氯化鐵生成。聚合氯化鋁的生產方法反應式為:
CaO·Al2O3+3HCl=Al2(OH)nCl6-n+CaCl2+2H2O
當溶出反應進展到一定程度,且PH值較為適當的時候,堿式氯化鋁相鄰兩個羥基就會發生架橋作用而聚合和或自聚,并最終轉化為聚合氯化鋁。對應的反應式如下:
mAl2(OH)nCl6-n=[Al2(OH)nCl6-n]m
另外,一水硬鋁石(α-Al2O3·H2O)或其它含鋁礦物難溶于酸,可采用堿法制備聚合氯化鋁;用碳酸鈉、石灰制得鋁酸鈉,再分解制得凝膠氫氧化鋁,用凝膠法制得聚合氯化鋁。
聚合氯化鋁生產工藝流程圖2:
對粒度的要求為100μm者占95%以上,焙燒溫度以860℃為宜,偏差不能超過±10℃。若溫度太低,氧化鋁以γ-Al2O3的形存在,可溶于堿,不能達到化學選礦的要求;溫度過高,則會生成多鋁紅柱石,從而損失氧化鋁。加堿溶出時需要260-280℃的高溫,這時鋁以鋁酸鈉的形式進入溶液。為得到凝膠氫氧化鋁,應向鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳,加入鹽酸,使凝膠氫氧化鋁溶解,升溫聚合便可制的液態聚合氯化鋁。
金屬鋁法生產聚合氯化鋁
金屬鋁法所用原料主要是鋁加工的下腳料鋁屑、鋁灰和鋁渣等。工藝上可分為酸法、堿法、中和法三種。目前,我國以金屬鋁為原料生產PAC的廠家大多采用酸法生產。酸法具有反應速度快。設備投資少、工藝簡單、操作方便的優點,但溶液中的雜質含量偏高,產品質量不穩定,設備腐蝕嚴重。堿法生產工藝則難度較高,設備投資較大,成本較高,其應用受到一定限制。中和法的特點是綜合了酸法和堿法兩者的優點。酸溶法生產聚合氯化鋁的的主要反應式為:
2Al+6H+=2AL3++3H2
2Al3++nH2O=AL2(OH)n(6-n)++nH+
m[AL2(OH)n(6-n)+]=[AL2(OH)n]mm(6-n)+
此法原料來源極為有限,生產過程會產生大量氫氣和熱量,氫氣連同氯化氫、水蒸汽、粉塵等四處彌漫,控制不當有引起爆炸的危險,故操作環境惡劣,安全性較差,常見于一些小規模露天生產、手工操作的企業。
近年來,有些廠家研究開發了利用廢鋁箔包裝材料生產聚合氯化鋁的新技術。該技術既能充分回收利用其中的鋁,又可回收利用其中的紙、塑料,具有一定的經濟效益和良好的社會效益。
氫氧化鋁酸溶法生產聚合氯化鋁
氫氧化鋁酸溶法是以氫氧化鋁為原料,國內和國外都普遍采用的一種工藝。氫氧化鋁純度高,生產的產品重金屬含量很低,但由于氫氧化鋁酸溶性比較差,因此一般在反應釜中采用加溫加壓的方法溶出鋁液,經分離熟化后即可得到聚合氯化鋁產品,還可以在反應釜中加壓加熱,這樣可以使氫氧化鋁中鋁的溶出率達到90%以上。這種工藝相對比較簡單,但是所得產品的鹽基度偏低,在40%左右,基本反應式為:
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)
為提高產品的鹽基度,逐漸發展到第二步,為了不引入其它重金屬雜質,一般采用在低鹽基度產品中加入鋁屑和鋁酸鈉。這樣鹽基度一般可提高到70%以上。
氫氧化鋁酸溶法生產聚合氯化鋁工藝流程圖:
在采用鋁酸鈣粉調整鹽基度時,可以將鹽基度調的更低,這樣可以加強氫氧化鋁的溶解,減少不溶性氫氧化鋁的量。鹽酸的濃度可以控制在20%以上,酸的濃度越大,氫氧化鋁的溶解性越好。在實際生產中,反應配料比為Al(OH)3∶鋁酸鈣礦粉=(0.6-0.9)∶1(質量比)。在常壓下、于80-100℃反應3-4h,過濾即得液體產品,通過噴霧烘干或者滾筒烘干即可得到固體產品。
氫氧化鋁酸溶法生產聚合氯化鋁的工藝關鍵是碳酸化分解,分解過程中若條件控制不當,制得凝膠氫氧化鋁在鹽酸中溶解性不好,或即使溶解,產品的穩定性也不好,分解反應也可利用碳酸氫鈉代替二氧化碳。此工藝的優點是生產條件溫和,聚合氯化鋁質量好,缺點是流程長,生產成本較高。
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