pac的生产技术

pac的生产技术内容摘要：

面上的吸附形态，可以理解为“躺”在水平面上的水平型吸附，这种吸附比垂直型、回线型吸附更强烈，吸附层更薄也更完整。 但是，目前对提高两性絮凝剂吸附性能的研究还比较少，对两性絮凝剂吸附力（物理吸附 作用力与化学吸附作用力）和表面吸附状态的研究都还有待不断发展。 对无机絮凝剂作用机理的探讨一直是推动其发展的根本所在，传统铝、铁盐的絮凝作用机理，即以其水解形态与水体颗粒物进行电中和脱稳、吸附架桥或黏附网捕卷扫，从而形成粗大絮体再加以分离。 由于水解反应极为迅速，传统铝、铁盐在水解过程中并未形成具有优势絮凝效果的形态。 无机高分子絮凝剂之所以高效的原因，就是在于其预制过程中形成具有一定水解稳定性的优势絮凝形态为主的产物。 有关聚合铁水溶液的研究表明， Fe(Ⅲ )具有强烈的水解倾向，其配位水分子可以连续离解失去质子而转 化为结构羟基，从而生成多种可能的单体形式。 继而快速聚合生成低聚体或晶核，并趋向于进一步聚集成高分子形态。 而复合无机高分子絮凝剂具有更为突出的效果，其制备方法可以归结为两个大的方面：其一是在聚合铁的制造过程中引入一种或一种以上的阴离子，从而在一定程度上改变聚合物的形态结构及分布，制造出一类理想的新型聚合铁类絮凝剂；其二是依据协同增效的原理将聚合铁与一种或超过一种的其他化合物 (包括有机的或无机的 )复合制得一类新型高效絮凝剂。 第 12 页 共 45 页 论文研究目的和内容 研究目的和意义 水处理技术一般有沉淀处理等物 理处理、絮凝剂在用水与废水处理和生产过程的固液分离中占有重要的地位。 以水处理为例 ,絮凝能有效脱除 80%～ 95%的悬浮物质和65%～ 95%的胶体物质 ,可有效降低水中 COD；絮凝对除去水中的细菌、病毒效果稳定 ,通过絮凝净化 ,一般能把水中 90%以上的微生物与病毒一并转入污泥 ,使处理水的进一步消毒、杀菌变得比较容易。 使用性能优越的絮凝剂，控制合适的加药量及混合反应条件，再经沉淀或过滤，便能获得理想的处理效果。 本论文以氯化铝为原料制备聚合氯化铝， 然后 与高分子絮凝剂和其它药剂进行复配，得到高性能、多功能的复合絮凝剂， 将用于印染废水、重金属废水的处理。 研究内容 本论文主要研究内容是确定实验室制备 PAC 的方法，找出生产 PAC 的最佳参数，并测量该 PAC 的各项标准，然后用该种 PAC 做高岭土废水的絮凝实验，找出其絮凝的最佳参数，最后用该种 PAC 和 PAM 进行复合使用，找到其复合使用时的最佳参数。 本论文的预期目标是：生产出来的 PAC 符合国家标准； PAC 的絮凝效果不比市面上的差； PAC 和 PAM 复合使用后絮凝效果有很大的提升。 研究内容： （ 1）聚合氯化铝的生产及制备工艺参数的优化 水解法， 以 结晶氯化铝 为原料制备 PAC。 称取一定量的结晶氯化铝，分别加入不同的蒸馏水，在 100摄氏度水浴上加热到水分蒸发完全成固体时停止水浴加热，称重，置于干燥器内贮存。 其反应如下： 3 2 2 26 ( ) ( 1 2 )nA lCl H O n H O A l O H n H O n H Cl      6 2 6 2( ) [ ( ) ]n n n n mm A l O H Cl m H O A l O H Cl H O   （ 2）产品性能的测定（ 先和国家标准相比较，测定该产品的相关的系数 包括水不溶物含量、氧化铝含量、 PH值等。 要求达到或者超过国家标准。 然后 和市面上的 PAC相比较， 主要通过实验进行 比较。 通过在印染废水中投加相同重量的不同产品，比较 其絮 凝的时间、 絮凝的 效果 等 ） （ 3）聚合氯化铝和其 它物质 的复配 —— PAC和有机化合物的复合使用（ 阳离子 PAM、阴离子 PAM）。 并 确其定复配的最佳比例（由第 4点来确定）。 第 13 页 共 45 页 （ 4）测验聚合氯化铝的复配物对印染废水的处理效果（浊度、色度 、 絮凝效果 以及最佳絮凝条件的确定 等） 该项目由另一位同学做，在此不在赘述。 第 14 页 共 45 页 第 2 章 聚合氯化铝的制备 聚铝的制备方法 国内生产 PAC 的方法有许多 ,目前主要以酸溶一步法、酸浸中和两步法、凝胶法、热分解法等为主。 常用原料主要有单质铝 (铝锭、 铝灰、铝屑等各种铝加工下脚料 ) 、含铝矿物 (如铝土矿、粘土、高岭土、明矾石、煤矸石等 ) 、铝盐化合物 (如三氯化铝、硫酸铝等 ) 、粉煤灰等。 PAC 的制备可分为以下几种： 金属铝溶解法 该法所用原料主要是铝加工过程中的下脚料 ——— 铝屑、铝灰和铝渣、铝型材加工废渣等 ,在工艺上 ,该法可分为酸法、碱法、中和法三种。 酸法是将含铝原料溶解于盐酸中 ,经反应加水 ,水解过滤 ,除去铝渣 (可循环使用 ) ,在一定温度下聚合一定时间 , 不断测其盐基度至合格 , 得液体产品。 该法具有反应速度快、设备投资少、工艺简单 、操作方便的优点 ,是我国以金属铝为原料生产 PAC 的主要工业化方法。 但由于产品中杂质含量偏高 ,尤其是金属元素含量常超标 ,产品质量不稳定 ,设备腐蚀严重。 同时由于原料来源极为有限 ,生产过程会产生大量氢气、氯化氢、水蒸气、粉尘等 ,控制不当易引起爆炸 ,安全性较差 ,故多见于小规模露天生产或手工操作企业。 碱法生产由于工艺复杂、投资大、成本高 ,而且用碱量大 ,需大量盐酸中和至 pH 为 4～5 ,应用受到一定限制。 中和法则综合了酸法和碱法的优点 ,其主要机理 :铝原料与盐酸反应后 ,通过铝酸钠调节盐基度 ,浓缩、除盐得产品 PAC。 中和法的关键在于合成 PAC时 ,铝酸钠和 3AlCl 溶液之间的配比必须严格控制。 鉴于铝灰中含有较多的有害杂质 ,其生产的 PAC用于饮用水的净化会危害人体健康 ,国家建委 1991年已提出不允许使用有害杂质的铝灰生产用于给水处理的净水剂。 铝盐化合物生产法 铝盐化合物 3AlCl 、 2 4 3()Al SO 等可采用强碱直接碱化 ,使铝盐水解和聚合制得 PAC。 该法的关键是铝盐的充分水 解 ,为此可向铝盐溶液不断滴加稀碱溶液 ,并充分搅拌以避免局部碱过量而产生氢氧化铝沉淀。 以 3AlCl 为原料制备 PAC工艺简单 ,在强烈搅拌下 ,缓慢滴加 NaOH 溶液 ,直至达到要求 第 15 页 共 45 页 的盐基度 ,即得产品 PAC。 以硫酸铝和氯化铝为原料生产 PAC,则采用硫酸盐沉淀法 ,在硫酸铝和三氯化铝的混合液中加入石灰、石灰石 ,使硫酸根离子和钙生成难溶的硫酸钙沉淀 ,从混合液中分离 ,使铝氯物质的量比增大 ,从而得到一定盐基度的 PAC。 若以结晶氯化铝为原料 ,也可采用沸腾热解法制得固体 PAC ,结晶氯化铝在一定温度下热解 ,分解出氯化氢和水 ,聚合变成粉状产物 ,即 PAC (熟料 ) ,将熟料加一定量水搅拌 ,在较短时间内固化成树脂性产物 ,经干燥、粉碎即可得固体 PAC 产品。 该法生产设备投资大 ,由于铝盐价格较昂贵 ,相对生产成本高 ,工业生产应用较少。 但产品较纯 ,常用于化验室制备少量实验样品。 氢氧化铝法 (1) 凝胶法 常压下 ,结晶 3()Al OH 在盐酸中溶解度较小 ,通常溶出液中铝的当量比小于 1. 0 ,为此 ,必须首先将结晶 3()Al OH 变为无定型凝胶状 ,主要通过以下反应完成 : 3()Al OH +NaOH＝ Na 4()Al OH 2 4NaAl (OH) + 2CO =2 3Al (OH) ↓ + 23NaCO + 2HO 2 3()Al OH +(6 n) HCl= 2 6nAl (OH) nCl + (6n) H2O 该工艺的关键是碳酸化分解 ,分解过程中若条件控制不当 ,制得凝胶氢氧化铝在盐酸中溶解性不好 ,或即使溶解 ,产品的稳定性也不好。 分解反应也可利用碳酸氢钠代替二氧化碳。 此工艺的优点是生产条件温和 ,产品质量好。 缺点是流程长 ,生产成本较高。 中国科学院生态研究中心等单位近年开发了利用拜耳炼铝生产过程的中间产物3Al (OH) 凝胶生 产 PAC的工艺。 即采用过量氢氧化铝凝胶与盐酸在 150～ 180℃和 MPa 下制得液体 PAC,经浓缩、烘干 ,即得固体 PAC产品。 该生产工艺简单 ,产品质量稳定 ,无三废产生 ,但反应条件苛刻 ,对设备要求较高 ,腐蚀性强 ,一般市售搪玻璃反应釜难以适应 ,生产中确保质量颇为不易。 (2) 氢氧化铝酸溶二步法 该法有两次酸溶过程 ,工业氢氧化铝用硫酸溶解生成硫酸铝溶液 ,硫酸铝溶液与氨水以一定的配比进行水解反应 ,制备活性碱式硫酸铝凝胶 ,反应完毕后 ,将料浆送入压滤机压滤 ,滤液 (硫酸铵 ) 回收 ,滤饼再与盐酸在常温下进 行聚合反应 ,即可制得液体 PAC 成品。 该工艺是国内外最重要的工业化生产方法 ,工艺简单、成熟 ,投资少 ,产品质量稳定 ,性能好 ,成本低 ,铝溶出率可达 70 %～ 95 %。 第 16 页 共 45 页 (3) 氢氧化铝酸溶一步法 近年来 ,白文科等开发了一步酸溶工艺 , 将 20 %盐酸与氢氧化铝按质量比 应器 ,同时加入质量分数为 5. 8 %的硫酸作助溶剂 ,搅拌、升温至 80～ 90℃ ,保持体系压力在0. 2 MPa 左右 ,反应 h,此时大部分固体氢氧化铝溶解 ,以氨水调节体系 pH 至 3. 5 ,得黄色透明液体 ,经降温、过滤得产品。 该生产工艺简单 ,设备投资小、生产周期短、产品质量优良 ,是一种值得推广的生产工艺。 另外 ,刘振明一步酸溶法工艺主要技术为 :在反应釜中把氢氧化铝和工业盐酸混合均匀 ,添加催化剂 ,用蒸汽加热 ,反应 6～ 8h ,然后在沉淀槽中沉淀 ,再在干燥机中干燥 ,直接制得产品。 该工艺简单 ,产品重金属离子含量少 (不含氟和汞 ) 、稳定性高 ,盐基度可达到45 %～ 50 %。 矿物原料生产法 矿物原料生产法的研究和应用最多的是铝矿、粘土原料法。 其传统的制备工艺 :一是焙烧法 ,即在高温条件下 ,将铝矿、粘土矿等焙烧 ,使惰性的 23AlO 水合物转变成活性的 γ 23AlO , 从而提高 23AlO 在酸中的反应率。 二是加压法 ,即在一定压力下 ,增加 23AlO 在反应体系中的反应率。 我国生产 PAC的天然矿石主要有高岭土、铝土矿、高铝粘土、明矾石、霞石、长石等。 (1) 以铝土矿、粘土矿为原料的制造方法 以粘土矿和铝土矿为原料制备 PAC 的生产方法较复杂 ,由于这些矿物 中的铝一般不能被酸溶出 ,必须经一系列加工处理之后才能使铝溶出 ,按铝的溶出方式可分为酸法和碱法。 酸法适用于粘土矿、煤矸石、高岭土、一水软铝石、三水铝石等矿物原料 ,不适合于一水硬铝土矿。 其生产工艺 :将矿物加工成粒度 40～ 60目粉末 ,再经 600～ 800℃焙烧活化后 ,用盐酸溶出 ,溶出液经盐基度调整 ,即可得到 PAC 成品溶液。 一水硬铝石 (α 23AlO 2HO) 或其他含铝矿物难溶于酸 ,可采用碱法制备 PAC,用碳酸钠、 石灰与矿物固相烧结反应或氢氧化钠与矿粉液相反应 ,制得铝酸钠 ,再分解制得凝胶氢氧化铝 ,用凝胶法制得 PAC。 碱法生产投资大、设备复杂、成本高 ,除与氧化铝配套生产外 ,一般很少单独使用。 (2) 煤矸石制备结晶 PAC 煤矸石是夹在煤层中的矸石 , 主要成分为 23AlO 和 2SiO ,其中 23AlO 质量分数达 25 %左右 ,是一种可利用资源。 煤矸石经焙烧粉碎后和质量分数为 20 %的盐酸 混合液加入装有回流冷凝器的反应釜中 ,在搅拌下进行反应 ,温度达到 100℃时 ,保温 1 h ,冷却后 ,向料浆中加 第 17 页 共 45 页 入质量分数为 1 %的聚丙烯酰胺凝聚剂进行沉降 ,2～ 3h 后真空抽滤 ,硅渣经水洗至中性 ,可作水玻璃 ,母液用减压浓缩得结晶氯 化铝粗品 , 经进一步精制后 , 可得到质量分数为 98. 9 %三氯化铝 ( 3AlCl 26HO ) (铁质量分数为 0 005%),达到一级品标准。 将制备的未经减压浓缩的氯化铝溶液 ,调整到相对密度d418 = 1. 12 ,氯化铝质量分数为 13. 5 % ,在 30℃搅拌下 ,缓慢加入 20 %的氢氧化钠搅拌 4 h ,保持温度 15～ 20 ℃ ,熟化 5d ,即得到质量分数为 30%的 PAC 溶液 ,经减压浓缩可生产固体PAC ,固体产品中氧化铝质量分数大 于 30 % ,碱化度为 78 %。 (3) 酸溶 微波热解法从粉煤灰中制取 PAC 粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物 ,粉煤灰中 23AlO , 23FeO ,CaO, 2KO 等多种有用物质 ,其中 23AlO 质量分数为 15 %～ 40 % ,最高可达 50 %以上。 由于粉煤灰是经过高温燃烧产生的 ,其中约 90%的 2SiO 及 23AlO 呈玻璃态 ,3 23AlO 2SiO (红柱石 ) 形式存在 ,而不以活性γ 23AlO 形式存在 ,因此 ,很难用酸直接溶解出来。 因此打开 Al — Si键 ,使 23AlO 自玻璃体中释放出来 ,利。