我國(guó)聚合氯化鋁行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀
聚合氯化鋁PAC是一種無機(jī)高分子混凝劑，其制備工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、處理成本低、絮體形成快，沉淀性能好，水中堿度消耗少，目前已廣泛應(yīng)用于生活用水、生活污水及工業(yè)廢水的凈水處理。
近年來，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)度的快速推進(jìn)和我國(guó)工業(yè)快速發(fā)展，帶來了城鎮(zhèn)用水和工業(yè)用水的快速激增以及我國(guó)水系污染綜合治理力度的加大，極大地促進(jìn)了凈水劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給作為當(dāng)今世界用量最大的水處理混凝劑-聚合氯化鋁的發(fā)展帶來巨大市場(chǎng)機(jī)遇，其需求量將日益增長(zhǎng)，因此，現(xiàn)有工藝的優(yōu)化和完善以及新技術(shù)、 新工藝的研發(fā)為聚合氯化鋁的快速發(fā)展提供有力技術(shù)支撐顯得尤為重要。
聚合氯化鋁因原料不同其生產(chǎn)工藝制備也不同，高效低耗、綠色環(huán)保、成本低廉是聚合氯化鋁制備所追求的目標(biāo)。
以鋁屑、鋁灰、鋁渣為原料制備方法
將鋁加工過程中的下腳料鋁屑、鋁灰和鋁渣、鋁型材加工廢渣溶解于鹽酸中，經(jīng)加水，水解過濾，聚合，可得液體產(chǎn)品。其中，酸水比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及熟化溫度和熟化時(shí)間對(duì)制備聚合氯化鋁的性能都有一定的影響，從而影響成品的鹽基度和氧化鋁濃度。此外，鋁灰與鹽酸反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，合理利用反應(yīng)放出的熱量可減少外加熱源的使用，有利于節(jié)能。該工藝原料價(jià)格便宜，可變廢為寶，有利于資源的綜合利用；工藝簡(jiǎn)單，投資設(shè)備少，操作方便。但該方法的缺點(diǎn)在于：產(chǎn)品中雜質(zhì)含量偏高，尤其是金屬元素含量超標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重；鋁灰本身屬于易爆物，而且在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量易燃易爆氣體和粉塵等，對(duì)生產(chǎn)過程要求較為嚴(yán)格，控制不當(dāng)容易引發(fā)爆炸，安全性差，而且操作環(huán)境惡劣，污染嚴(yán)重。
以含鋁礦物為原料的制備工藝
以鋁土礦、黏土為原料的制備方法
鋁土礦、黏土經(jīng)溫度為600-800℃焙燒預(yù)處理，繼而用鹽酸浸出，浸出液經(jīng)鹽基度調(diào)整即可得到PAC產(chǎn)品。該方法適用于黏土礦、高嶺土、一水軟鋁石、三水鋁石等礦物原料，但該法不適用于一水硬鋁石。
目前國(guó)內(nèi)大型聚氯化鋁生產(chǎn)企業(yè)都采取這種工藝進(jìn)行生產(chǎn)。含鋁礦物經(jīng)焙燒預(yù)處理后使礦物中氧化鋁的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使其易與鹽酸發(fā)生反應(yīng)。焙燒過程中溫度的控制非常重要，溫度高于850℃ ，含鋁礦物的氧化鋁晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，變成難以與鹽酸反應(yīng)的物質(zhì)。此外，鹽酸濃度對(duì)聚合氯化鋁制備非常重要，控制好鹽酸濃度即可達(dá)到理想的氧化鋁溶出效果，又能兼顧溶出液的鹽基度，同時(shí)又能減少鹽酸揮發(fā)程度造成的損失。
我國(guó)含鋁礦物資源豐富、價(jià)格低廉、設(shè)備少而簡(jiǎn)單、流程短、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)、混凝效果好，既可生產(chǎn)液體，也可生產(chǎn)易儲(chǔ)運(yùn)的固體，適合工業(yè)化生產(chǎn)。缺點(diǎn)在于：含鋁礦物原料中重金屬最終進(jìn)入PAC產(chǎn)品造成重金屬元素超標(biāo)；少數(shù)企業(yè)采用副產(chǎn)鹽酸為原料，使產(chǎn)品中帶人多種有機(jī)污染物導(dǎo)致產(chǎn)品中的不溶物含量較高，影響水處理企業(yè)設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)環(huán)境；添加鋁酸鈣調(diào)鹽基度，使PAC產(chǎn)品中含有大量氯化鈣雜質(zhì)，增加了鹽酸的消耗和水處理成本；渣量大，由于鐵含量較高，外觀較差。一水硬鋁石鋁土礦中氧化鋁的結(jié)晶形態(tài)為最穩(wěn)定的類型，難以溶于酸，可采用堿法制備聚合氯化鋁，但該法流程復(fù)雜，投資大，成本高，一般很少用于工業(yè)化生產(chǎn)。
以煤矸石為原料的制備方法
煤矸石是煤炭在開采和加工過程中所伴生的煤中夾石，煤矸石主要化學(xué)成分：SiO2、A12O3、Fe2O3。以煤矸石為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁具有重要意義，既可合理利用廢棄資源，又具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。其主要工藝流程如下：煤矸石經(jīng)焙燒粉碎后與20％鹽酸反應(yīng)，反應(yīng)溫度為100℃，保溫1h，冷卻后，向料漿中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．1％的非離子聚丙烯酰胺絮凝劑進(jìn)行沉降、壓濾。硅渣經(jīng)水洗至中性，可做水玻璃的生產(chǎn)原料。母液經(jīng)減壓濃縮得結(jié)晶氯化鋁粗品，進(jìn)一步精制后，可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.9％的三氯化鋁。將結(jié)晶氯化鋁溶液在加熱條件下與鋁酸鈣反應(yīng)，即可到鹽基度為80％～90％的聚合氯化鋁。
以氫氧化鋁為原料的制備方法
氫氧化鋁凝膠常壓酸溶法
常壓下，不論拜耳法還是燒結(jié)法生產(chǎn)的普通氫氧化鋁的酸溶率都低于75％，為了提高氫氧化鋁的酸溶率，需要用堿重溶，進(jìn)而通過碳酸化分解生成無定形凝膠狀，然后再與鹽酸反應(yīng)，制取聚合氯化鋁。該工藝流程非常繁雜，生產(chǎn)成本較高，經(jīng)濟(jì)效益較低。
氫氧化鋁加壓酸溶法
以氫氧化鋁為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁，若采用常壓條件下酸浸出，氧化鋁溶出率較低，生產(chǎn)成本升高。采用加壓酸溶有利于提高氧化鋁溶出率，其工藝如下：將氫氧化鋁和鹽酸按一定比例加人高壓反應(yīng)釜中，升溫至110-140℃，壓力為0.2-0.4MPa，反應(yīng)時(shí)間2.5-4h，可制得黃色透明液體，經(jīng)降溫、過濾得產(chǎn)品。酸浸過程可以加氟硅酸鈉、硫酸、聚合氯化鋁作助溶劑，助溶劑不僅提高氧化鋁溶出率又能適當(dāng)降低反應(yīng)壓力和溫度，提高反應(yīng)釜的使用壽命。在氫氧化鋁浸出液中可加碳酸鈣、鋁酸鈣粉、碳酸鋁鈉、鋁酸鈉、氫氧化鋁凝膠等可提高產(chǎn)品鹽基度。目前，我國(guó)普遍使用鋁酸鈣為鹽基度調(diào)整原料，鋁酸鈣在常壓下能迅速大幅度提高產(chǎn)品鹽基度的同時(shí)也提高了產(chǎn)品氧化鋁含量，使產(chǎn)品更加穩(wěn)定，對(duì)凈化和降低水中殘留鋁有獨(dú)特效果。鋁酸鈣作為鹽基度調(diào)整劑是中國(guó)獨(dú)創(chuàng)，它的使用極大的推動(dòng)了PAC工藝技術(shù)的進(jìn)步。氫氧化鋁為原料的制備工藝的缺點(diǎn)在于：原料成本高、設(shè)備要求高、投資大。優(yōu)點(diǎn)在于：原料來源廣、工藝流程簡(jiǎn)單、便于生產(chǎn)操作、機(jī)械自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品雜質(zhì)少、質(zhì)量好、廢渣少、生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境污染輕微。
以三氯化鋁為原料制備方法
控制三氯化鋁分解溫度和分解時(shí)間，即可得到不同堿化度的聚合氯化鋁。三氯化鋁熱分解制備聚合氯化鋁，可分為濕法熱分解和干法熱分解。濕法熱分解是將氯化鋁或低堿度的聚合氯化鋁溶液在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，濃縮、驅(qū)趕走部分氯化氫，隨著加熱溫度的升高，成品堿化度在增加，但受分解溫度的影響，堿化度一般小于50％，分解效率也很低。干法熱分解是將結(jié)晶氯化鋁加熱，控制分解溫度和分解時(shí)間，能得到合乎標(biāo)準(zhǔn)要求的聚合氯化鋁產(chǎn)品。干法熱分解可使用大規(guī)模工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，但由于分解溫度較高，產(chǎn)品溶解性能較差，且設(shè)備投資大、氯化鋁價(jià)格昂貴、生產(chǎn)成本較高，工業(yè)生產(chǎn)較少應(yīng)用。
以鋁酸鈣為原料的制備方法
由于鋁酸鈣的酸溶性優(yōu)于鋁灰，因此能與鹽酸直接反應(yīng)，而且可以不用搪瓷玻璃反應(yīng)釜，一次酸溶即可得到合格的聚合氯化鋁液體?？刂汽}酸和鋁酸鈣粉的適宜用量有利于制取合格的產(chǎn)品。以鋁酸鈣為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁的方法具有投資少、能耗低、操作簡(jiǎn)單、安全等特點(diǎn)，且產(chǎn)品重金屬含量低、純度高，缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本高，酸耗較大。
聚合氯化鋁是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品。目前，諸多聚合氯化鋁制備方法中只有酸法和堿法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。盡管酸法生產(chǎn)依然存在著資源利用率低，企業(yè)酸霧污染嚴(yán)重等問題，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步、新設(shè)備的開發(fā)以及企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的加強(qiáng)，其工藝流程會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化和完善，將會(huì)逐步解決上述問題。但由于酸法具有工藝簡(jiǎn)單、投資相對(duì)少等優(yōu)點(diǎn)，因此，依然是未來制備聚合氯化鋁的主流方法。隨著水處理工業(yè)及造紙工業(yè)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的日益推進(jìn)、國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的提高、鋁鹽產(chǎn)品新領(lǐng)域的不斷開發(fā)以及聚合氯化鋁取代硫酸鋁，聚合氯化鋁市場(chǎng)需求會(huì)日益增多，未來十年聚合氯化鋁依然是水處理領(lǐng)域的主導(dǎo)產(chǎn)品，而且伴隨國(guó)家新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，以氫氧化鋁為主要原料的混凝劑成為生活飲用水凈化的主導(dǎo)產(chǎn)品，目前以含鋁礦物為原料生產(chǎn)的PAC將逐步退出生活飲用水市場(chǎng)，成為工業(yè)供水和污(廢)水處理的主導(dǎo)產(chǎn)品。此外，近年來我國(guó)鋁業(yè)的快速發(fā)展帶來的氧化鋁產(chǎn)能相對(duì)過剩使得氫氧化鋁作為原料非常充足，也有力保障了聚合氯化鋁行業(yè)的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：聚合氯化鋁 凈水劑 混凝劑 生產(chǎn) 制備
