铝碳微电解净化聚合氯化铝方法

本发明涉及一种由高铝灰与废酸反应生产而得的聚合氯化铝的净化方法，采用微电解原理，于酸性介质中发生原电池反应，铝床由铝屑和分散在铝屑中的活性炭微粒构成，以普通聚合氯化铝作为电解质溶液，用此方法，可以不带入其它杂质，快速高效地去除介质中的重金属离子以及有机物，其中铅脱除率高达90%以上，效果非常明显，通过增加一道处理工序，在增加生产成本不高的情况下，实现了由普通原料生产出高质量低杂质的聚铝。

一种净化普通聚合氯化铝的方法，采用微电解原理，于酸性介质中发生原电池反应，其特征在于铝床由铝屑和分散在铝屑中的活性炭微粒构
成，以普通聚合氯化铝作为电解质溶液。
根据权利要求所述的方法，其特征在于铝床中的铝炭比在50:1-10:1之间。

铝碳微电解净化聚合氯化铝方法
本发明涉及一种由高铝灰与废酸反应生产而得的聚合氯化铝的净化方法，特别是指除去铅等重金属离子以及苯环、多苯环类有机物。
用高铝灰与废酸反应生产聚合氯化铝工艺，原料易得、设备简单、成本低廉，产品铝含量高，在市场上占有一定的优势。但由于高铝灰和废酸的纯净度低，给产品聚合氯化铝带进许多有害杂质，因而用该方法制得的絮凝剂普遍用于工业废水处理而不能应用于饮用水领域。如要使此产品适用于饮用水厂，必须去除聚合氯化铝中的有害杂质使之符合标准。用高铝灰和废酸反应生成聚合氯化铝的杂质主要是一些重金属离子，特别是铅离子，另外还有一些苯环、多苯环类有机物。除去水溶液中金属离子杂质的方法很多，如吸附法、化学沉淀法、还原法、电化学法等。根据聚合氯化铝所含的杂质成份，以电化学法去除最有效。去除重金属的电化学方法有电解法和微电解法。电解法处理重金属废水是多种作用的总和。其一，阳、阴电极上发生氧化还原反应，重金属离子因阴极得到电子被还原而析出附在电极上，有机物也能在电极表面发生反应从而分解；其二，阳极若采用金属电极如铝、铁等，通电后受到电化学腐蚀，具有可溶性，铝或铁以离子状态溶入溶液中，经水解反应可生成羟基络合物，作为混凝剂对水中悬浮物及胶体进行凝聚处理；其三，电解时在阳极、阴极表面上产生氧气、氢气，都以微小气泡逸出，在上升过程中可以粘附水中杂质微粒及油类浮至水面，产生气浮作用。电解法处理含重金属废水效果稳定，操作管理简单，设备占地面积小，但其需要消耗电能，运行费用高。微电解反应是利用不同电极电势的物质一同浸在电解质中产生电池反应。阳极如果是金属电极则
被腐蚀消耗，溶解到溶液中去。阴极把重金属离子还原成金属单质析出，同时把介质中的H+还原成活泼H，因而其具有更强的还原能力，能与溶液中的许多组分发生氧化还原反应。微电解法用于废水流中具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便等特点。微电解法用于废水处理比较成熟的技术是铁床技术。铸铁是铁和碳的合金，其组分主要是纯铁和Fe3C及一些杂质。Fe3C和其它杂质以极小的颗粒形式分散在铸铁里，由于它们的电极电势比铁低，当处在电解质溶液中时就形成了无数个腐蚀微电池，产生原电池反应。在中性或偏酸性环境中，铸铁电极本身及其所产生的新生态H、Fe2+等能与废水中许多组分发生氧化还原反应。比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，还可以还原重金属离子等。由于在微电池电场作用下，微电解对水溶液中杂质的还原比单纯的还原法快得多。在高铝灰制造的聚合氯化铝中，不仅含有较多的重金属，还含有废酸带来的苯环、多苯环类有机物，溶液呈酸性，故适宜用微电解法，但若采用传统的铁床处理，存在两大缺陷：第一是在反应中会给聚铝溶液带进铁，影响产品的色泽与纯度；第二是阴极铸铁中含有的碳非常微小，不利于让析出的重金属附在其表面上，从而影响其从溶液中的去除。
本发明正是为了克服上述缺陷，提供一种除杂效果好、产品纯度高的铝碳微电解净化聚合氯化铝的方法。
本发明的构思是改铁床为铝床，以普通聚铝为介质，利用铝屑和活性炭的电势差，于酸性介质中产生微电解反应，把普通聚铝中的重金属析出，杂质有机物发生氧化还原反应被分解去除。具体地说，一种净化普通聚合氯化铝的方法，采用微电解原理，于酸性介质中发生原电池反应，其特征在于铝床由铝屑和分散在铝屑中的活性炭微粒构成，以普通聚合氯化铝作为电解质溶液。由于铝屑几乎不含碳，为了构成有效、良好的原电池反应，人为地以一定比例加入活性炭，铝炭比通常在50:1-10:1之间。铝炭比的大小根据通过铝床的液体流速确定，流速大，铝炭比取小一点的值，流速小，则取较大的铝炭比效果好。由于人为加的活性炭属宏观范畴，加上由原电池的电场作用，聚铝中的杂质金属离子很容易析出，沉积在活性炭表面，好象被镀上一层金属膜，活性炭表面被镀上金属膜后，产生超电势，再加上原电池产生的电场，离子移向相应电极的速度加快，反应加速，更有利于金属离子的析出。因而采用加活性炭方式人为创造微电解反应来去除金属离子杂质是非常有效果的。其电极反应为：
阳极：Al→Al3+ + 3e
阴极：2H+ + 2e- →H2↑
M2+ + 2e- →M(M代表金属单质)
当然，许多有机物在电场的作用下同时也被分解反应，破坏其原有结构，达到除色、降低毒性的作用。
普通聚合氯化铝介质借助由一定铝炭比构成的铝床形成无数个原电池于酸性介质中发生微电解反应，不带入其它杂质的，快速高效地去除介质中重金属离子以及有机物，其中铅脱除率高达90%以上，效果非常明显，通过增加一道处理工序，在增加生产成本不高的情况下，实现了由普通原料生产出高质量低杂质的聚铝。
图1为实施例1中反应前介质的色谱分析图。
图2为实施例2中反应后介质的色谱分析图。
下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1，由废酸与高铝灰反应生成的聚合氯化铝以100l/min的流速逆流通过铝床，铝床由铝屑与活性炭构成，其铝炭比为10:1，反应前后的元素分析见表一，色谱分析见图1。从表一和图1中可以看出，重金属元素特别是铅的脱除率很高，有机物也得到分解，经反应，聚铝中的重金属含量符合用于饮用水领域的要求。

分析元素	Ba	Ca	Cd	Co	Cr	Cu
反应器(ug/g)	4.48	2.0%	0.6	11.2	8.16	336
反应后(ug/g)	3.98	1.8%	未检出	未检出	8.16	3.67
分析元素	Fe	Mg	Mn	Na	Ni	Pb
反应器(ug/g)	0.1%	460	212	326	未检出	132
反应后(ug/g)	928	387	57.1	459	未检出	未检出
分析元素	Si	Sr	Ti	V	Zn
反应器(ug/g)	0.5%	28.5	408	20.4	0.20%
反应后(ug/g)	0.45%	25.5	316	17.3	0.10%
注：未检出表示样品稀释100倍后该元素含量低于本检测仪器检出限

实施例2，由废酸与高铝灰反应生成的聚合氯化铝以40l/min的流速逆流通过铝床，铝床由铝屑与活性炭构成，其铝炭比为30:1，反应前后的元素分析见表二。

分析元素	Ba	Ca	Cd	Co	Cr	Cu
反应器(ug/g)	4.48	2.0%	0.6	11.2	8.16	336
反应后(ug/g)	3.77	1.8%	未检出	未检出	8.16	9.18
分析元素	Fe	Mg	Mn	Na	Ni	Pb
反应器(ug/g)	0.1%	460	212	326	未检出	132
反应后(ug/g)	928	387	58.1	224	未检出	6.12
分析元素	Si	Sr	Ti	V	Zn
反应器(ug/g)	0.5%	28.5	408	20.4	0.20%
反应后(ug/g)	0.45	24.4	295	18.3	989
注：未检出表示样品稀释100倍后该元素含量低于本检测仪器检出限

实施例3，由废酸与高铝灰反应生成的聚合氯化铝以10l/min的流速逆流通过铝床，铝床由铝屑与活性炭构成，其铝炭比为50:1，反应前后的元素分析见表三。

	铝含量	盐基度	Pb(ppm)	脱除率
处理前	11.18%	76.73%	102.3	93.5%
处理后	11.26%	74.63%	6.61

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