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羟基氯化铝生产方法

目前羟基聚合氯化铝的生产方法有很多,按生产工艺可分为酸法、减法、中和法、热解法、加压反应法、混疑胶法、电渗析法、电解法等。固体聚合氯化铝是将液体聚合氯化铝用喷雾干燥或滚筒干燥得到的,喷雾干燥是比较理想的干燥方式,适于大规模生产,而生产规模较小的生产企业采用滚筒干燥也是可行的。目前我国生产聚合氯化铝的方法主要有金属铝(包括铝灰、铅渣)法、活性氢氧化铝法、三氧化二铝(包括铝矾土、煤研石等)法、结晶氯化铝法等。羟基氯化铝相比聚合氯化铝和碱式氯化铝尤其适合作为除氟净水剂使用。总体归类起来主要有三类:

  1. 混凝沉淀法
    目前应用较广的混凝剂主要是铝盐;硫酸铝、氯化铝、氯化铝铁和碱式氯化铝。各种铝盐只是形式或化学成分上的差别,但基本原理相同,均为水解形成氢氧化铝胶体吸附 F- 絮凝沉淀达到目的。采用上述铝盐不但引入大量的SO42-或Cl-,而且水解还会产生大量H+。由于pH值下降,往往不能发生絮凝,需对原水进行pH值调整。这不但增加技术复杂程度和推广使用的难度,而且常常造成SO2-4或Cl-超标。
    碱式氯化铝的生产和其在净水方面的应用国内外均有大量文献报道,《陕西化工》1995.2 18-21聚氯化铝生产新工艺,碱化度可达到60-80%产品为浅黄色固体。而目前生产工艺采用酸溶一步法的技术,碱铝产品粘度大,即使采用沉淀,过滤等分离净化手段,其残留的悬浮杂质也难以彻底去除,致使产品含Pb、Cd、Cr6+、Mn等有害元素,比标准限量超出几十倍。这些元素要留在水中,长期饮用必会威胁人的健康,存在对人体慢性中毒危险。根据城建部1991年印发的《城市供水在当前产业政策实施办法》的通知书,以铝灰为主要原料生产的混凝剂为限制与禁止药剂系列。不能作为饮水药剂使用。它的生产工艺落后又决定了它的产品质量不稳定,一般为[Al2(OH)4Cl2]m并且产品吸水性较大,放置一定时间由粗粉状变为黄泥巴状。只能用做污水处理。
  2. 滤层吸附法目前采用活性氧化铝、天然沸石、磷酸盐、骨粉、蛇纹石、离子交换树脂等为滤料的方法。但不管采用哪种滤料,它们都有各自的吸附溶量,使用都较复杂。除必须有一定设备外,滤料使用一定时间后,不是更换就是进行活化和再生。一次性投资过大,操作技术难掌握。
  3. 电化学法包括半透膜电渗析法、电解法等。由于滤层吸附和电化学这两大类降氟方法一次性投资大,技术要求高,难掌握,很难推广。

本生产工艺的目的是对碱式氯化铝的生产工艺进行改进,采用溶铝二步法新工艺生产一种五羟基氯化铝,该产品不含有害元素,符合卫生标准,可以做饮水降氟,还可以用于水质净化和污水处理。
本生产巩义技术解决方案是这样实施的:

  1. 包括酸溶一步法,用盐酸直接溶铝,其特征在于,以下溶铝二步法,第一步将37%盐酸放入自来水反应池中,然后加铝材,让其反应,把铝灰或铝材下角料中的铝最大限量溶出,第二步是在第一步反应完后再加入金属铝,把有害元素或重金属置换出来,使产品符合卫生标准,加入金属铝继续反应完。由于反应过程中有大量溶液消耗,应加入自来水使溶液保持原来数量,当溶液温度在40-60℃时,加入CaCO3作为余酸中和剂和聚合度的调整剂,后静置10小时把上部清液放入干燥池中固化干燥即为五羟基氯化铝。注:溶铝过程中有氢气产生,溶解过程中需要时候注意安全生产。
  2. 反应池中要采取保温措施,使温度保持在80-100℃。五羟基氯化铝的制取在理论上必须符合,在一定量的盐酸溶液中必须溶入一定量的金属铝,例如,在含100毫升,37%浓盐酸溶液中制备羟基氯化铝,溶铝量必须是65.1g,大于其值就要发生Al(OH)3沉淀,小于其值产品就是碱式氯化铝。
  3. 本发明的优点及效果:①由于采用溶铝二步法工艺,使碱式氯化铝产品中的羟基数由1-5之间可任意变化值成为定值5,保证了质量稳定。②使碱式氯化铝产品的碱化度由50%-80%的可变值达到了83.3%极限值,羟基数为定值5。③产品不含有害元素Pb、Cd、Cr6+、Mn和重金属,符合卫生标准。
  4. 以下通过实验数据对硫酸铝、氯化铝、碱式氯化铝与五羟基氯化铝的对比,见下表
    几种混凝剂的比较
    混凝剂种类 高氟水浓度(mg/L) 混凝剂加入量(g/L) 混凝现象 处理后氟浓度(mg/L) 处理后其他离子增加量 mg/L
    Cl-(实测值) SO2-(实测值)
    硫酸铝 2 0.40 混浊有些沉淀 0.75   172.99997
    3 0.63 混浊沉淀少 0.88   270.25
    4 0.88 混浊微絮凝少沉淀 0.75   370.47
    5 1.00 混浊微絮凝少沉淀 0.63   432.40
    10 2.00 混浊不絮凝剂物沉淀 0.60   864.80
    15 2.25 混浊不絮凝剂物沉淀 0.63   972.90
    氯化铝 2 0.25 混浊微絮凝 0.45 109.54  
    3 0.50 混浊不絮凝 0.45 205.26  
    4 0.70 微混不絮凝 0.90 266.50  
    5 0.75 微混不絮凝 0.45 316.22  
    10 1.50 无混浊无絮凝 0.60 666.11  
    15 1.75 无混浊无絮凝 0.60 770.33  
    碱式氯化铝 2 0.25 10分钟絮凝沉淀完全 1.30 52.82  
    3 0.38 10分钟絮凝沉淀完全 1.80 76.58  
    4 0.50 10分钟絮凝沉淀完全 1.30 122.18  
    5 0.70 10分钟絮凝沉淀完全 1.00 146.99  
    10 1.00 10分钟絮凝沉淀完全 1.10 238.58  
    15 1.50 10分钟絮凝沉淀完全 1.00 292.11  
    五羟基氯化铝 2 0.20 10分钟絮凝沉淀完全 0.75 35.81  
    3 0.25 10分钟絮凝沉淀完全 0.95 38.99  
    4 0.35 10分钟絮凝沉淀完全 0.75 63.81  
    5 0.50 10分钟絮凝沉淀完全 0.63 84.37  
    10 0.75 10分钟絮凝沉淀完全 0.65 127.27  
    15 1.00 10分钟絮凝沉淀完全 0.63 171.58  
    注:15、10mg/L的高氟水加氯化铝不混浊不絮凝,加硫酸铝只混浊不絮凝,必须调PH到6-7时,才能达到降氟目的,5mg/L以下高氟水,虽有混浊絮凝,必须调ph值6-7,降氟才彻底。

    从实验结果看出硫酸铝。氯化铝作为降氟剂对于5mg/L以上的高氟水,由于水解酸度增大,造成不絮凝不沉淀,达不到降氟目的。
    碱式氯化铝降氟效果虽然可以,但它含有Pb、Cd、Cr、Mn等有害元素,不适合作为饮水降氟剂。
    而本发明生产的五羟基氯化铝与之比较,不但克服硫酸铝、氯化铝、碱式氯化铝存在的缺点,而且具备以下优点。
    1.从表中看出,五羟基氯化铝降氟絮凝快,沉淀完全彻底,降氟效果好。
    2.产品不潮解、不变质、无腐蚀,不象硫酸铝、氯化铝、碱式氯化铝易潮解,酸性大,有腐蚀性不变存放运输。
    3.使用范围广,适用性强,不受高氟水浓度限制,无需调PH值,不含有害元素。不但降氟效果好,而且也是一种理想的净水剂。
    4.五羟基氯化铝用量小,成本低,不仅适用于处理大规模的含氟量高的饮用水,而且还适用于水质净化和污水处理。
  5. 实施例
    例如用铝材下角料500公斤生产五羟基氯化铝产品,第一步是把铝灰或铝材下角料中的铝最大限量溶出,将1立方37%浓盐酸放入盛有7立方自来水反应池中,然后加入500公斤碎屑状铝材下角料,让其反应,半小时后反应温度能达到100℃,应尽量采取保温措施,使温度保持在80-100℃;第二步是用金属铝把铝灰或铝材下角料中的有害元素置换出来,使产品符合卫生标准,例如当第一步反应完后趁热加入1-3公斤金属铝让其继续反应完为止,由于反应过程中有大量溶液消耗,应加入自来水使其还到8立方,当溶液温度在40-60℃时,用CaCO3作为余酸中和剂和聚合度的调整剂,加入量为130-140公斤,让其反应完,静放10小时,把上部清液放入干燥池中固化干燥即为羟基氯化铝产品。

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