我國聚合氯化鋁行業生產現狀
作者： 本站 來源： 本站 時間：2015年05月11日 字體：[大中小]
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聚合氯化鋁PAC是一種無機高分子混凝劑，其制備工藝簡單、適應性強、處理成本低、絮體形成快，沉淀性能好，水中堿度消耗少，目前已廣泛應用于生活用水、生活污水及工業廢水的凈水處理。
近年來，隨著城鎮化進度的快速推進和我國工業快速發展，帶來了城鎮用水和工業用水的快速激增以及我國水系污染綜合治理力度的加大，極大地促進了凈水劑產業的發展，給作為當今世界用量最大的水處理混凝劑-聚合氯化鋁的發展帶來巨大市場機遇，其需求量將日益增長，因此，現有工藝的優化和完善以及新技術、 新工藝的研發為聚合氯化鋁的快速發展提供有力技術支撐顯得尤為重要。
聚合氯化鋁因原料不同其生產工藝制備也不同，高效低耗、綠色環保、成本低廉是聚合氯化鋁制備所追求的目標。
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，經加水，水解過濾，聚合，可得液體產品。其中，酸水比、反應溫度、反應時間以及熟化溫度和熟化時間對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，鋁灰與鹽酸反應屬于放熱反應，合理利用反應放出的熱量可減少外加熱源的使用，有利于節能。該工藝原料價格便宜，可變廢為寶，有利于資源的綜合利用；工藝簡單，投資設備少，操作方便。但該方法的缺點在于：產品中雜質含量偏高，尤其是金屬元素含量超標，產品質量不穩定，設備腐蝕嚴重；鋁灰本身屬于易爆物，而且在生產過程中產生大量易燃易爆氣體和粉塵等，對生產過程要求較為嚴格，控制不當容易引發爆炸，安全性差，而且操作環境惡劣，污染嚴重。
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、黏土經溫度為600-800℃焙燒預處理，繼而用鹽酸浸出，浸出液經鹽基度調整即可得到PAC產品。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。
目前國內大型聚氯化鋁生產企業都采取這種工藝進行生產。含鋁礦物經焙燒預處理后使礦物中氧化鋁的晶體結構發生改變，使其易與鹽酸發生反應。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構會發生改變，變成難以與鹽酸反應的物質。此外，鹽酸濃度對聚合氯化鋁制備非常重要，控制好鹽酸濃度即可達到理想的氧化鋁溶出效果，又能兼顧溶出液的鹽基度，同時又能減少鹽酸揮發程度造成的損失。
我國含鋁礦物資源豐富、價格低廉、設備少而簡單、流程短、生產成本低、產品質量優、混凝效果好，既可生產液體，也可生產易儲運的固體，適合工業化生產。缺點在于：含鋁礦物原料中重金屬最終進入PAC產品造成重金屬元素超標；少數企業采用副產鹽酸為原料，使產品中帶人多種有機污染物導致產品中的不溶物含量較高，影響水處理企業設備運行和生產環境；添加鋁酸鈣調鹽基度，使PAC產品中含有大量氯化鈣雜質，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晶形態為最穩定的類型，難以溶于酸，可采用堿法制備聚合氯化鋁，但該法流程復雜，投資大，成本高，一般很少用于工業化生產。
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，煤矸石主要化學成分：SiO2、A12O3、Fe2O3。以煤矸石為原料生產聚合氯化鋁具有重要意義，既可合理利用廢棄資源，又具有經濟價值。其主要工藝流程如下：煤矸石經焙燒粉碎后與20％鹽酸反應，反應溫度為100℃，保溫1h，冷卻后，向料漿中加入質量分數為0．1％的非離子聚丙烯酰胺絮凝劑進行沉降、壓濾。硅渣經水洗至中性，可做水玻璃的生產原料。母液經減壓濃縮得結晶氯化鋁粗品，進一步精制后，可得到質量分數為98.9％的三氯化鋁。將結晶氯化鋁溶液在加熱條件下與鋁酸鈣反應，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法生產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，進而通過碳酸化分解生成無定形凝膠狀，然后再與鹽酸反應，制取聚合氯化鋁。該工藝流程非常繁雜，生產成本較高，經濟效益較低。
氫氧化鋁加壓酸溶法
以氫氧化鋁為原料生產聚合氯化鋁，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釜中，升溫至110-140℃，壓力為0.2-0.4MPa，反應時間2.5-4h，可制得黃色透明液體，經降溫、過濾得產品。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降低反應壓力和溫度，提高反應釜的使用壽命。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品鹽基度。目前，我國普遍使用鋁酸鈣為鹽基度調整原料，鋁酸鈣在常壓下能迅速大幅度提高產品鹽基度的同時也提高了產品氧化鋁含量，使產品更加穩定，對凈化和降低水中殘留鋁有獨特效果。鋁酸鈣作為鹽基度調整劑是中國獨創，它的使用極大的推動了PAC工藝技術的進步。氫氧化鋁為原料的制備工藝的缺點在于：原料成本高、設備要求高、投資大。優點在于：原料來源廣、工藝流程簡單、便于生產操作、機械自動化程度高、產品雜質少、質量好、廢渣少、生產過程對環境污染輕微。
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器內蒸發，濃縮、驅趕走部分氯化氫，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。干法熱分解是將結晶氯化鋁加熱，控制分解溫度和分解時間，能得到合乎標準要求的聚合氯化鋁產品。干法熱分解可使用大規模工業化連續生產，但由于分解溫度較高，產品溶解性能較差，且設備投資大、氯化鋁價格昂貴、生產成本較高，工業生產較少應用。
以鋁酸鈣為原料的制備方法
由于鋁酸鈣的酸溶性優于鋁灰，因此能與鹽酸直接反應，而且可以不用搪瓷玻璃反應釜，一次酸溶即可得到合格的聚合氯化鋁液體。控制鹽酸和鋁酸鈣粉的適宜用量有利于制取合格的產品。以鋁酸鈣為原料生產聚合氯化鋁的方法具有投資少、能耗低、操作簡單、安全等特點，且產品重金屬含量低、純度高，缺點是生產成本高，酸耗較大。
聚合氯化鋁是一種重要的精細化工產品。目前，諸多聚合氯化鋁制備方法中只有酸法和堿法實現工業化生產。盡管酸法生產依然存在著資源利用率低，企業酸霧污染嚴重等問題，但是隨著技術的進步、新設備的開發以及企業生產自動化的加強，其工藝流程會進一步優化和完善，將會逐步解決上述問題。但由于酸法具有工藝簡單、投資相對少等優點，因此，依然是未來制備聚合氯化鋁的主流方法。隨著水處理工業及造紙工業的快速發展、城市化進程的日益推進、國家對環保要求的提高、鋁鹽產品新領域的不斷開發以及聚合氯化鋁取代硫酸鋁，聚合氯化鋁市場需求會日益增多，未來十年聚合氯化鋁依然是水處理領域的主導產品，而且伴隨國家新的《生活飲用水衛生標準》的實施，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產品，目前以含鋁礦物為原料生產的PAC將逐步退出生活飲用水市場，成為工業供水和污(廢)水處理的主導產品。此外，近年來我國鋁業的快速發展帶來的氧化鋁產能相對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的發展。
關鍵詞：聚合氯化鋁 凈水劑 混凝劑 生產 制備
