聚合氯化铝的合成方法

1、聚合氯化铝的合成方法聚合氯化铝（PAC）是近年来在水处理领域研究和应用较多的无机高分子絮凝 剂。PAC在去除浊度和天然有机物时具有碱度消耗小、处理成本低廉、受温度影 响小和污泥产量较少的优点而被广泛地应用于生活饮用水、工业给水处理、工业 废水和生活污水的净化处理。另外在铸造、医药、制革、造纸等方面也得到广泛 地应用。目前生产聚合氯化铝的方法较多，现介绍几种较流行的合成方法。1聚合氯化铝的合成原料聚合氯化铝的合成原料很多，根据原料的来源，可大致分为3类：1）含铝矿 石包括铝土矿、高岭土、黏土、煤砰石、焦宝石、明矶石等；2）工业废物包括铝 屑、铝灰、铝渣、废铝箔、三氯化铝废水等；3）化工产品及中间

2、体包括结晶氢氧 化铝、二氯化铝、铝酸钠等。2聚合氯化铝的合成方法PAC的合成方法按照原料的不同，可分为金属铝法、活性氢氧化铝法、二氧 化二铝法、氯化铝法等。也可按照生产工艺的不同分为酸法、碱法、中和法、热 解法、加压反应法、混凝胶法、电渗析法、电解法等。本文主要介绍聚合氯化铝 的各种生产方法及主要工艺。2.1金属铝法采用金属铝法合成PAC的原料主要为铝加工的下脚料，如铝屑、铝灰和铝渣 等。在工艺上可分为酸法、碱法、中和法3种。由于碱法生产工艺难度较高，设 备投资较大且用碱量大，还要大量盐酸中和至pH： 4-5，成本较高，现阶段其应 用受到一定限制，所以不作过多地介绍。2.1.1酸法酸法具有反应

3、速度快、设备投资少、工艺简单、操作方便等优点，但溶液中 的杂质含量偏高，尤其是重金属元素含量通常容易超标，产品质量不稳定，设备 腐蚀较严重。以铝灰为例简要介绍其生产工艺。铝灰主要成分为铝，其生产工艺流程，见 图1。 此法工业生产多利用铝厂下脚料、机械加工废铝屑等。生产时经净化 处理，控制投料比例、投料速度及酸浓度，可以进行自发热反应得到适宜的产品。2.1.2 中和法中和法的特点是综合了酸法和碱法两者的优点。中和法的关键在于合成PAC 时，铝酸钠和二氯化铝溶液之间的配比必须严格控制，使盐基度达到标准要求。 生产工艺流程见图2。2.2氢氧化铝法氢氧化铝纯度高，合成的PAC重金属含量较低，但是由于氢

4、氧化铝的酸溶性 较差，一般采用加热加压酸溶的生产工艺。这种工艺相对比较简单，但生产的聚 合氯化铝的盐基度较低，因此一般采用氢氧化铝加温加压酸溶和铝酸钙矿粉中和 聚合等两道工序。工艺流程见图3。2.3 二氧化二铝法含二氧化二铝的原料主要有三水铝石、铝钒土、高岭土、煤砰石等。该生产 工艺可分为两步：第一步是得到结晶氯化铝，第二步是通过热解法或中和法得到 PACOX艺流程见图4。2.4氯化铝法以二氯化铝为原料合成PAC 一般有3种方法：中和法、电化学法和热分解法。2.4.1 中和法在A1C1溶液中加入烧碱、石灰石、碳酸钠等碱.性物质提高OH-浓度，以促 进A1Cl3不断水解。不同加碱量可得到不同盐基

5、度的PAC溶液。此法生产的PAC 适于在对水中Cl-含量及硬度要求不高的企业使用。2.4.2电化学法科学家研究表明，Al1或Alb(化学式为Al 3O (OH) 247+形态是PAC中最有效的 形态，采用有效的方法获得高含量的Al。形态聚合物已成为PAC研究与制备的 主要目标。而电化学法是一种有效的方法。以氯化铝为原料利用电化学合成PAC 可采用2种方法：一种是采用可溶解性铝阳极电解法；另一种是采用惰性电极的 电渗析法。电解法Paul M Bertsc研究表明，Al(OH)-是生成Al形态的前驱物，而电解法能克 服化学法制备过程中产生Al(OH)-相斥4不易聚合成人1。形态的缺点。采用电解 法

6、可以制备出高碱化度、高A1含量、性能稳定的聚合氯化铝产品。在特定的电解槽中，以氯化铝溶液作电解液，金属铝作阳极，通直流电解。 控制一定条件使阳极铝逐渐溶解，而不析出氧气或氯气，阴极氢不断析出，而不 沉淀出铝，从而创造出有利于如下反应进行的条件：Al+HO+AlC1 Al (OH) C1 +H tai (oH) C1继续水解为Al (OH)。2因此，通过控制适当的电极条件和溶液 化学条件，即可控制铝溶出和OH-生成的速度，进而控制如下铝离子的水解-聚合 -沉淀过程：Al3+ 一Al 一Al 一Al 一Al(OH) !为生成所需要时含最佳絮凝形态的聚合铝，应使其最大限度地停留在 A1b(Al13)

7、阶段。电渗析法路光杰等利用两张阴离子交换(异相)膜将电解槽分隔成3个室，分别是阳极 室、反应室和阴极室。根据预制的产品铝含量和碱化度，将一定浓度的三氯化铝 溶液加入到电解槽的反应室内。阳极室内为三氯化铝溶液或硫酸钠溶液，阴极室 内为氢氧化钠溶液。石墨板(或钛钉网)等惰性电极为阳极，多孔铁板(或伯板) 等为阴极。电渗析法合成聚合氯化铝原理见图5。电化学反应的原理：阳极室反应：C1- e1/2= t阴极室反应：2HO+eOH-+1/2H t反应室内的化学反应：nOH+mAlCl Al (OH) C1 +nCl-反应发生时在直流电甥的作用下，阴极室内的阴离子(OH-)透过阴离子交 换膜向阳极方向作迁

8、移进入反应室与A13+溶液发生中和反应，从而生成PAC的水 溶液，与此同时，反应室内的部分Cl-在正电场的作用下向阳极室迁移。在上述 电迁移过程中，由于电解槽采用两张阴离子交换膜，这种膜的特点是只允许阴离 子选择性透过，而不允许阳离子透过，所以阳极室和反应室内阳离子(如Na+或 Al3+)都不会透过阴离子交换膜而进入相邻的反应室或阴极室内。在整个反应系统 中，形成了一条只有阴离子迁移的通路。2.4.3热分解法加热条件下，A1C1，分解进行到底可生成Al O和HCl。如控制热分解进程， 可得到介于A1C1和A13O之间的一系列中间产物，2即不同盐基度的PAC。其热分 解可看作是在加热条件下配位水

9、发生的水解反应，反应式如下： TOC o 1-5 h z A1(H O) :Cl fA1(HO) (OH)Cl +HCl 613A1(H O)(OH)Cl fA1(HO) (OH) : Cl+HCl,2 5 , 、 22, 4、 ， 2、A1(H O) (OH) ClfA1(HO) (OH) :+HCl2422332A1(H O) (OH) fAl O+9HO23. 一 3 一 23 一 2一.、 一、 .此法又可分为湿式和干式。湿式受分解温度限制，成品的盐基度一般较低， 效率也低。干式用结晶A1C1热分解，可得任意盐基度的产品，克服了湿式法的 不足，但产品溶解性差。33 PAC的发展趋势PAC以其优良的性能、宽适用范围、低成本而得到广泛地应用。在使用中， 单一药剂的使用往往受到一些制约，不同的药剂具有各异的优良性能。为了取长 补短，人们对PAC作了许多改进研究。第一，在PAC生产中引入一种或更多的阳 离子及阴离子，在一定程度上改变其形态结构分布。第二，根据协同增效原理， 将PAC与