铝灰法制备PAC的新工艺初探(2)
5 实验结果与讨论 9
5.1 原料准备 9
5.2 新工艺的重复验证 10
5.3 原料、中间体和产品表征 10
5.4 物料衡算 15
5.5 普适性考察 15
结 论 17
展 望 18
致 谢 19
参考文献20
1 引言
随着人们对于生活品质和生活环境认识的提高，国家对于环境保护的重视，我国环境保护产业发展势头强劲，整体面临着巨大的市场需求，极具发展潜能。目前，我国的生活用水及生产用水所使用的净水剂有硫酸铝、三氯化铁等。但这些净水剂普遍存在着成本高、固体原料粉碎困难，腐蚀性大，设备文修费用高，所需劳动力强度大等缺点。此外，随着我国国民经济的不断发展，工业以及生活废污水的处理量需求日益增多，絮凝效果好、操作简单、污染小、投资少的聚合氯化铝净水剂在市场的地位日渐重要，现已成为最重要的无机混凝剂之一。
聚合氯化铝(Poly aluminum Chloride，简称PAC)是一种介于AlCl3和Al(OH)3之间的无机高分子絮凝剂，其化学通式为[Al2(OH)nCl6-n]m，其中m≤10，n=1~5[1]。PAC是一种重要的无机混凝剂，具有混凝能力强、用量少、净水效能高、适应力强等特点，是目前絮凝剂市场的主流产品，广泛用于工业废水和生活废水的净化处理，在我国饮用水、工业废水的处理上，应用范围广，使用效果佳，需求量大，且因其价格相对低廉，是我国使用量最大的无机混凝剂，占市场份额的60%以上[2]。
1.1 PAC的工业合成方法
我国生产PAC所采用的原料，主要是因地制宜开发利用环境所提供的自身的矿物资源。遂PAC的生产方法按原料来源不同可分为活性氢氧化铝法[3]、三氧化二铝法（包括铝矾土、煤矸石等）[4]、结晶氯化铝法和金属铝法（包括铝灰、铅渣）等[5]。
1.1.1 活性氢氧化铝法
所用原料主要为使用拜尔法炼铝过程中产生的活性氢氧化铝。生产中采用过量的活性氢氧化铝和盐酸在较高温度(50～180℃)和压力(0.5MPa)下反应制得盐基度为41. 6%～48. 6%的液体PAC产品，然后经浓缩、烘干即得固体PAC产品[6]。
此法生产工艺过程虽然较简单，但反应条件苛刻，对设备耐腐蚀性要求高，一般市售反应釜都很难满足反应要求，生产中很难确保质量，且设备成本高，故目前使用情况较少。
1.1.2 三氧化二铝法
主要原料为三水铝石、铝矾土、高岭土、煤矸石等。此工艺的第一步是得到结晶氯化铝，第二步是通过热解法或中和法来得到PAC产品[7] 。
利用矿产生产PAC的工艺流程大致分为3步，即精矿焙烧活化、酸浸、调整盐基度，进而生成PAC溶液。常见的合成方法有铝酸钙一步法和铝矾土二步法生产PAC，可以产生很好的社会效益和环境效益，而且也有很好的经济效益，是目前市场允许，且使用较为广泛的合成PAC的工业方法，但由于其需要消耗大量的矿产资源，因此应尽量减少此法的应用，当原料资源总量下降、品位降低、价格上升时，其生产成本自然上升[8]。
1.1.3 结晶氯化铝法
结晶氯化铝是采用沸腾热解法工艺生产的。结晶氯化铝经过一定温度加热后，便分解出一定量的氯化氢气体和水分，从而变成粉末状产物，即PAC单体(又称熟料)。将熟料加一定量的水搅拌，在较短时间内固化，形成树脂状产物，即为PAC[9,10]。
此法生产PAC流程简单、操作方便，生产能力大，但由于生产中使用的结晶氯化铝来源有限，价格相对较高，从某种程度限制了PAC的大规模生产。
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