一步法合成聚合氯化铝的工艺浅谈

时间:2016-03-23 16:03 作者:颗粒污泥 点击:

1、目前生产聚合氯化铝最常见工艺概况

  当前,有许多成熟的聚合氯化铝合成工艺,大多采用的是用盐酸与铝矾土、铝酸钙粉先后反应合成,以及用铝屑、氢氧化铝等优质昂贵原料生产优质聚合氯化铝,前者的缺点是铝矾土不易溶解,与盐酸反应不完全,造成原材料浪费、渣量多,从而导致清理废渣的劳动强度增加,费用增加,而且废渣的处置使此工艺成为一个十分棘手和头痛的污染问题;后者的缺点是昂贵原料成本过高。

  2、实验过程

  本实验从以下三个主要影响因素进行实验:

  a、盐酸浓度(质量分数)

  b、盐酸与铝酸钙粉的质量比

  c、反应时间

  2.1盐酸浓度

  在聚合氯化铝的合成过程中,盐酸浓度是一项重要指标,它直接影响到铝酸钙粉的溶出率,进而影响到产品产量和质量。具体调配方案如下:将盐酸的质量分数从5%到9%,以1%量递增,分别与一定质量(实验室定在15克)的铝酸钙粉反应,合成时间暂时定在2小时,质量比暂时定在2倍(根据有关资料),系列实验数据如下:产品氧化铝含量(%)分别是:6.39、6.31、7.0、6.38、6.3;成本(元/吨)分别是:248.6、252.7、228.6、249.2、252.1。因此,产品吨成本随盐酸质量分数变化而变化,当盐酸质量分数从5%增加到7%,产品成本逐渐降低;当盐酸质量分数从7%增加到9%,产品成本逐渐增加,所以,当质量分数为7%时成本最低且质量最好。

  理论分析:盐酸与铝酸钙粉合成聚合氯化铝反应原理是:盐酸中的氯离子与钙粉中的铝和水中的氢氧根离子发生反应,再进一步聚合,用简单反应式表示为:Cl+Al+OH→[Al2(OH)nCl6-n]m ,由反应式可以看出:聚合氯化铝是一种高分子聚合物,它是若干个氯离子与氢氧根离子及2个铝离子通过离子键能结合起来的,各个离子间有一种平衡关系,任何一种离子浓度过高或者过低都会打破这种平衡,由实验数据可知,盐酸浓度过低,不足以与钙粉中的铝反应,不能充分溶出铝;盐酸浓度过高,由于此反应为放热反应,反应产生大量热,当反应还没有结束时,盐酸已经大量挥发,导致反应不完全、溶出率底,造成原材料浪费、成本增加。

  结论:盐酸浓度(质量分数)为7%时生产成本最低、品质最好。

  2.2盐酸与铝酸钙粉质量比

  在聚合氯化铝合成过程中,盐酸与铝酸钙粉的质量比也是一项重要指标,它直接影响到产品的质量与生产成本。

  根据盐酸与铝酸钙粉反应时各物质的比例关系,盐酸与钙粉质量比为2。根据这一思路,在实验室将质量比从1.7到2.1递增做了系列实验,将盐酸浓度定在7%,将反应时间暂时定在2小时,得出系列实验数据如下:Al2O3含量(%)分别是:6.13、6.85、7.27、7.05、6.66;成本(元/吨)分别是:251、227、216、225、241。所以当质量比从1.7增加到1.9时吨成本呈递减趋势;当质量比从1.9增加到2.1时吨成本呈递增趋势;则质量比为1.9时产品吨成本最小、品质最好。

  理论分析:盐酸与铝酸钙粉反应时各物质的比例关系如下:

  WHCl=[2.147(1-B)×AAl2O3×n+1.304ACaO]×W/AHC1

  通过计算:当质量比大约为2时反应最完全。如果质量比达不到2,盐酸量偏少,不能充分溶出钙粉中的铝,造成原材料浪费,成本增加;当盐酸量偏高,破坏聚合氯化铝的酸碱平衡,影响产品的盐基度,实验室实验正好验证了上述反应式的比例关系:质量比为1.9时成本最低,接近理论值2且品质最好。

  结论:盐酸与铝酸钙粉质量比为1.9时,生产成本最低。

  2.3反应时间

  反应时间直接影响到原材料反应程度和聚合程度,进而影响到产品质量和成本。根据资料显示:反应时间一般为2小时,根据这一线索,我们将反应时间从100分钟以10分钟为单位递增到到140分钟,吨成本分别是:235.7、229.1、218.4、219.9、220.9。因此当反应时间为120分钟时成本最低。

  理论分析:聚合氯化铝的合成是一种聚合反应,需要一定的时间。当反应还没达到时间,盐酸与钙粉没有反应完全,更没有聚合完全,使原材料没有充分利用,造成原材料浪费,产量下降,成本增加。但是,当时间达到120分钟后,溶出率趋于稳定,已充分反应完全,当时间再增加,反而破坏了原有的聚合平衡,另外还增加了生产时间、浪费了人力物力,如:水、电、蒸汽。

  结论:反应时间为120分钟时,生产成本最低。

  最终结论:生产成本最低时的工艺是:盐酸浓度(质量分数)为7%;盐酸与铝酸钙粉质量比为1.9;反应时间为120分钟时。

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