聚合氯化鋁凈水工藝計(jì)劃書

1 聚合氯化鋁凈水工藝計(jì)劃書 第一章 聚合氯化鋁概述 在水處理領(lǐng)域中，絮凝法凈化水是最古老的固液分離方法之一，由于其適用性廣、工藝簡(jiǎn)單、處理成本低等特點(diǎn)，絮凝法目前仍廣泛應(yīng)用于飲用水、生活污水和工業(yè)廢水處理中。 聚合氯化鋁（ 一種優(yōu)良的無機(jī)高分子絮凝劑，它首先在日本研制成功并與 20 世紀(jì) 60年代投入工業(yè)化生產(chǎn)，是目前技術(shù)最為成熟，市場(chǎng)銷量最大的絮凝劑。 用時(shí)具有絮體形成快、沉淀性能好，水中堿度消耗少，特別是對(duì)水溫、 、濁度和有機(jī)物含量變化適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)從上世紀(jì) 70 年代開始，已對(duì)聚合氯化鋁進(jìn)行了研發(fā)，近年來隨著實(shí)驗(yàn)室研究的深入，工業(yè)生產(chǎn)得到了快速的發(fā)展。 以下將會(huì)對(duì)聚合硫酸鐵的物化性質(zhì) ,制備原理和方法 ,以及研究應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)等做一些簡(jiǎn)要的介紹。 合氯化鋁的物化性質(zhì) 聚合氯化鋁 (代號(hào) 稱聚氯化鋁，堿式氯化鋁，其分子式為 H)m，式中， m 10， 1 n 5，分子量在 2000左右。通式為 H)n H)3分別稱為堿式氯化鋁和氫氧化鋁溶膠。 聚合氯化鋁味苦澀，在形態(tài) 上可分為液體和固體兩種，液體顏色為黃色至黃褐色液體，而固體顏色可分為白色，黃色，棕褐色三種。 聚合氯化鋁易溶于水并發(fā)生水解，同時(shí)伴隨發(fā)生電化學(xué)凝聚、吸 2 附和沉淀等物理化學(xué)過程。加熱到 110以上時(shí)發(fā)生分解，放出氯化氫氣體，并分解為氧化鋁。與酸作用發(fā)生解聚反應(yīng)，是聚合度和堿度降低，最終變成為正鋁鹽。與堿作用時(shí)聚合度和堿度提高，最終會(huì)生成氫氧化鋁沉淀或鋁酸鹽。與硫酸鋁或其他多價(jià)酸鹽混合時(shí)，易生成沉淀，一般會(huì)降低或完全失之混凝效能。 量標(biāo)準(zhǔn) 22627標(biāo)名稱 指標(biāo) 液體 固體 氧化鋁 (以 的質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 基度 /% 3095 密度（ 20） /（ g/ 不溶于的質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 10g/L) （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% ：表中液體產(chǎn)品所列不溶物、鐵、砷和鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均指 0%的 產(chǎn)品含量，當(dāng) 0%時(shí)，應(yīng)按實(shí)際含量折合成 0%的產(chǎn)品比例計(jì)算出相應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 合氯化鋁的作用原理 聚合氯化鋁是一種無機(jī)高分子混凝劑 ,通過羥基 (橋形成多核絡(luò)離子。由于上述絡(luò)合離子的存在 ,夠強(qiáng)烈地吸附膠體微粒 3 和懸浮物表面之上 ,通過黏附、架橋、交聯(lián)，卷掃作用促使微粒絮凝，同時(shí)伴隨一系列的物理、化學(xué)變化 ,可中和膠體微粒及懸浮物表 面的電荷 ,降低膠體的 位 ,由原來的相斥變成相互吸引，從而破壞膠團(tuán)的穩(wěn)定性 ,使膠團(tuán)微粒相互碰撞而形成絮狀沉淀物，這種絮狀沉淀物表面積很大 ,極具吸附能力，且所形成的絮體密實(shí)，沉降速度快，以此來達(dá)到凈水的目的。 其混凝作用表現(xiàn)如下： a、對(duì)水中膠體顆粒污染物進(jìn)行電性中和脫穩(wěn)的凝聚作用 ; b、對(duì)已凝聚的次生粗大顆粒進(jìn)行吸附架橋的絮凝作用 ; c、除去水中有害離子的吸附和絡(luò)合作用 ; 用特點(diǎn) 大量應(yīng)用實(shí)踐表明，在水處理中使用聚合氯化鋁替代傳統(tǒng)鐵、鋁鹽凝聚劑，顯著地提高凈水效能，減少投藥量，降低處理成本，改善出水水質(zhì)。聚合鋁絮凝劑的優(yōu)良品質(zhì)主要表現(xiàn)在以下幾方面： 1、 強(qiáng)烈的凝聚除濁效能：聚合鋁比傳統(tǒng)硫酸鋁，氯化鐵具有更強(qiáng)的凝聚除濁效果，在相同處理?xiàng)l件下達(dá)到最佳凝聚絮凝作用，聚合鋁所需劑量比傳統(tǒng)鋁鹽要減少 2/3 到 1 倍，處理成本可節(jié)約 30在相同投量條件下，使用聚合氯化鋁能夠獲得比傳統(tǒng)鋁鹽更低的殘余濁度，因而可以較低劑量得到最佳處理效果。 2、 良好的脫色及去除腐植物質(zhì)效果：聚合鋁不僅具有強(qiáng)的凝聚除濁效果，而且也具有良好的脫色及去除水中有機(jī)腐殖質(zhì)的效果。同時(shí)對(duì)有害、有毒有機(jī)物及病菌，病毒去除也有較明顯提高。 4 3、 廣泛的 用范圍：聚合鋁絮凝劑的 用范圍比傳統(tǒng)鋁鹽要寬得多。一般傳統(tǒng)凝聚劑硫酸鋁和氯化鐵鹽在 ，由于生成氫氧化鋁沉淀而降低其處理效果，而聚合鋁在 0的范圍內(nèi)均會(huì)等到較好的處理效果。 4、 較強(qiáng)的水質(zhì)適用范圍：由于聚合鋁產(chǎn)品具有較寬的堿化度調(diào)整范圍 (堿化度可從 40調(diào)整到 90 )和較強(qiáng)的復(fù)配作用，因此對(duì)于任何給水、廢水，通過調(diào)整產(chǎn)品的堿化度或復(fù)配各種無機(jī)或有機(jī)化合物都可達(dá)到最佳處理效果，尤其對(duì)低堿度及高有機(jī)污染水質(zhì)。 5、 良好的絮凝沉降效果：聚合鋁能夠明顯提高固液分離效率，改善沉降過 濾及污泥脫水性能，從而縮短沉淀池的停留時(shí)間，增加產(chǎn)水量。另外，由于絮凝體大而緊密而易于過濾和污泥脫水。 6、 較好的低溫低濁水處理效果：一般對(duì)于低溫、低濁水 (5)以及低堿度水，傳統(tǒng)混凝劑如硫酸鋁的混凝除濁效能會(huì)明顯降低并導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化，而使用聚合鋁，無論對(duì)低溫還是低堿度的水，都能獲得較好的混凝除濁效果。 7、 較小的 低：由于硫酸鋁或氯化鐵，聚合硫酸鐵等凝聚劑水溶液酸度較大，因此處理后水質(zhì) 下降明顯，尤其在高濁度水質(zhì)處理過程中，投量增大而導(dǎo)致處理水質(zhì) 低超出正常飲用水水質(zhì) 因此需再投加堿液提高水 用聚合鋁，由于酸度較小，處理后水質(zhì) 低不明顯，因而無需投加堿液來提高水質(zhì)的 5 8、 較低殘留鋁含量：使用傳統(tǒng)硫酸鋁，處理水中的殘留鋁含量一般為 150l，而使用聚合鋁絮凝劑，其殘留鋁含量只有40l。 用范圍 聚合鋁絮凝劑在給水和廢水處理領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。如在城市、工業(yè)給水處理方面，它適用于任何水源水質(zhì)處理及回用凈化過程，尤其在微污染較嚴(yán)重的各種源水的處理，低溫低濁低堿度源水的處理，純凈水的預(yù)處理以及火力發(fā)電廠、鋼鐵廠等給 水凈化處理等方面，水質(zhì)濁度去除率可高達(dá) 95 98以上。在工業(yè)廢水處理方面，一般采用聚合鋁與有機(jī)高分子絮凝劑配合使用，這不僅可顯著降低廢水處理費(fèi)用，而且可明顯提高處理效果。它不僅可強(qiáng)烈地去除廢水中細(xì)微懸浮顆粒物，而且可有效去除水中的各種油份、色度、 除率可達(dá) 70 90以上。如目前在油田回注水，煉油廠，機(jī)加工廠的含油廢水處理，洗煤，印染廢水的除濁脫色處理，制藥、造紙廢水除濁除 處理，冶金，制革工業(yè)的除濁去除重金屬的處理過程中，聚合鋁產(chǎn)品都已得到了廣泛地應(yīng)用。此外，目前城市中水、生活污水基本都采 用生物處理，但大量運(yùn)行實(shí)踐結(jié)果表明，僅靠生物法處理城市廢水，不僅運(yùn)行負(fù)荷高，處理水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)，而且運(yùn)行費(fèi)用也相對(duì)較高。目前許多城市污水都在研究采用強(qiáng)化混凝法或在生化前進(jìn)行強(qiáng)化預(yù)處理或生化后進(jìn)行深度處理，達(dá)到減少生化處理負(fù)荷，出水回用的目的。因此，聚合鋁絮凝劑在城市中水、污水的強(qiáng)化預(yù)處理及深度處理中具有十分廣泛的應(yīng)用前景，尤其在城市污水回用，工業(yè)節(jié)水凈 6 化處理。此外，聚合鋁在污泥脫水處理中配合陽離子有機(jī)高分子絮凝劑使用，可降低處理成本并提高處理效率。 聚合氯化鋁除了廣泛應(yīng)用于各種給水和廢水處理、污泥處置過程中， 還應(yīng)用于制藥，化妝品及工業(yè)催化作為原料或添加劑，尤其在造紙行業(yè)，高純（無鐵）聚合鋁作為造紙中性施膠機(jī)，目前在國(guó)外已得到普遍應(yīng)用。此外，由于聚合鋁絮凝劑無毒，高純度聚合鋁產(chǎn)品產(chǎn)品在各種食品，糖果，煙酒，飼料產(chǎn)品的固液沉降分離過程中也有不同程度的應(yīng)用。 合氯化鋁的制備原理及方法 聚合氯化鋁的生產(chǎn)就是控制鋁、 合條件，生產(chǎn)出一系列的電荷中和能力、吸附架橋性能符合特定要求的鋁鹽混凝劑。在聚合氯化鋁的生產(chǎn)中， 與了反應(yīng)，提供了 穩(wěn)定熟化后， 會(huì)有微小下降。因原料 不同，聚合氯化鋁的生產(chǎn)工藝路線也不同，生產(chǎn)方法很多 ,但大致可以分為熱解法、酸溶法、中和法、電解法和電滲析法五種。目前工業(yè)化生產(chǎn)大多是這兒種方法的綜合應(yīng)用。 (1)三氯化鋁熱分解法 : 三氯化鋁在加熱條件下 ,發(fā)生熱分解反應(yīng)。在 400 一 600的溫度下 ,分解反應(yīng)可以進(jìn)行到底 ,生成氧化鋁和氯化氫氣體。如果控制熱分解的進(jìn)程 ,就能得到介于三氯化鋁和三氧化二鋁之間的一系列中間產(chǎn)物。在加熱的條件下，反應(yīng)方程如下 : H 2O ( + 7 ( ( + ( ( + ( + 9熱分解法中 ,有的分解三氯化鋁水溶液或低堿化度聚合氯化鋁溶液 ,從而得到液體聚合氯化鋁產(chǎn)品。此法分解溫度受限制 ,產(chǎn)品堿化度和分解效率都很低。更多的是直接分解結(jié)晶氯化鋁。這種方法分解溫度不受限制 ,分解速度快 ,產(chǎn)品堿化度可以任意控制 ,適用于大規(guī)模生產(chǎn)。 (2)含鋁原料酸溶法。 由于 過程簡(jiǎn)單 ,原料要求不苛刻 ,因此 ,此法是目前液體聚合氯化鋁的主要生產(chǎn)方法。根據(jù)所用原料不同 ,可細(xì)分為以下幾種 : 金屬鋁直接溶解法 : 一定粒度的鋁屑、鋁灰與鹽酸或三氯化鋁反應(yīng) ,調(diào)節(jié)鋁氯當(dāng)量比 ,能一次得到所要求的堿化度的聚合氯化鋁。主要反應(yīng)方程式如下 : 2 (6= H) n/8 (2)= H) n/2 由于金屬鋁原料昂貴 ,除實(shí)驗(yàn)室制造外 ,工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值不大。目前有 的生產(chǎn)廠以鋁灰為原料 ,采取“鋁灰酸溶一步法” ,但資源不足 ,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定 ,雜質(zhì)太多 ,尤其一些重金屬雜質(zhì)的帶人 ,造成凈化水二次污染。因此不宜大力推廣。 氫氧化鋁酸溶法 : 常壓下結(jié)晶氫氧化鋁在鹽酸中的溶解度小 ,為此 ,日本大明化學(xué) 8 工業(yè)公司采取了將結(jié)晶氫氧化鋁變成無定型的凝膠氫氧化鋁 ,然后酸溶。主要反應(yīng)如下： H)3 + = H)4 2H)4 + = 2H)3 + H)3 + (6= H) (62O 此方法生產(chǎn)條件好 ,產(chǎn)品質(zhì)量高 ,但流程長(zhǎng) ,成本高。 為克服結(jié)晶氯化鋁常壓下難溶的困難 ,口本住友化學(xué)工業(yè)公司等采用了加壓溶出法 ,其設(shè)備有間斷式密封反應(yīng)釜和連續(xù)式高壓管道反應(yīng)器。其結(jié)晶氫氧化鋁的溶出率可達(dá) 95%以上。 含鋁礦物酸溶法 : 一般含鋁礦物包括粘土礦、鋁釩土礦、煤砰石、高嶺土等。這含鋁礦物酸溶法 :一般含鋁礦物包括粘土礦、鋁釩土礦、煤砰石、高嶺土等。這些礦物中的鋁一般不能直接為酸所溶出 ,必須預(yù)先經(jīng)過一系列加工處理。一般是將含鋁礦物粉碎成 40 60 目的顆粒 ,再經(jīng) 600 800溫度焙燒后 ,用鹽酸 (或硫酸及混合酸 )溶出 ,溶出液經(jīng)堿化度調(diào)整 ,即為聚合氯化鋁成品溶液 ,或?qū)⑷艹鲆簼饪s得結(jié)晶三氯化鋁 ,再熱解制成固體產(chǎn)品。煤殲石酸溶熱解工藝即為這一方法。 (3)三氯化鋁水溶液用堿中和法 : 氯化鋁水溶液用堿中和可以生成聚合氯化鋁產(chǎn)品。常用的堿性物質(zhì)有 H)4、 等等。其作用是提高氫氧根離子的濃度 ,以促進(jìn)三氯化鋁的不斷水解。根據(jù)產(chǎn)品堿化度的不同要求 ,改變堿性物質(zhì)的加人量。以投加氫氧化鈉、石灰石和鋁 9 酸鈉為例 ,反應(yīng)式如下 : 2 = H) n/2 2 n/2 = H) n/2 n/28 H)4 = 4H) 式中可以看出 ,反應(yīng)消耗了堿性物質(zhì)和三氯化鋁中的氯離子 ,生成了雜質(zhì)氯化鈉和氯化鈣。由于消耗堿性物質(zhì) ,而且產(chǎn)品需要分離 ,因此 ,從原料消耗、工藝流程以及產(chǎn)品質(zhì)量等角度看 ,均不利。 (4)電解法 : 用石墨作 為陰極 ,金屬鋁板作為陽極 ,對(duì)含鋁酸性廢水進(jìn)行電解 ,可以獲得液體聚合氯化鋁 ,電解溫度為 605 ,電流 解時(shí)間為 1 小時(shí)。另外 ,電解液也可以是三氯化鋁或低堿化度的聚合氯化鋁溶液。 (5)電滲析法 : 在離子交換樹脂法制聚合氯化鋁的基礎(chǔ)上 ,以三氯化鋁為原料 ,進(jìn)行了電滲法生產(chǎn)聚合氯化鋁的研制。電滲析法主要以離子交換膜的選擇透過性和水的電解原理為基礎(chǔ)。這一方法具有流程短 ,原材料和能耗較少 ,鹽酸可回收等優(yōu)點(diǎn) ,是一種很有發(fā)展前途的制造方法。在國(guó)內(nèi) ,由于離子交換膜制造工藝尚在研究 ,因此 ,用電滲法大規(guī)模工業(yè)化地制取聚 合氯化鋁還不具備條件。 綜上所述 ,目前國(guó)內(nèi)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)聚合氯化鋁的方法應(yīng)該是含鋁礦物酸溶法工藝。如制造固體產(chǎn)品 ,則宜采用沸騰爐熱解法。而含鋁礦物中煤砰石又是貯量大、分布廣、價(jià)格低廉、適于綜合利用 , 10 可變害為寶的最有前途的含鋁礦物原料。 展現(xiàn)狀與前景 聚合氯化鋁是七十年代初國(guó)際投入工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的新型高效無機(jī)高分子絮凝劑，由于聚合鋁具有用量省，凈化效能高，適應(yīng)性寬等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)絮凝劑用量可節(jié)約 2/3 到一倍以上，成本節(jié)約30同時(shí)聚合鋁的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。因此，在國(guó)內(nèi)外水處理領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用 和迅速地發(fā)展。目前，世界聚合鋁產(chǎn)量約為 150 萬噸/年。其中，日本聚合氯化鋁生產(chǎn)量 1988 年已達(dá) 40 多萬噸 /年，比60 年代末增長(zhǎng)了 30 倍，并已超過各種絮凝劑生產(chǎn)總量的 50%，正在逐漸取代傳統(tǒng)凝聚劑。日本工藝生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量代表了目前國(guó)際聚合鋁凈水劑的最高水平。 我國(guó)自 70 年代開始研制生產(chǎn)聚合氯化鋁，技術(shù)有所改進(jìn)，產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)。由于混凝劑屬于量大面廣的商品，用量逐年激增 ，但產(chǎn)品品質(zhì)差、效能低，是目前我國(guó)絮凝劑企業(yè)普遍存在的突出問題，產(chǎn)品質(zhì)量龐雜且其效能低下，產(chǎn)品品質(zhì)多呈黃色顆粒狀，其水不溶物在 5 30%不等， 產(chǎn)品中重金屬及雜質(zhì)含量甚高。多數(shù)液體或固體產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)不到國(guó)家規(guī)定的飲用水凈化處理標(biāo)準(zhǔn)，因而不適用于飲用水凈化處理。高品質(zhì)的聚合鋁絮凝劑產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外都具有廣闊的良好市場(chǎng)前景。 現(xiàn)有的絮凝劑種類有限 ,而且用途、效果也比較單一 ,為了滿足水處理領(lǐng)域更高更新的要求 ,應(yīng)在了解分子化學(xué)結(jié)構(gòu)和物性之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上 ,在制備理論指導(dǎo)下 ,根據(jù)反應(yīng)體系選擇理想的反應(yīng)設(shè)備、 11 設(shè)計(jì)最佳聚合工藝路線 ,以解決現(xiàn)有方法的缺陷，合成出具有特定構(gòu)及所需物性的更加具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的絮凝劑產(chǎn)品。因此 ,利用分子設(shè)計(jì)的原理來得到更豐富、復(fù)合化、多功能化 的改性高分子絮凝劑是今后水處理領(lǐng)域研究的方向。 12 第 2章 聚合氯化鋁的工藝設(shè)計(jì) 制備聚合氯化鋁的原料廣泛，方法也很多，但是每一種方法的原料及生產(chǎn)操作過程的不同，產(chǎn)品的品質(zhì)以及生產(chǎn)收益也會(huì)不同，總的來說，都有其優(yōu)勢(shì)與不足。人們通過不斷深入研究，一步步的找出了操作生產(chǎn)更加方便簡(jiǎn)單且滿足不同需求和高質(zhì)量的產(chǎn)品。下面我將介紹我的設(shè)計(jì)。 計(jì)方法分析與擬定 在第一章中介紹的聚合氯化鋁制備方法中，有幾種是以工業(yè)廢渣為主要原料，利用了固體廢物資源，保護(hù)環(huán)境，降低成本，具有一定的良好效益， 綜合考慮到保護(hù)環(huán)境以及原料來源，生產(chǎn)成本的方面因素，我選用以煤矸石作為原料，利用酸溶法制備聚合氯化鋁。 矸石概述 煤矸石是采煤過程中產(chǎn)生的廢礦石。煤矸石并非單一的巖石 ,而是碳質(zhì)頁巖和碳質(zhì)砂巖同礫巖、砂巖、砂、頁巖、粘土等的混合物。其中主要礦物成分是高嶺石、蒙脫石、伊利石等粘土礦物以及石英、長(zhǎng)石等礦物 ,亦即主要是鋁硅酸鹽類。在焙燒后的灰分中一般 占 5060%,040%,5%。 煤矸石是采煤過程中的廢料 ,各煤礦均有排出且排出量很大 ,往往達(dá)到原煤產(chǎn)量的 30%。矸石同煤分離后就作為工業(yè)廢料堆積在礦區(qū) ,年積月累形成一座座矸石山。制聚合氯化鋁所需要的原料僅為煤矸石產(chǎn)量的很小一部分。 13 三十多年來 ,我國(guó)對(duì)煤矸石的綜合利用已作了大量工作 ,取得了一定成績(jī)。其中煤矸石酸溶法制取聚合氯化鋁具有更為廣闊的發(fā)展前 矸石作為聚合氯化鋁原料的合理性： (1)大多數(shù)煤礦的煤矸石含 3 量在 25%以上 ,多的可達(dá) 40%以上。此含鋁量雖不及高品位的鋁釩土 ,卻遠(yuǎn)高于一般粘土礦物 ,如硅藻土，高嶺土等。提取其中鋁分在經(jīng)濟(jì)上是適宜的。 (2)用煤矸石制取聚合氯化鋁是對(duì)工業(yè)廢料的綜合 利用 ,不與煉鋁工業(yè)爭(zhēng)原料 ,也不要進(jìn)行專門開采 ,相反減輕了環(huán)境污染。因此 ,除運(yùn)費(fèi)外 ,煤矸石幾乎可以不計(jì)算成本。 (3)煤矸石本身含有可燃成分。大多數(shù)礦務(wù)局的煤矸石的發(fā)熱量在1200卡 /克以上?？梢栽诜序v爐中燃燒 ,因此 ,焙燒過程不需要另加燃料。 (4)焙燒后的煤矸石顆粒有微孔 ,不需要用球磨機(jī)磨成極細(xì)粉狀 ,即可酸溶 ,且溶出效率很高 ,甚至達(dá)到 80%以上。 (5)多數(shù)煤矸石的 含量在 3 5%右左 ,個(gè)別含量可能還高。在酸溶時(shí)有可能把鐵同時(shí)溶出 ,使聚合氯化鋁中的含鐵量提高 ,這對(duì)混凝效果并無不利影響。 (6)矸石酸浸 后 ,渣中主要成分為 作為水泥添料 ,提高水泥強(qiáng)度。焙燒活化后的灰分 ,可以制水玻璃、白炭黑等產(chǎn)品。 從以上幾點(diǎn)可以看出 ,煤矸石是一種物美價(jià)廉的聚合氯化鋁原料。 產(chǎn)原理及工藝特點(diǎn) 產(chǎn)原理 14 經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，煤矸石中主要的礦物組分為高嶺石(S 2煤矸石在高溫鍛燒過程中伴有結(jié)構(gòu)膨脹、成分揮發(fā)，在鍛燒的過程中結(jié)晶態(tài)的高嶺石由于脫羥基轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)的偏高嶺石 (),偏高嶺石具有大的比表面積和高的化學(xué)反應(yīng)活性 ,其中的 學(xué)方程 式如下： 2H 2O + 2600900） + 6 2 3 生產(chǎn)工藝特點(diǎn) 本工藝采用煤矸石和鹽酸作為原料，該工藝具有如下特點(diǎn)： （ 1）生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，操作方便； （ 2）原料來源廣泛并且用量少，價(jià)格低廉，煤矸石基本上只有運(yùn)費(fèi)成本，生產(chǎn)成本低 （ 3）反應(yīng)速度快，生產(chǎn)周期短，經(jīng)濟(jì)效益快 （ 4）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠且易于控制，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)； 藝參數(shù)和操作條件的確定 隨著不同產(chǎn)地，不同層位，不同開采方式，煤矸石的化學(xué)組成變化很大。除含有碳外，一般以氧化物為主，其中二氧化硅和氧化鋁占較大比例，此外還有常量組分以及少量微量元素。因此，具體情況需測(cè)定煤矸石中的氧化鋁含量。 查閱相關(guān)資料，選定煤矸石中二氧化硅的含量為 三氧化二鐵和三氧化二鋁含量為 煤矸石進(jìn)行參數(shù)確定。 15 單因素實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在常壓、反應(yīng)溫度為 105 108 (水和鹽酸的共沸溫度 )條件下，得出用質(zhì)量分?jǐn)?shù) 20%的鹽酸浸取煤矸石中的 鋁的優(yōu)化反應(yīng)條件： 煤矸石鍛燒溫度為 650 ，此時(shí) ,煤 矸 石的活性最高 ,氧化鋁 的溶出率也最大。 酸浸時(shí)間為 3h，由于原料中具有活性的 份含量有限 ,因此過長(zhǎng)的浸取時(shí)間并不能使浸出率得到太大的提高。同時(shí) ,長(zhǎng)時(shí)間地維持在較高的浸取溫度 (110), 亦將導(dǎo)致較大的鹽酸蒸發(fā)損失和酸霧污染 ,而且 ,酸浸時(shí)間越長(zhǎng)成本就越高 ,設(shè)備的腐蝕也就越大 ,所以選取酸浸時(shí)間為 3h 為優(yōu)化的酸浸時(shí)間。 加酸量為 g，煤 矸 石的加酸量越大溶出率越高 , 考慮到實(shí)際生產(chǎn)情況 ,加酸量越大成木就越高 , 固液比為 l： 4，固液比過大和過小都會(huì)影響煤 矸 石中氧化鋁的溶出率 ,因?yàn)殡S著固液比的增大 ,一方面 ,由于漿體的黏度降低 ,浸出液中鹽酸的擴(kuò)散速度加快 ,有利于浸出 ;另一方面 ,由于酸濃度的降低 ,鋁的溶出率降低。 煤矸石中氧化鋁的優(yōu)化后的溶出率可達(dá) 藝流程說明 本文所介紹的用煤研石制取聚合氯化鋁的方法就是酸溶法 ,工藝流程可分為粉碎、焙燒、酸溶、過濾、加堿聚合、熟化、蒸發(fā)、干燥等幾道工序。其工藝流程如圖所示： 16 粉碎焙燒 粉碎后的煤矸石經(jīng)過焙燒過程，生成 ()。 設(shè)備：鋼球磨、循環(huán)流化床燃燒鍋爐 煤矸石中含有碳，可自己進(jìn)行燃燒，爐渣即為下一步反應(yīng)原料。而循環(huán)流化床鍋爐可以用煤矸石做燃料，因?yàn)橐鳛槿剂?，?duì)顆粒要求嚴(yán)格，所以用鋼球磨。 酸浸溶解 加入鹽酸進(jìn)行酸浸 3h。 設(shè)備：蒸汽加熱反應(yīng)釜 因?yàn)楣に囈笮枰訜幔⑶矣醒h(huán)流化床過濾可以提供熱量，因此可選用防腐的加熱反應(yīng)器。 沉淀混凝 溶出液采用混凝沉淀法進(jìn)行分離。從反應(yīng)釜連續(xù)流出的溶出液進(jìn)煤矸石 粉碎 焙燒 酸浸 鹽酸 混凝沉淀 濾渣 濃縮結(jié)晶 沸騰熱解 配水聚合 干燥結(jié)晶 17 入沉淀池，待沉淀池充滿后加混凝劑聚丙烯酰胺或動(dòng)物膠進(jìn)行混合，靜止，清液轉(zhuǎn)入存貯池，沉渣即可排出。 設(shè)備：沉 淀池 濃縮結(jié)晶 從酸溶工序中得來的酸溶液進(jìn)入搪瓷釜內(nèi)呈負(fù)壓狀態(tài)，然后用蒸汽加熱以實(shí)現(xiàn)濃縮。當(dāng)蒸出液為母液體積的 45 50%時(shí)，即停止加熱濃縮，然后出料經(jīng)滯留槽冷卻過濾后可得結(jié)晶 發(fā)出的水蒸汽和部分鹽酸氣可進(jìn)行回收，循環(huán)使用。 設(shè)備：搪瓷釜 滯留槽 沸騰熱解 濃縮結(jié)晶的 70180 條件下進(jìn)行熱分解，使產(chǎn)品堿化度控制在 70 75%。熱分解的 體在吸收塔內(nèi)循環(huán)吸收，用以配制稀鹽酸，可在酸溶