凈水劑"聚合氯化鋁"全面知識(shí)大剖析
發(fā)布時(shí)間:2018-04-23 作者:億升化工
凈水劑"聚合氯化鋁"全面知識(shí)大剖析聚合氯化鋁是一類新型的主流無機(jī)高分子絮凝劑,由于其在水處理中較傳統(tǒng)的無機(jī)藥劑有更高的功效,近年來得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。本文從其組成、形態(tài)、物化性質(zhì)、主要指標(biāo)、制備及應(yīng)用等方面,對(duì)這一新型的水處理藥劑進(jìn)行了介紹。
自20世紀(jì)30年代起,美國、德國、前蘇聯(lián)、日本等國就陸續(xù)有化學(xué)家研究鋁的堿式鹽,在實(shí)驗(yàn)室中制備堿式鋁鹽,并研究其組成和特性。在研究中發(fā)現(xiàn)這種藥劑有更高的絮凝能力。到了60年代,日本的前埝提出了幾種堿式鋁鹽的工業(yè)制造流程,肯定了堿式鋁鹽的絮凝效能高于硫酸鋁。此后,堿式氯化鋁在日本水處理技術(shù)中迅速發(fā)展了起來,并進(jìn)一步以無機(jī)高分子理論出發(fā)探討其作用機(jī)理,開始命名為聚合鋁。聚合氯化鋁是聚合鋁的一種,其性能優(yōu)于其他絮凝劑。
一 、聚合氯化鋁的組成
鋁鹽的絮凝作用主要是以投入水中后產(chǎn)生的帶適當(dāng)電荷聚合度較高的無機(jī)高分子形態(tài)進(jìn)行的,其實(shí)質(zhì)是鋁鹽在水解-聚合-沉淀的動(dòng)力學(xué)過程中的中間產(chǎn)物,其化學(xué)形態(tài)屬于多核羥基配位化合物。Al3+→Al2(OH) 24+→Al7(OH) 165+→Al13O4(OH) 247+。聚合氯化鋁現(xiàn)場投加,能迅速發(fā)揮優(yōu)異的絮凝作用,由此可見,聚合鋁的基本形態(tài)應(yīng)該是多核羥基配合物形成的無機(jī)高分子。大量學(xué)者對(duì)聚合鋁的組成和形態(tài)進(jìn)行了多年的研究,被廣泛的接受的化學(xué)式為[Al2(OH)nCl6-n]m,式中m≤10, n=3~5。該化學(xué)式實(shí)際上是把羥基配合物Al2(OH)nCl6-n看成是高分子化合物的單體,而m為聚合度。這種既考慮了A l數(shù)目為2的基本結(jié)構(gòu),又考慮了高分子聚合物的發(fā)展形態(tài)的表達(dá)方式是目前好的。
二、聚合氯化鋁的形態(tài)
對(duì)聚合氯化鋁的形態(tài)的研究,近年來取得了長足的進(jìn)展。主要方法有兩種,F(xiàn)erron逐時(shí)絡(luò)化比色法對(duì)PAC的研究用27Al-NMR(核磁共振)對(duì)聚合氯化鋁的研究和Ferron逐時(shí)絡(luò)化比色法對(duì)PAC的研究。
用27Al-NMR(核磁共振)研究。該研究圖中顯示了0.0和62.9兩個(gè)共振峰。一般認(rèn)為:0.0共振峰是Al(H2O)63+及其他單核羥基配離子的特征峰;62.9共振峰是由多核組分Al13O4(OH)24(H2O)127+(簡寫為Al13)引起的。因此,一些學(xué)者認(rèn)為Al13是聚合鋁中佳絮凝成分。但Al13的生成條件和形態(tài)組成卻一直是爭論的焦點(diǎn)。近年提出Al13生成需有前驅(qū)物的論點(diǎn)得到了較多的贊同。
逐時(shí)絡(luò)化比色法的研究。這是目前比較實(shí)用的方法,其基本原理是利用高鐵試劑Ferron與羥基絡(luò)合物的絡(luò)合動(dòng)力學(xué)差異,根據(jù)絡(luò)合反應(yīng)完成的時(shí)間把Al化合物在溶液中水解聚合的形態(tài)分為三類,即①Ala包括快速絡(luò)合的自由離子。單體及聚合物。②Alb包括慢速絡(luò)合的低聚合物及中等聚合物。③Alc包括長時(shí)間內(nèi)難以絡(luò)合的高聚物及溶膠?備X量等于以上三部分的加和,即AlT=Ala+Alb+Alc。近年來許多研究者認(rèn)為可將Alb分為兩種,Alb1-水解低聚形態(tài)部分;A lb2-水解中聚形態(tài)部分。進(jìn)一步的研究指出,在人工加堿強(qiáng)制水解的鋁鹽純?nèi)芤褐,一定條件下生成的Alb基本等于Al13。
三、聚合氯化鋁的主要指標(biāo)
1、鹽基度。聚合氯化鋁中某種形態(tài)的羥基化程度或堿化的程度稱為鹽基度或堿化度。一般用羥鋁摩爾比B=[OH]/[Al]百分率表示。鹽基度是聚合氯化鋁重要的指標(biāo)之一,與絮凝效果有十分密切的關(guān)系。原水濃度越高,鹽度越高,則絮凝效果越好。歸納起來,在原水濁度86~10000mg/L范圍內(nèi),聚合氯化鋁佳鹽基度在40%~85%,且聚合氯化鋁的許多其他特性都與鹽基度有關(guān)。
2、pH值。聚合氯化鋁溶液的pH也是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。它表示溶液中游離狀態(tài)的OH-數(shù)量。聚合氯化鋁的pH值一般隨鹽基度升高而增大,但對(duì)于不同組成的液體,其pH值與鹽基度之間并不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。具有相同鹽基度濃度的液體,當(dāng)濃度不同時(shí),其pH值也不同。
3、氧化鋁含量。聚合氯化鋁中氧化鋁含量是產(chǎn)品有效成分的衡量指標(biāo),它與溶液的相對(duì)密度有一定的關(guān)系,一般說來相對(duì)密度越大,則氧化鋁含量越高。聚合氯化鋁黏度與氧化鋁含量有關(guān),隨氧化鋁含量增大黏度增大。相同條件下,相同濃度氧化鋁條件下,聚合氯化鋁的粘度要低于硫酸鋁,更有利于輸送和使用。
四、物化性質(zhì)
聚合氯化鋁的外觀性質(zhì)與鹽基度、制造方法、雜質(zhì)成分以及含量有關(guān)。純液體聚合氯化鋁,鹽基度在40%~60%范圍內(nèi)時(shí),為淡黃色透明液體,在60%以上時(shí),逐步變?yōu)闊o色透明液體。固聚合氯化鋁,鹽基度在30%以下時(shí)為晶狀體,在30%~60%范圍內(nèi)時(shí)為膠狀物,在60%以上時(shí)逐漸變?yōu)椴Aw或樹脂狀。而用鋁土或黏土礦制造的聚合氯化鋁色澤為黃色至褐色透明液體。
聚合氯化鋁味酸澀,加溫至110℃以上時(shí),發(fā)生分解,陸續(xù)放出氯化氫氣體,后分解為氧化鋁。能與酸發(fā)生解聚反應(yīng),使聚合度和鹽基度降低,后變?yōu)檎X鹽。易溶于水,并發(fā)生水解生成[Al(OH)3(OH2)3],沉淀水解過程中伴隨有電化學(xué)、凝聚、吸附、沉淀等物理化學(xué)過程。
五、聚合氯化鋁的制備
從20世紀(jì)70年代開始,聚合氯化鋁的實(shí)驗(yàn)室制備及工業(yè)生產(chǎn)的方法得到了迅速的發(fā)展,針對(duì)不同的原料研究出了多種不同的方法,李潤生曾系統(tǒng)地對(duì)這些方法做了總結(jié)。
聚合氯化鋁原料:可采用生產(chǎn)聚合氯化鋁的原料很多,按來源不同可分為三類:一類為直接從礦山開采得來的含鋁礦物原料,一類來自工礦部門的廢渣,另一類是化工、冶金產(chǎn)品或半成品。 含鋁礦物:鋁土礦、黏土和高齡土、明礬石、霞石。工業(yè)廢棄物:鉛灰、煤矸石、粉煤灰、氧化鉛廠和電解鉛廠的廢氧化鉛、鋁件的酸洗和堿洗的廢液及分子篩;ひ苯鹌罚貉趸X廠的中間產(chǎn)品鋁酸鈉和結(jié)晶氫氧化鋁、三氯化鋁和硫酸鋁。
聚合氯化鋁方法 :
聚合氯化鋁的生產(chǎn)工藝多種多樣一般有以下幾種:
(1)加堿于鋁鹽溶液。該法適合實(shí)驗(yàn)室。
(2)加鋁酸鈉于鋁鹽溶液。本法也叫中和法。
(3)金屬鋁溶解于鹽酸。
(4)金屬鋁溶解于鋁鹽溶液。
(5)金屬鋁溶解于氯化物溶液。
(6)氫氧化鋁溶解于鹽酸。
(7)氫氧化鋁溶解于鋁鹽溶液。
(8)氯化鋁溶液的離子交換樹脂處理。
(9)以離子交換樹脂隔層進(jìn)行電解。
(10)鋁電極電解。
(11)含鋁礦石的鹽酸處理。
(12)由煉鋁中間液制取。
(13)廢鋁灰的鹽酸處理。
(14)廢鋁灰的堿液處理。
用上述的方法制成的聚合氯化鋁,其凈化效果相仿,但采用金屬鋁為原料來源比較困難,成本高昂;采用存放很久的失水氫氧化鋁為原料不僅成本高,而且反應(yīng)活性低。因此,綜合利用含鋁和氧化鋁的物質(zhì),是較經(jīng)濟(jì)合理的。就其加工工藝而言,酸法較常用,中和法和堿化法比酸法工藝流程長,設(shè)備多,但鋁灰中有較多的成分利用效率高。對(duì)含鐵量較高的高齡土宜用堿法。離子交換法、電滲法等多見于專利報(bào)道,工業(yè)生產(chǎn)尚未推廣。
六、聚合氯化鋁優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用
聚合氯化鋁優(yōu)點(diǎn):
聚合氯化鋁作為一種新型的絮凝劑,根據(jù)國內(nèi)外的生產(chǎn)實(shí)踐,有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)在一般的原水條件下,絮凝效果優(yōu)于常用的無機(jī)絮凝劑,如硫酸鋁,硫酸亞鐵,三氯化鐵等。
(2)絮體形成快,沉淀速度高。因而反應(yīng)、沉淀時(shí)間可縮短,在相同的條件下可提高處理能力1.5~3.0倍。
(3)沉淀的泥渣的脫水性能高于硫酸鋁,低于三氯化鋁。
(4)在等投加量下,聚合氯化鋁消耗的水中堿度小于各種無機(jī)絮凝劑消耗的水中的堿度,處理后出水的pH降低也少。
(5)適宜投加范圍寬,過量投加后不易產(chǎn)生水質(zhì)惡化作用,因而有利于操作管理和提高凈水安全性。
(6)適宜原水pH范圍比硫酸鋁寬,對(duì)原水溫度適應(yīng)性比硫酸鋁強(qiáng)。
(7)多濁度,堿度,有機(jī)物含量的變化適應(yīng)性強(qiáng)。
(8)處理水中鹽分增加少,因而對(duì)于制藥工業(yè),輕工業(yè),純水制取的預(yù)處理較為有。
(9)處理水成本低于現(xiàn)有的各種無機(jī)絮凝劑。
(10)有效成分(固體)為硫酸的鋁的2.5~3.0倍。投加量少,因而對(duì)運(yùn)輸、貯存有利,可減輕投藥系統(tǒng)的勞動(dòng)強(qiáng)度
(11)對(duì)投藥系統(tǒng)及操作人員皮膚、衣物腐蝕性小,改善了勞動(dòng)強(qiáng)度。
聚合氯化鋁應(yīng)用
聚合氯化鋁屬于陽離子無機(jī)高分子絮凝劑,加量一般為20~50mg/L。液體可直接計(jì)量投加,固體產(chǎn)品需先在溶解池中配成10%~15%溶液后,按所需的濃度計(jì)量投加。聚合氯化鋁主要用于飲用水和工業(yè)給水的凈化,以及工業(yè)廢水的處理。同時(shí),還能用于去除水中所含的鐵,錳,鉻,鉛等重金屬,以及氟化物和水中含油等。故可用于多種工業(yè)廢水的處理。聚合氯化鋁對(duì)于處理水的適應(yīng)強(qiáng),尤其對(duì)高濁度水的處理效果更為明顯。水溫較低時(shí)仍能維持穩(wěn)定的絮凝效果。凈化后水的色度和鐵錳等重金屬含量低,對(duì)設(shè)備的腐蝕性小。除此之外,聚合氯化鋁也用做央蠟澆鑄硬化劑,并用于鑄造、造紙、醫(yī)藥、制革等領(lǐng)域。
隨著水質(zhì)越來越復(fù)雜,單一混凝劑已不能滿足水處理的需要,因此,新型復(fù)合混凝劑得到了發(fā)展。近年來,人們研制開發(fā)出了鐵鋁復(fù)合混凝劑,并開展了鐵鋁復(fù)合混凝劑的混凝性能、共聚機(jī)理及形態(tài)方面的研究工作。含硫酸根的聚合氯化鋁是通過引入適量的SO42-,來提高聚合氯化鋁的聚合度,從而提高聚合氯化鋁的混凝性能。含Cl-的聚合硫酸鐵則是引入適量Cl以提高聚合硫酸鐵的聚合度,從而提高聚合硫酸鐵的混凝性能。 研究結(jié)果表明,鐵鋁復(fù)合高分子混凝劑可克服聚合鋁及聚合鐵單一種類混凝劑的某些缺點(diǎn),具有更好地混凝效果和更廣泛的應(yīng)用范圍。此外,含鎂的鋁鹽混凝劑,含有鐵、鋁、鈣、鎂、硅等成分的多種離子的復(fù)合混凝劑等新品種也得到了研制開發(fā)