PPT《第三章 无机高分子混凝剂》

第三章 无机高分子混凝剂 无机高分子混凝剂

第一节 聚氯化铝

第二节 聚硅硫酸铝

第三节 聚硫酸铁

第四节 聚合氯化铁

第一节 聚氯化铝 聚氯化铝简介 聚氯化铝净化方法 聚氯化铝合成方法 聚氯化铝干燥方法 聚氯化铝铝形态研究 聚氯化铝的环境效应

第一节 聚氯化铝 聚氯化铝的应用已经有30多年的历史,其应用范围和产量日益扩大,但是对于其形态研究还不深入,聚铝离子是研究无机高分子混凝剂的基础,深入研究其结构对于混凝剂的研究和使用具有非常重要的意义.

聚氯化铝一般表示为[Al2(OH)nCl6-n]m,其中n可取1~5中间的任何整数,m则为≤10的整数.根据新国家标准的修订结果和无机盐命名规则,2003开始实施的新的国家标准将Polyaluminium Chloride命名为聚氯化铝,并采用通式Aln(OH)mCl3n-m表示.

第一节 聚氯化铝---合成方法 聚氯化铝的生成原料很多,包括铝屑,铝灰,煤矸石,铝土矿,高岭土,铝酸钙矿粉,氢氧化铝等.其合成方法主要有铝矾土法、铝灰法和氢氧化铝法.

第一节 聚氯化铝---氢氧化铝酸溶法 合成方法以氢氧化铝为原料生产聚氯化铝是上世纪80年代国内和目前国外普遍采用的一种工艺,氢氧化铝纯度高,生产产品重金属含量非常低,但是由于氢氧化铝的酸溶性比较差,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,但是生产的聚氯化铝的盐基度往往比较低,一般在30~50%范围内.一般可在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳酸铝、氢氧化铝凝胶、石灰等,为了保证这种产品的重金属含量低的优势,又不引入其它杂质,一般采用加铝屑和铝酸钠的方法.添加铝屑和铝酸钠的方法成本要高于铝酸钙、铝灰. 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,具体工艺流程图(见图3-11): 氢氧化铝 盐酸加热加压聚合 自然沉降或过滤 低盐基度聚氯化铝 难溶氢氧化铝渣 调整盐基度 高盐基度聚氯化铝 过滤液体聚氯化铝 喷雾或滚筒干燥 干粉或颗粒产品 硫酸溶解或直接回用 废渣 铝酸钠 铝酸钙 铝灰、铝屑 碳酸钙石灰 氢氧化铝凝胶 碳酸铝 图3-11 氢氧化铝两步法生产聚氯化铝工艺流程图

第一节 聚氯化铝---氢氧化铝酸溶法 氢氯化铝在高温高压下酸溶时,生成低盐基度氯化铝,反应式如下: 2Al(OH)3 +nHCl = Al2(OH)6-nCln + nH2O (式3-11)一般n值低于3,也就是盐基度低于50%.在采用铝酸钙和氢氧化铝凝胶等调整盐基度时,可以将盐基度控制得更低,这样可以加强氢氧化铝的溶解,减少不溶性氢氧化铝的量

第一节 聚氯化铝---氢氧化铝酸溶法 氢氧化铝酸溶配比与溶出率及盐基度的关系: 表3-11 氢氧化铝与盐酸摩尔比与溶出率的关系 2.2 ?20.0 70.8 Al(OH)3:HCl=0.9:1 1.8 ? 20.0 88.8 Al(OH)3:HCl=0.6:1 pH值 盐基度(%) Al2O3转化率(%) 项目

第一节 聚氯化铝---氢氧化铝酸溶法 反应压力对氧化铝溶出率的影响: 表3-12 氧化铝溶出率与反应压力的关系 1.5 21.5 90.5 0.45 2.2 20.0 88.0 0.4 1.8

15 80.0 0.3 pH值 盐基度(%) Al2O3溶出率(%) 项目反应压力(MPa)

第一节 聚氯化铝---氢氧化铝酸溶法 物料消耗: 表3-13 用氢氧化铝生产1吨固体聚氯化铝的物料消耗 2~3Kg 0.05吨1.0吨0.30吨0.18~0.2吨 沉淀剂 工业硫酸 工业盐酸 铝酸钙矿粉 氢氧化铝(无水)

第一节 聚氯化铝---蒽醌废酸生产法 蒽醌(C14H8O2)的性质与用途:蒽醌(Anthraquinone)的物理化学性质:黄色针状结晶,可燃,低毒,溶于乙醇、乙醚及丙酮,不溶于水,密度1.419~1.438,熔点286℃,沸点379~381℃.用途:有机染料重要中间体,可生产还原、分散、酸性、活性等染料.在造纸工业中用作纸浆蒸解剂.在化肥工业中用以制造脱硫剂蒽醌二磺酸钠.蒽醌作为基本有机化工原料,用途广泛,主要用于染料的生产.蒽醌及其衍生物可通过络合等化工反应制成各种分子量较大、色泽鲜艳、着色力强的染料,从而形成色谱齐全、性能卓著的染料.

第一节 聚氯化铝---蒽醌废酸生产法 蒽醌的生产工艺1.精蒽氧化法 将纯度86%以上的粗蒽投入汽化锅,加热使之熔化,在265~270℃下保温, 通入过热蒸汽,使液蒽鼓泡气化.蒽蒸汽和热空气混合进入固定床氧化反应器内,在365±2℃,V2O5 催化剂的催化下发生氧化反应生成蒽醌.反应生成的蒽醌气体进入薄壁冷凝器冷凝,即得成品.2.苯酐法(合成蒽醌) 苯酐与苯在无水三氯化铝的催化下进行缩合,生成苯甲酰苯甲酸铝复盐,经水解、酸化得到苯甲酰苯甲酸,再以发烟硫酸为脱水剂经过脱水闭环等工序得到成品合成蒽醌.

第一节 聚氯化铝---蒽醌废酸生产法 图3-12 苯酐法生产蒽醌反应机理

2000 600

849 1424

737 单耗 104.5% 98% 工业品 98.5% 99.7% 等级 发烟硫酸 硫酸 纯苯 三氯化铝 苯酐 物料名称 表3-14 苯酐法生产蒽醌产品等级、单耗表 苯酐法(合成蒽醌):

第一节 聚氯化铝---蒽醌废酸生产法 聚氯化铝的制备:采用苯酐法生产蒽醌,在缩合反应过程中会产生大量的含三氯化铝的盐酸废液.一般盐酸含量在15~20%,氧化铝含量在4~6%.根据蒽醌生产工艺的差异,有的废液中会含有一定量的硫酸.在废酸液中加入一定量的铝酸钙,控制反应温度在90~100?C之间,搅拌2h.趁热过滤就可以得到液体聚氯化铝,也可加入沉淀剂,分离上清液和沉渣.反应过程中可以根据游离盐酸、铝和最终产品的盐基度确定铝酸钙投加量.

第一节 聚氯化铝---碱溶法 制备方法:首先用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶液,在偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳气体制得氢氧化铝沉淀,再在所得的氢氧化铝沉淀中加入适量盐酸,制得聚氯化铝液体产品,烘干后得到固体聚氯化铝产品.具体反应如下: Ca(AlO2)2 +Na2CO3 = 2NaAlO2+CaCO3? (式3-12) 2NaAlO2+CO2十3H2O =2A1(OH)3?+Na2CO3 (式3-13) 2mA1(OH)3+(6-n)HCl=[A12(OH)nC16-n]m+(6-n)mH2O (式3-14)

第一节 聚氯化铝---碱溶法 调整盐基度的方法: 为了提高聚合铝离子的含量(盐基度),必须降低聚氯化铝中的盐酸含量,因此必须加入碱性物质或者铝屑等物质.单纯加入碱性物质,例如石灰、烧碱等,只能提高盐基度,并不能提高溶液的铝含量,铝的盐基度由33%调整至50%,其方程式:A12(OH)2Cl4+NaOH=A12(OH)3Cl3+NaCl (式3-15)2Al2(OH)2Cl4+Na2CO3+H2O=2Al2(OH)3Cl3+2NaCl+CO2 (式3-16)2Al2(OH)2Cl4+Ca(OH)2=2Al2(OH)3Cl3+CaCl2 (式3-17)2Al2(OH)2Cl4+CaCO3+H2O=2Al2(OH)3Cl3+CaCl2+CO2 (式3-18)

第一节 聚氯化铝---碱溶法 调整盐基度的方法: 铝酸钠和铝酸钙都是含铝弱碱,与低盐基度聚氯化铝有非常好的反应活性.而采用铝屑、铝酸钙、铝酸钠等就可以达到双重目的.Al2(OH)2Cl4+0.4NaAl(OH)4=1.2Al2(OH)3Cl3+0.4NaCl (式3-19)Al2(OH)2Cl4+0.2Ca[Al(OH)4]2=1.2Al2(OH)3Cl3+0.2CaCl2 (式3-110) 从上列方程式可以看出,采用铝酸盐调整时消耗的碱量更低,并且可以提高聚氯化铝的产量

第一节 聚氯化铝---碱溶法 调整过程中铝酸钠溶液或者铝酸钙投加量的计算: 调整后盐基度表达式为: (式3-111) 式中 G1 DD铝酸钙溶液的投加量,kg G3DD欲调整的聚氯化铝量,kg n1DD铝酸钠溶液中氢氧化钠百分含量 n2DD铝酸钠溶液中铝酸钠百分含量 n3DD欲调整的聚氯化铝中氧化铝的百分含量 B0DD欲调整聚氯化铝的盐基度 BDD调整后聚氯化铝的盐基度 MAl2O3 DDAl2O3的摩尔质量 MNaOHDDNaOH的摩尔质量 MNaAl(OH)4DDNaAl(OH)4的摩尔质量

第一节 聚氯化铝---碱溶法 调整过程中铝酸钠溶液或者铝酸钙投加量的计算: 生产中所需铝酸钠的量为G1 (式3-112)

第一节 聚氯化铝---碱溶法 铝酸钠的制备: 铝酸钠的碱性很弱,极易发生水解而形成氢氧化铝沉淀,只有在强碱性溶液中才能稳定存在.采用氢氧化铝和氢氧化钠制备铝酸钠时,氢氧化钠不能与氢氧化铝完全反应.Al(OH)3 + NaOH=NaAl(OH)4 (式3-113)

第一节 聚氯化铝---氢氧化铝-铝酸钙酸溶两步法 利用氢氧化铝和铝酸钙反应通常分为三步:一是配酸反应,在反应釜中加入计量好的1500kg酸和1000kg水,使盐酸的浓度在20~22%之间;

二是酸溶氢氧化铝反应,在装有酸的反应釜中加入600kg的细氢氧化铝.使二者在110~130?C和0.1MPa条件下反应2个小时;

产物的氧化铝含量为8~9%,盐基度为19~21%;

三是聚合反应,溶铝反应完成后,在反应釜中加入250kg铝酸钙粉,各种混合物在105?C,0.25PMa的条件下继续反应1.5个小时.产物的氧化铝含量为13~14%,盐基度为45~55%.产物中含渣3~5%.

第一节 聚氯化铝---氢氧化铝-铝酸钙酸溶两步法 为了提高产品的盐基度,生产时可以在二次聚合过程中加入水和铝酸钙,这样不仅可以提高产品的絮凝效果,同时便于干燥产品,提高干燥效率.

300 975 B:20~30 Al2O3:8~9%

400 520

1050 工艺2

250 0 B:20~30%Al2O3:8~9%

600 1000

1500 工艺1 铝酸钙? 水........