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华康净水剂聚合氯化铝PAC与白泥的关系

发布时间:2013-2-6 来源:华康絮凝剂

华康净水剂聚合氯化铝PAC与白泥的关系

   白泥是铝加工企业在工件表面实施电化学处理过程中,对产排的工业废液进行初步处理时产生的工业废渣。目前,我国绝大部分铝加工企业都把这种废渣深埋于地或直接抛弃,造成了环境污染。

  一个年产3 000~4 000吨铝型材的企业,因界面的电化学处理工艺每年大约产排白泥30~50吨。因为白泥的主体成分相对比较纯正,以此为原料生产的化工产品纯度也较高。以目前国内中低市场价为准,每吨白泥综合利用能形成18~20万元甚至更大的产值。铝加工企业以年产排白泥50吨计,就可形成900~1 000万元的产值。所以,对工业废渣白泥进行综合利用,是能实现经济收益和环境效益双赢的新型产业。

  每吨干品白泥含铝量大约300~330千克,若直接废弃,会造成原料铝的巨大损失。利用白泥生产聚合氯化铝,是继利用白泥生产硫酸铝、硅铝凝胶、铝酸钠和石油采油助剂等产品后的又一项三废综合利用新工艺。通过这项工艺,可将白泥转化为净水剂聚合氯化铝。这种物质对水的净化作用是硫酸铝的八倍,还可用于医药、造纸、制革和精密铸造等行业,市场广泛,经济效益丰厚。

  其具体生产步骤是:

  1. 初步转化为氯化铝

  干白泥的主要成分为:氢氧化铝93%~95%;氟铝酸钙22%~23%;聚丙烯酰胺2%~3%

  将原料白泥粉碎后放入反应釜,加入浓度为15%~18%盐酸溶液,在常温环境中搅拌30~60分钟,物料进行充分的化学反应后就能转化为氯化铝溶液。需指出的是,因为一些白泥原料中含有氟化物,所用的反应釜除了耐酸外,还必须具有耐氟化物腐蚀的性能。

  反应如下:Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O

  在上述化学反应中,每吨干白泥大约消耗浓度为18%的盐酸溶液约6 750千克。也可以利用熔炼金属产生的废渣铝灰Al2O3作制取氯化铝的原料。

  反应如下:Al2O3+3HCl=AlCl3+3H2O

  在上述化学反应中,若铝灰含氧化铝量为65%,每吨铝灰大约需要浓度为18%的盐酸溶液7 700千克才能完成反应。

  在上述两个化学反应中,因投入的盐酸暂时来不及全部与原料中的氢氧化铝或氧化铝反应,导致反应液的pH值暂时处于﹤1的酸度,瞬时会产生大量的聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]m和相对少量的氯化铝AlCl3。反应结果一度使溶液呈现聚合氯化铝溶液特有的鲜艳的淡黄色。

  2Al(OH)3+2HClpH≥4时,[Al2(OH)4Cl2]m+2H2O

  2Al2O3+10HClpH3时,[Al2(OH)2Cl4]m+2AlCl3+4H2O

  因溶液的酸度很高,聚合氯化铝生成后,同时又与大量的盐酸继续发生化学反应,继而聚合氯化铝会渐渐转化为氯化铝。在20的反应温度中,这个再转化过程大约需要15~30分钟。由于消除了聚合氯化铝,溶液从淡黄色逐渐恢复到无色。

  Al2(OH)4Cl2+4HClpH值从1自然的状态上升到4~52AlCl3+4H2O

  Al2(OH)2Cl2+2HClpH值从1自然的状态上升到4~52AlCl3+2H2O

  由于在化学反应中消耗了一定数量的盐酸,溶液的pH将有较大幅度的上升。当反应后的溶液pH值上升到4.5~5.0时,排液到澄清池中。排液后的底渣仍在反应釜中,再加入浓度为30%~36%的盐酸少许,使渣中残余的原铝化合物彻底与盐酸反应溶出。反应结束时,溶液的pH值也要达到4.5~5.0 。假如pH值上升不到工艺所需的数值时,表示盐酸加入过量,这时可再适量加入少许白泥或铝灰,消耗过量投入的盐酸。反应结束后的液体仍排入澄清池中。

  第二次化学反应后的残渣,再加入少许清水,洗涤渣中残留的有用物质,洗涤水量不可偏大,水量过多会增加浓缩环节的负担。

  2. 转化为聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-n•xH2O]m

  聚合氯化铝、聚氯化铝和碱式氯化铝是基本类似的物质,失去了结晶水的聚合氯化铝称之为聚氯化铝,若采用铝灰生产的该项产品,由于杂质过多而呈现灰黑色时,则习惯称之为碱式氯化铝。碱式氧化铝内金属类杂质多,对水中存在的微细色素的吸附力强大,适用于印染业排出的有较重度杂色废水的脱色处理。

  因为赤铁矿粉微粒对水内悬浮物有良好的凝聚作用,聚合氯化铝生成、干燥并适应当粉碎后,产品内还须掺入0.01%~0.05%的粒度为30~50微米的赤铁矿粉或氧化铁粉末的微粒。

  由氯化铝转化为聚合氯化铝的工艺原理如下:

  当氯化铝水溶液的pH值在3.3~5.2区间时,溶液内的铝离子Al3+根据具体的pH大小值发生不同程度的水解反应。溶液中氧化铝含量偏少时,在相同条件下,氯化铝水解程度增大;溶液的温度偏高时,水解反应加剧;溶液的酸度或碱度偏离水解反应所需的最佳pH值越远,氯化铝的水解进度越小,甚至会发生逆转。当上面谈到的各项条件均处于最佳状态时,在极限水解反应所需的极限时间内,反应时间越长,水解效果越好,得到的产品品质就越优秀。

  2AlCl3+xH2OpH=4~5 [Al2(OH)nCl6-n]m+xHCl

  聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]m是介于氯化铝和氢氧化铝之间的过渡性物质。在产品盐基度m(氯化铝的占比)60%~85%的区间内,氯化铝的含量越少,产品的品质就越高。由氯化铝水解反应生成聚合氯化铝时,反应溶液原始的pH值高低能明显影响终端产品的盐基度。反应中原始pH值等于或大于5时,形成的聚合氯化铝的盐基度较低,产品的品质最好。氯化铝水解反应时要生成一定数量的盐酸,当反应进行到48~100小时时,由于生成的盐酸数量增加,导致溶液pH值由5下降到4,并在这一区间保持长久动态水解平衡。基于盐类水解的普遍特性,在溶液pH值为4以上的某个区段内进行氯化铝的水解反应时,溶液的最终pH值都会稳定在4附近。下面几个水解反应式能在一定程度上说明这个问题。

  2AlCl3+5H2O=[Al2(OH)5Cl]m+5HCl,反应初期pH=5,反应中尾阶段pH=4

  2AlCl3+4H2O=[Al2(OH)4Cl2]m+4HCl,反应初期pH=4.5,反应中尾阶段pH =4

  2AlCl3+3H2O=[Al2(OH)3Cl3]m+3HCl,反应初期pH=4.2,反应中尾阶段pH=4

  2AlCl3+2H2O=[Al2(OH)2Cl4]m+2HCl,反应初期pH=4.1,反应中尾阶段pH=4

  m表示物质生成后的集团性,m的大小决定于其中所含的活性凝胶物的多少和净化水质时的用量及反应时间长短。m取值范围在1~10之间,m值越大,水解越充分,产品品质越高。

  水解反应结束后,反应液经过小于30微米精度的过滤,即可转入浓缩和冷凝结晶阶段,其方法有自然蒸发和造粒机造粒两种操作规式。所得产品为金黄色块粒状结晶或粘稠液。

  3.副产品回收

  因为大多数白泥中含有3%~4%的氟化铝酸钙Ca3(AlF6)2 和氟化铝酸铵(NH4)3AlF6 ,在生成氯化铝的反应中,因氯离子Cl-标准电位是+1.36V,氟铝酸根离子AlF3-标准电位为+1.21V,氯离子电位高于氟氯酸根离子电位。所以,在溶液中分别发生氟铝酸钙、氟铝酸铵与盐酸的重组化合反应,生成氯化钙、氯化铵和氟铝酸。

  在溶液浓缩结晶过程中,氯化钙和氯化铵分别以杂质态混于产品中。因为氟铝酸不能单独游离,在脱水过程中,将分别以氯化氢挥发物和氟化铝沉淀物析出。溶液脱水过程中缓慢发生的化学转化是:

  H3AIF6 →3HF +AlF3(低温沉淀)

  将氟化氢气体和同时逸出的水蒸气,导入铅制冷凝器中进行冷凝,可获得数量与价值都很可观的珍贵化工产品氢氟酸。首次冷凝获得的氢氟酸浓度可能偏低,酌情可将首次冷凝的产品进行再次蒸馏和冷凝,当所得的氢氟酸内HF含量达到25%~40%时,已经属于十分纯净的化学品氢氟酸了。

  利用氟化铝可常温由水溶液中沉淀析出的特性,在提取氢氟酸工艺后,将工艺淋出液进一步浓缩后冷凝,溶液中的大部分氟化铝,会以沉淀物状态析出。为了提高生产效率,提取氯化铝时建议冷凝温度小于15

  需要指出的是,只有原料中的含氟量不低于0.5%时,提取氢氟酸和氯化铝的生产工艺才能形成可观的经济效益。

 

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