聚合氯化鋁鐵(PAFC)的物化性質(zhì)

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

[物化性質(zhì)]聚合氯化鋁鐵是以鋁鹽為主、鐵鹽為輔的無機(jī)高分子復(fù)合混凝劑為橙黃色至棕色透明液體，固體聚合氯化鋁鐵為橙黃色至棕色結(jié)晶粉末。分子式[Al2(OH)nCl6-n]m[Fe2(OH)nCl6-n]m(n≤5，m≤10)。由于其兼有聚合鋁(PAC)的優(yōu)良混凝效能和聚合鐵(PFS)的強(qiáng)吸附活性、快速沉淀及適用范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，我國、歐美和日本已有相關(guān)專利報道，并將其作為一種新型高效混凝劑推廣應(yīng)用。其制備方法很多，國內(nèi)PAFC大多利用工業(yè)廢料如礬漿、煤矸石、明礬渣等經(jīng)酸溶、水解、聚合、調(diào)整堿化度等工序而制備。

[技術(shù)指標(biāo)]

PAFC絮凝劑同時兼有聚鋁與聚鐵的優(yōu)點(diǎn)，即反應(yīng)速度快、形成的絮體大、沉降速率快等特點(diǎn)，并且除濁、除色、去除COD效能優(yōu)于聚合氯化鋁(PAC)，穩(wěn)定性又優(yōu)于聚合硫酸鐵(PFS)，王繼之等將其用于低濁的長江原水處理，處理后的水質(zhì)符合《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》；用于處理油田含油廢水時，當(dāng)投加量在40mg/L以上時，除油率及固體懸浮物去除率大于90%；對于印染廢水的處理，聚合氯化鋁鐵亦有較高的除色、除臭、除COD性能，各項指標(biāo)優(yōu)于PAC。

[制備方法]

制備方法 1 常用方法。含三氧化二鋁20%的堿式氯化鋁、質(zhì)量分?jǐn)?shù)26.2%三氯化鐵和少量水混合加熱，控制反應(yīng)溫度不超過110℃，反應(yīng)時間10h，即得紅棕色黏稠液體?；蛳扔萌然X按特定工藝制成PAC溶液，再按一定比例與三氯化鐵濃溶液混合，劇烈攪拌，使反應(yīng)均勻后靜置即得黏稠紅棕色液體。

制備方法 2 以鋁土礦為原料。生產(chǎn)工藝流程如圖2-16所示。

圖2-16 鋁土礦生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵

原料鋁土礦中氧化鋁以Al2O3·3H2O形式存在，易溶于酸；鋁土礦中氧化鐵一般含量在12%以上。工業(yè)鹽酸加水配成一定溶液。在搪瓷反應(yīng)釜中，加入計算量的鋁土礦粉和一定濃度的鹽酸，加熱并攪拌，鋁土礦發(fā)生酸解反應(yīng):

隨著酸解反應(yīng)的進(jìn)行，生成的[AI(H2O)6]Cl3和[Fe(H2O)6]Cl3逐步水解，并聚合成多聚體。這個過程大約需要2h，然后將酸溶物放入耐酸真空壓濾器中進(jìn)行壓濾，除去雜質(zhì)。濾渣洗水可返回配酸。得到相對密度1.22～1.28，然后多批加入石灰乳，使溶液pH值最后達(dá)到3，即為液體產(chǎn)品。

液體產(chǎn)品進(jìn)一步干燥即得固體產(chǎn)品。

制備方法3以煤矸石為原料。煤矸石生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵工藝流程如圖2-17所示。

圖2-17 煤矸石生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵

煤矸石中Al2O3含量較高，一般Al/Fe比為3：4，但活性較差，因此必須將煤矸石焙燒，焙燒溫度為800℃，然后粉碎至60目，加入耐酸反應(yīng)釜中，與濃度20%的鹽酸按計算量進(jìn)行混合，并在100～108℃下酸解反應(yīng)。反應(yīng)液冷卻后進(jìn)行過濾，濾液送入熟化器(也叫聚合反應(yīng)釜)，加入聚合劑，調(diào)整堿度進(jìn)行熟化聚合，溫度為60℃，然后再次過濾，濾液即為液體產(chǎn)品。液體產(chǎn)品干燥即得固體產(chǎn)品，采用噴霧干燥時，工藝條件為：進(jìn)風(fēng)溫度140～160℃，排風(fēng)溫度為75～85℃，塔內(nèi)溫度80～90℃。

(1)中國專利95119000.8中介紹了一種高聚合氯化鋁鐵的生產(chǎn)方法。該產(chǎn)品由鋁、鐵、羥基、氯元素組成，在產(chǎn)品中鋁與鐵的比例為(1：2)～(2：1)。本工藝具有生產(chǎn)成本低、使用效果好、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。具體制備方法如下。將80kg生產(chǎn)硫酸的廢渣塵(該廢渣塵中含有Fe2O3 55%、Al2O3 15%)粉碎、磨細(xì)成粉末，與305kg含量為37%的鹽酸和300kg水放進(jìn)具有攪拌器的反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，浸泡得浸出溶液，再?0kg礬土水泥作為聚合劑加入浸出溶液中進(jìn)行聚合反應(yīng)1h，聚合反應(yīng)的溫度最好在(100±5)℃，在聚合反應(yīng)時可根據(jù)具體情況補(bǔ)充適量的水，通過聚合反應(yīng)就可以得到鋁和鐵的含量為全量的10.08%、鋁與鐵的比為1：1的高聚合氯化鋁鐵復(fù)合混凝劑產(chǎn)品。

(2)中國專利CN101215032A中介紹了另一種聚合氯化鋁鐵的制備方法，在凹凸棒石黏土生產(chǎn)活性白土的過程中產(chǎn)生的酸化廢液中，加入堿性物質(zhì)氫氧化鈉或氫氧化鉀/生石灰/碳酸鈉或碳酸氫鈉;攪拌，調(diào)整溶液pH值為4.0，并加熱到80～90℃，再充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)4～5h，使其聚合，生成無機(jī)高分子絮凝劑聚合氯化鋁鐵液體產(chǎn)品，此液體產(chǎn)品經(jīng)一定條件下熟化干燥后即為固體聚合氯化鋁鐵產(chǎn)品。

(3)中國專利CN101172684A中介紹了以粉煤灰為原料工業(yè)化生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵的方法。此工藝生產(chǎn)流程短，操作簡便，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)性能好，降低原料的使用成本，縮短反應(yīng)時間，降低了反應(yīng)能耗。

將20t的粉煤灰加入到反應(yīng)釜，同時注入質(zhì)量百分比為10%的工業(yè)廢酸48t，加入0.45t的氯化鈉，并在反應(yīng)釜內(nèi)充分?jǐn)嚢?，將反?yīng)釜密閉，防止酸揮發(fā)。注入蒸汽進(jìn)行加熱，加熱至80～100℃，反應(yīng)2.5h，即得到合格的料液，其中合格的料液是指：氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.4%，氧化鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，水不溶物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%，堿度是55，密度為1.19g/cm3，pH=4.5。其中將合格的料液放入澄清池進(jìn)行固液分離，分離出上清液和粉煤灰廢渣，分離出的上清液注入聚合釜，加入1.5t的氨水，將聚合釜密閉，充分?jǐn)嚢?，通過聚合反應(yīng)得到成品凈水劑一聚合氯化鋁鐵。此凈水劑的鹽基度為83，pH值為5.0。將成品凈水劑注入干燥系統(tǒng)干燥為固體產(chǎn)品。分離后的粉煤灰廢渣注入清水充分?jǐn)嚢?，進(jìn)行洗滌，洗滌后的液體返回反應(yīng)釜，作為下次反應(yīng)溶液的稀釋液，可節(jié)約鹽酸的用量10%，洗滌后的粉煤灰廢渣經(jīng)板式壓濾器過濾，運(yùn)往城建做成空心磚或砌塊，可降低PAFC生產(chǎn)成本10%左右。全生產(chǎn)過程沒有廢水、廢渣排放。

[應(yīng)用]聚合氯化鋁鐵是一種新型的無機(jī)高分子凈水劑，產(chǎn)品中鋁鐵二者的配比是可調(diào)的，以適應(yīng)不同水質(zhì)的需求，已分別在石化、鋼鐵、煤炭工業(yè)等廢水的凈化處理中得到應(yīng)用。結(jié)果表明，該藥劑質(zhì)優(yōu)、價廉，是一種新型、高效、穩(wěn)定的凈水劑，具有廣泛的應(yīng)用前景。有人通過實驗比較得出PAFC的凈水效果稍好于PAC，而且PAFC加藥成本比PAC少得多。

產(chǎn)品可用于生活給水及工業(yè)給水的凈化處理，適應(yīng)pH值范圍廣，pH值在4～9效果最好，對高濁度水及低溫低濁度水均有良好的效果。聚合氯化鋁鐵投藥量應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)而定，一般為10～20mg/L，使用時先將產(chǎn)品溶解后稀釋到5%～10%溶液計量投加，配好的藥液放置一般不超過24h。

楊慧森等自制了聚合氯化鋁鐵，該絮凝劑綜合了PAC和PFS的優(yōu)點(diǎn)，沉降速度快，絮凝體大，且易于過濾。將其用于處理制革廢水，濃度達(dá)0.3～0.4g/L時水處理效果最佳。此時，COD去除率達(dá)90%左右，去濁率可達(dá)99%，SS去除率達(dá)95%，各項指標(biāo)均高于PAC，處理后的廢水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，同時該產(chǎn)品還可用于飲用水和工業(yè)生產(chǎn)用水的凈化治理。

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