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电极箔废酸合成聚合氯化铝的生产工艺研究

发布时间:2014-12-05 出自:聚合氯化铝 已被浏览:227 次

1.利用电极箔废酸生产聚合氯化铝的研究背景及意义

近年来,随着工农业生产的快速发展,水资源的污染不断加剧。导致人们饮用水资源的日益紧缺。水中污染物质的种类很多,且水中含有大量有毒有害物质,它们被土壤、动植物吸收,或直接通过饮水吸进人体,对人类造成长期为害,将严重威胁到人们的身体健康。因此,尽快研制出高效、经济的净水剂,并加强饮用水资源的保护,提高净水工艺的运行质量,保障饮用水的安全是非常重要的。

聚合氯化铝(简称PAC),具有吸附活性高、澄清泥沙时间短、适应pH值范围宽,不需助凝剂和不受水温影响等优点,其净水效果是A12(S04)3的3-5倍,是国际上近年来发展较快的高效水处理剂之一。

国内铝箔厂年产低压电极箔60万吨,其主产品电极箔主要原材料为铝光箔,铝光箔经过腐蚀与化成两道工序,成为制造铝电解电容器的原材料之一。在腐蚀工序中,铝光箔经盐酸、硫酸在一定的化学配比,一定的温度和电流条件下,按工艺要求被腐蚀,成为化成箔的半成品。企业年消耗工业级盐酸和硫酸的量很大。生产过程中,如果这些废酸直接排放,不但对周围环境产生严重污染,而且对企业也是一定损失。针对该废酸酸液特点,可以采用扩散渗析工作原理对废酸进行回收。废酸经回收后,能够应用于生产聚合氯化铝净水剂,具有一定的环境、经济、社会效益。

2.聚合氯化铝应用于生产自来水净化剂的发展前景

聚合氯化铝是目前国内用量大、效果较好的无机高分子净水剂,生产工艺已相当成熟,难以在技术方面取得突破性的进展,提高净水性能比较困难。可喜的是,近年来另辟途径,取得较大的飞跃。在液体聚合氯化铝中加人助凝剂(促进剂),经过络台复配,得到复配型聚合氯化铝兼有无机高分子混凝剂的强大电荷中和能力和有机高分子混凝剂的高度吸附、架桥性能。助凝剂是天然或人工合成的有机高分子物,复配加入量仅占聚合氯化铝量的1---3%用于水处理时,投加量小、剩余浊度低、效果提高2~3倍。

随着人们环保意识的增强和各类工业用水的需要,近年全球水处理化学品市场一改原有缓慢的发展局面,呈现出乎稳的增长态势。其中聚合氯化铝在各类产品中显示出最强劲的增长势头。在我国,目前工业用水和城市给水的水处理混凝剂年需求量不断增加,另外全国每年工业排放废水量的30%-40%需进行混凝处理,其水处理混凝剂的年需求量不断增加,聚合氯化铝作为混凝剂在国内目前主要用于给水净化,基本能满足国内的需求,而PAC在废水处理方面的应用有待进一步开发。

3.实验材料及工艺条件

3.1实验材料:含铝盐酸铝箔厂腐蚀铝箔后排出的废酸
铝酸钙粉贵州省凯里市生产,A1203含量53.41%
氯化锌汕头市西陇化工厂有限公司(AR)
氢氧化钠广州化学试剂厂(AR)
盐酸广州化学试剂厂(AR)
三水合乙酸钠广州化学试剂厂(AR)
乙二胺四乙酸二钠广州化学试剂厂(AR)
硝酸广州化学试剂厂(AR)
氨水广州化学试剂厂(AR)

3.2实验仪器:电子万用炉北京市永光明仪器厂
JA1103N型电子天平上海民桥精密科学仪器有限公司
T-10型电子天平美国双杰兄弟(集团)有限公司
TLJ-2型定时电动搅拌器江苏美堰市天力医疗器械有限公司
800电动离心机常州奥华仪器有限公司
四口烧瓶(lOOOml)蛇形冷凝管温度计(0~100℃)

3.3实验方法

3.3.1电极箔废酸的成份组成分析

根据工厂生产的实际情况,废酸液统一集中收集在储槽中,然后分析检测废酸液中[H+]、[Cl-]、[S04+],分析检测完成后供给到生产聚合氯化铝的企业中去。检测结果表明,腐蚀生产线废酸液浓度分别为[H+]=7.1N、[Cl-]=0.89N、[S04+]=3.21N。

3.3.2利用电极箔废酸生产聚合氯化铝的要求

纯的固体聚合氯化铝为无色透明树脂状,其A1203含量45%左右。因含有杂质,一般固体聚合氯化铝产品为白色、淡灰色、淡黄色或棕色晶体或粉末,颜色因生产工艺及原料的不同而不同,一般工业生产要求A1203含量≥27%。液体聚合氯化铝产品为无色、淡灰色、淡黄色或半透明液体,味涩具有一定的粘滞性;一般工业生产上要求A1203含量≥9.0%,相对密度(20℃)≥1.19。

3.3.3酸液的配制

因为铝箔厂排出的含铝酸有两种不同的浓度,所以要按照实验所要求不同盐基度来调配不同酸度的酸液。方法:首先检测两种酸的酸度W,铝含量A,计算好实验所需要的酸度,再称取两种酸混合倒进lOOOml的四口烧瓶,四口烧瓶要先接好搅拌器,接好冷凝管和温度计,再加热升温。

3.3.4聚合氯化铝的合成路线

根据算实验需要的盐基度,计算所要投的铝酸钙粉的量。一般按照酸粉比来计算,酸粉比是根据盐基度得出来。等酸液升温到65℃左右就投加铝酸钙粉。投完铝酸钙粉后等混合液体温度达到100℃以上停止加热并保持温度在98℃反应2.5小时。反应2.5小时后倒出聚合氯化铝产品于1000ml烧杯,冷却,待测。

分别取酸粉比H=0.90,0.80,0.70,0.60,0.50下合成聚合氯化铝,测定各个酸粉比合成出来的产品的铝含量,盐基度,铝酸钙粉的溶出铝,渣含量等指标。

3.3.5聚合氯化铝的指标测定

氧化铝含量,盐基度按照聚合氯化铝国家标GB15892-2009检测。

溶出铝计算方法:W=(MA-mlal-m2a2)/m×100%
式中:W为铝酸钙粉的溶出铝,%;
M为聚合氯化铝产品质量,g;
A为产品的氧化铝百分含量,%;
ml、m2为两种酸的质量,g;
al、a2为两种酸的铝含量,g;
m为钙粉的质量,g。

渣含量测定方法:将产品搅拌均匀,用离心管称取质量大概相同两管,放进电动离心机,盖好盖子,慢慢加速离心10分钟,然后逐渐减速关闭离心机,停止后取出离心管倒掉上层清液,称离心管质量。
计算方法:W=(ml-m)/(m2-m)×100%
式中:W为渣含量,%;
ml为聚合氯化铝液和离心管质量,g;
m2为渣和离心管质量,g;
m为离心管质量,g。

4.实验结果讨论

4.1酸粉比对盐基度的影响

在酸液和反应温度和时间不变的情况下改变铝酸钙粉的用量,即改变酸粉比例,研究其对盐基度的影响。图1表明了酸粉比对盐基度的影响。

由图1可以看出随着酸粉比的增加,盐基度逐渐下降。聚合氯化铝的盐基度在70%~85%是比较稳定,不容易水解。所以酸粉比在0.6~0.8之间比较适合。

4.2酸粉比对溶出铝的影响

在酸液和反应温度和时间不变的情况下改变酸粉比例,研究酸粉比与铝酸钙粉溶出铝的关系。如图2。

由图2看出随着酸粉比的增大,溶出铝升高。因为铝酸钙粉用量相对少,酸可以把难容的氧化铝溶出来。研究溶出铝可以帮助降低生产成本,提高钙粉的利用率。

4.3酸粉比对渣含量的影响

在酸液和反应温度和时间不变的情况下改变酸粉比例,研究酸粉比与渣含量的关系。如图3.

由图3看出随着酸粉比的升高,渣含量也逐步降低。因为酸量较多可以溶解比较多的难溶物,这样就可以减少废渣的排放,减少废渣的二次污染。

5.结论

以铝箔厂的电极箔酸和铝酸钙粉为主要原料,通过升温聚合反应可以制备得液体聚合氯化铝。通过改变酸粉比研究其对盐基度,水不溶物,铝酸钙粉的溶出铝,渣含量的影响。通过实验得出酸粉比在0.6-0.7之间,制备的出来的液体聚合氯化铝的盐基度、水不溶物、渣含量都符合国家的GB15892-2009要求,而却铝酸钙粉的溶出铝都可以达到50%以上,降低了生产的成本。

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