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行业动态

无机高分子絮凝剂—聚合氯化铝

更新时间:2015-11-27 11:40 来源: 点击数:

聚合氯化铝(cpolyaluminium chLoricle)是一类新型的主流无机高分子絮凝剂,由于其在水处理中较传统的无机药剂有更高的功效,近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。本文从其组成、形态、物化性质、主要指标、制备及应用等方面,对这一新型的水处理药剂进行了介绍。
自20世纪30年代起,美国、德国、前苏联、日本等国就陆续有化学家研究铝的碱式盐,在实验室中制备碱式铝盐,并研究其组成和特性。在研究中发现这种药剂有更高的絮凝能力。到了60年代,日本的前埝提出了几种碱式铝盐的工业制造流程,肯定了碱式铝盐的絮凝效能高于硫酸铝。此后,碱式氯化铝在日本水处理技术中迅速发展了起来,并进一步以无机高分子理论出发探讨其作用机理,开始命名为聚合铝。聚合氯化铝是聚合铝的一种,其性能优于其他絮凝剂。
铝盐的絮凝作用主要是以投入水中后产生的带适当电荷聚合度较高的无机高分子形态进行的,其实质是铝盐在水解-聚合-沉淀的动力学过程中的中间产物,其化学形态属于多核羟基配位化合物。Al3+→Al2(OH) 24+→Al7(OH) 165+→Al13O4(OH) 247+。聚合氯化铝现场投加,能迅速发挥优异的絮凝作用,由此可见,聚合铝的基本形态应该是多核羟基配合物形成的无机高分子。大量学者对聚合铝的组成和形态进行了多年的研究,被广泛的接受的化学式为[Al2(OH)nCl6-n]m,式中m≤10, n=3~5。该化学式实际上是把羟基配合物Al2(OH)nCl6-n看成是高分子化合物的单体,而m为聚合度。这种既考虑了A l数目为2的基本结构,又考虑了高分子聚合物的发展形态的表达方式是目前最好的。
对聚合氯化铝的形态的研究,近年来取得了长足的进展。主要方法有两种,Ferron逐时络化比色法对PAC的研究用27Al-NMR(核磁共振)对聚合氯化铝的研究和Ferron逐时络化比色法对PAC的研究。
用27Al-NMR(核磁共振)研究。该研究图中显示了0.0和62.9两个共振峰。一般认为:0.0共振峰是Al(H2O)63+及其他单核羟基配离子的特征峰;62.9共振峰是由多核组分Al13O4(OH)24(H2O)127+(简写为Al13)引起的。因此,一些学者认为Al13是聚合铝中最佳絮凝成分。但Al13的生成条件和形态组成却一直是争论的焦点。近年提出Al13生成需有前驱物的论点得到了较多的赞同。
聚合氯化铝的生产工艺多种多样一般有以下几种:(1)加碱于铝盐溶液。该法适合实验室。(2)加铝酸钠于铝盐溶液。本法也叫中和法。(3)金属铝溶解于盐酸。(4)金属铝溶解于铝盐溶液。(5)金属铝溶解于氯化物溶液。(6)氢氧化铝溶解于盐酸。(7)氢氧化铝溶解于铝盐溶液。(8)氯化铝溶液的离子交换树脂处理。(9)以离子交换树脂隔层进行电解。(10)铝电极电解。(11)含铝矿石的盐酸处理。(12)由炼铝中间液制取。(13)废铝灰的盐酸处理。(14)废铝灰的碱液处理。
用上述的方法制成的聚合氯化铝,其净化效果相仿,但采用金属铝为原料来源比较困难,成本高昂;采用存放很久的失水氢氧化铝为原料不仅成本高,而且反应活性低。因此,综合利用含铝和氧化铝的物质,是较经济合理的。就其加工工艺而言,酸法较常用,中和法和碱化法比酸法工艺流程长,设备多,但铝灰中有较多的成分利用效率高。对含铁量较高的高龄土宜用碱法。离子交换法、电渗法等多见于专利报道,工业生产尚未推广。
聚合氯化铝作为一种新型的絮凝剂,根据国内外的生产实践,有以下优点:(1)在一般的原水条件下,絮凝效果优于常用的无机絮凝剂,如硫酸铝,硫酸亚铁,三氯化铁等。(2)絮体形成快,沉淀速度高。因而反应、沉淀时间可缩短,在相同的条件下可提高处理能力1.5~3.0倍。(3)沉淀的泥渣的脱水性能高于硫酸铝,低于三氯化铝。(4)在等投加量下,聚合氯化铝消耗的水中碱度小于各种无机絮凝剂消耗的水中的碱度,处理后出水的pH降低也少。(5)适宜投加范围宽,过量投加后不易产生水质恶化作用,因而有利于操作管理和提高净水安全性。(6)适宜原水pH范围比硫酸铝宽,对原水温度适应性比硫酸铝强。(7)多浊度,碱度,有机物含量的变化适应性强。(8)处理水中盐分增加少,因而对于制药工业,轻工业,纯水制取的预处理较为有利。(9)处理水成本低于现有的各种无机絮凝剂。(10)有效成分(固体)为硫酸的铝的2.5~3.0倍。投加量少,因而对运输、贮存有利,可减轻投药系统的劳动强度(11)对投药系统及操作人员皮肤、衣物腐蚀性小,改善了劳动强度。
聚合氯化铝属于阳离子无机高分子絮凝剂,加量一般为20~50mg/L。液体可直接计量投加,固体产品需先在溶解池中配成10%~15%溶液后,按所需的浓度计量投加。聚合氯化铝主要用于饮用水和工业给水的净化,以及工业废水的处理。同时,还能用于去除水中所含的铁,锰,铬,铅等重金属,以及氟化物和水中含油等。故可用于多种工业废水的处理。聚合氯化铝对于处理水的适应强,尤其对高浊度水的处理效果更为明显。水温较低时仍能维持稳定的絮凝效果。净化后水的色度和铁锰等重金属含量低,对设备的腐蚀性小。除此之外,聚合氯化铝也用做央蜡浇铸硬化剂,并用于铸造、造纸、医药、制革等领域。
随着水质越来越复杂,单一混凝剂已不能满足水处理的需要,因此,新型高效复合混凝剂得到了发展。近年来,人们研制开发出了铁铝复合混凝剂,并开展了铁铝复合混凝剂的混凝性能、共聚机理及形态方面的研究工作。含硫酸根的聚合氯化铝是通过引入适量的SO42-,来提高聚合氯化铝的聚合度,从而提高聚合氯化铝的混凝性能.含Cl-的聚合硫酸铁则是引入适量Cl以提高聚合硫酸铁的聚合度,从而提高聚合硫酸铁的混凝性能. 研究结果表明,铁铝复合高分子混凝剂可克服聚合铝及聚合铁单一种类混凝剂的某些缺点,具有更好地混凝效果和更广泛的应用范围。此外,含镁的铝盐混凝剂,含有铁、铝、钙、镁、硅等成分的多种离子的复合混凝剂等新品种也得到了研制开发。


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