相关文章

利用白泥生产聚合氯化铝

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18万~20万元甚至更大的产值。铝加工企业以年产排白泥50吨计,就可形成900万~1 000万元的产值。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。

1. 初步转化为氯化铝

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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)为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。