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聚氯化铝盐基度调节剂-节省钙粉用量提高盐基度
文章来源: 日期:2018-6-29 浏览次数:2764
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聚氯化铝盐基度调节剂
          节省钙粉用量提高盐基度
 
  盐基度指标是衡量聚合氯化铝效果的重要指标之一,甚至比铝含量更有实际意义,就像氯化铝不能直接当做聚合氯化铝使用一样,必须通过工艺措施使其含有一定的盐基度才可以用于水处理,达到絮凝效果。
  目前,任何工艺的聚合氯化铝生产,都是以盐酸和含铝原料反应,这些含铝原料比如:铝粉、铝屑、铝灰、煅烧铝矾土、铝酸钙、氢氧化铝 氧化铝等,当盐酸与含铝物料反应后,均生成了氯化铝,然后氯化铝水解、聚合形成聚合氯化铝。
  通常工艺是采用两步法工艺,以铝矾土、氢氧化铝、氯化铝为原料,生产低盐基度初产品,再以铝酸钙适当补充一部分铝源,并调整盐基度;
任何工艺的聚合氯化铝生产均应以不产生氢氧化铝凝胶为基本控制条件,否则给过滤带来极大的困扰,大量生成后将不可逆,无论是加酸还是加水均不能使其解聚,这是由于氢氧化铝凝胶具有较低的化学电位势和较高的化学稳定性所决定的。且盐基度在一定范围内与PH有着极强的对应关系,生产上投加钙粉后,前期温度急速上升,继续投加钙粉,温度变化不明显,很平缓,这已经表明后期投加的钙粉已经很少参与反应了,其铝含量与盐基度的提升也非常不明显,增加幅度平缓,只是盐基度略有增加,氧化铝含量基本无变化或者是相当微小,说明后期投加的钙粉对氧化铝含量的提升已经基本失去意义,只是对盐基度的提升略有一定的帮助;这样操作,增加生产成本倒不说,关键是影响过滤速度与过滤效果。
  根据氯化铝水解热力学方程和反应动力学计算,当氯化铝溶液的PH≦3.4时,钙粉投加后,其盐基度的提高与投加量有着极强的相关性,当PH值≧4.071时,钙粉投入后,对盐基度和铝含量的影响就相当小了,尤其是氧化铝的含量提升基本可以忽略不计了,盐基度稍有提升;此时体系中盐酸的含量只有万分之一左右了,如此低的酸浓度已无法与钙粉反应,已经失去了投加钙粉的意义,实际生产中亦是如此,这点可以从体系温度的变化看出来,即后期的温度变化极其平缓、甚至不变化。当溶液的PH≧4.071,开始出现氢氧化铝凝胶,PH值越大,凝胶越多,PEC的有效性成分聚十三铝含量越低。
  目前广泛采用的两步法工艺,其后期投入的无意义钙粉应该占钙粉投入总量的25%-60%左右,就是说25-60%的钙粉基本被浪费了;这可以通过测定滤饼中的氧化铝含量来确定,如果滤饼中的氧化铝含量≧3%,则表示所投加的钙粉是过量的,多投的钙粉是无意义的,纯属浪费;同时,多投加的钙粉对于采取沉降法生产的工厂还容易使产品中的固含量超过国家规定的标准0.2%,只要过量投加钙粉,一般都会超过此数字,更容易堵塞用户管道。
  生产上钙粉投加后控制PH值在4左右,最好4以下,在3.4-4之间,PH在此点位后停止投加钙粉,改为投加B专用调节剂,使产品最终达到国家标准。其使用成本比投加钙粉低很多,且盐基度提升幅度很大,生产上每投1%的调节剂,可以使盐基度提升6%,具体投加量请根据实验方案确定,甚至做破坏性实验,一般情况下调节剂的投入量根据计算予以投加,但以15%为限度。此时产品无任何异常现象产生;调节剂在体系中全溶,无渣,液体清澈,对氧化铝含量的影响较小,没有达到5%的变化系数,实验时将初产品过滤后予以投加调节剂。
  对于以氢氧化铝、氯化铝为原料的生产工艺,可以直接生产出高盐基度的产品,以氢氧化铝为原料省去过滤工艺,实现无渣化生产。
  对于生产固体聚合氯化铝的工厂,可以将盐基度大幅提高后利于产量的提高。
  对于采用板框压滤机压滤的工厂,会经常出现不好过滤、甚至无法过滤的问题,有的在滤室形成形成滤泡或者空腔,导致过滤速度减慢,或者有效过滤面积减少,过滤时间延长。这些问题的根源,我们认为都是工艺控制中PH值的控制没到位,导致产生了氢氧化铝凝胶而堵塞了滤布。出现这个问题后,很多工厂就不过滤了,直接采用沉降法,这又给清淤带来极大的工作量,同时也会浪费很多有效产品,增加工厂成本。同时,氢氧化铝凝胶的出现,会严重影响下一次的生产,这也就是很多工厂母液不能回用、不能存放在反应槽过夜的原因。理论上,对于10%含量的标准聚铝溶液,其盐基度的极限值87%,超过此数据,就会出现凝胶现象,影响过滤。
规律发现方案:
  1  假设钙粉的投加量占比为15%,即100吨的聚铝初产品投加15吨钙粉,可以在投加50%后的钙粉后每投加一吨反应一小时后取样分析各项指标,看看各指标与钙粉投加量的数据相关性。或者取回生产上的初产品后 在实验室里模仿生产上的工艺予以确认。
  通过数据考核会发现:钙粉在后期,越往后,PH值变化越小,氧化铝含量和盐基度的提高也越少,与前期相比,形成巨大的反差,说明越往后越无意义或者是意义不大。
  对数据指标考核后会发现,当钙粉投加到一定量后,继续投加钙粉,各指标变化幅度很小,此点位就是停止钙粉投加的拐点或者顶点,在拐点出现后,记录此时的PH值,就可以直接投加专用B调节剂了,以后的生产就可以此PH值作为钙粉投加的拐点数据。按每投加1%的调节剂,盐基度提升5%计算投加量即可。(实验室提升2.7%)
  2 滤渣数据考核:取一定量的滤渣,用水清洗三次,然后将滤渣抽滤并在100度温度条件下一小时烘干,再从烘干的样品中取样,按铝酸钙粉的测定方法测定其氧化铝含量,按下式计算其转化率
  转化率一般应高于95%,否则浪费较大,有的工厂甚至其转化率只有70%左右,说明浪费现象相当严重,这样成本会很高,同时给后续工艺带来困扰,包括过滤、产品质量、烘干、清於、环保等都带来麻烦。
 
  盐基度专用调节剂实验方案:
 
   实验室中聚铝溶液在投加50%用量(原生产过程中使用钙粉用量的一半)的钙粉后,此时的聚铝溶液可以从反应釜中取出 ,然后取样分别加入不同量的钙粉60%、70%、80%、90% 100%,在90度左右充分反应后测定其盐基度,当加入一定量的钙粉后聚铝溶液中各个指标变化都不大时,我们称此点为拐点,即PH值的绝对最大值,此点位以后,加入的钙粉其溶出率与加入量不成比例,即溶出率很低了;为确保效益,我们建议在此拐点添加盐基度专用调节剂。(每添加1%的调节剂,实验室中盐基度含量会增加2.7%,生产中会增加5%)
 
 
  实验室中添加调节剂,添加时长需要半小时到一个小时,每次少量添加,越少越好,直至加完,添加时间越长效果越明显。例如取300g聚铝溶液,原盐基度60,需提升到90,两者差30,实验室使用量30g,生产中使用量15g,在90℃温度下保温反应两小时候测定其盐基度。
  生产上,也可以在投加90%的钙粉后,间隔1.5小时,剩余的10%改为投加调节剂,不影响含量与盐基度。
 
  我们的生产中已采用此工艺措施,愿与各位同行分享,为您的工厂助力。
 
  附   活性铁铝粉
  产品指标(干基)  三氧化二铁60.3% (铁42%) 氧化铝32%  酸不溶物7%
  铁铝粉是生产聚合氯化铝铁的优质原料,在为产品提供铁离子的同时,也提供了一定量的氧化铝,含铁的聚合氯化铝其效果远好于单独的聚合氯化铝,尤其在在除磷效果上,更是别具一格。铁铝粉可以单独生产污水处理用的氯化铁,也可以结合聚合氯化铝的生产工艺生产聚合氯化铝铁,根据铁含量要求,适当添加一定量的铁铝粉。由于铁铝粉中含有的氧化铝略高于铝矾土中的氧化铝含量,所含有的铝很容易溶出进入产品中,因此生产聚合氯化铝铁时,其生产成本略低于使用铝矾土生产聚合氯化铝的成本。
  也可以单独以铁铝粉为原料进行生产,此时铁、铝含量均在10% 以上,使用的时候加到成品聚铝中,以提高铁含量,具体添加量以含铁多少来计算。但不要超过20%,否则盐基度降低太多。
   单独以铁铝粉为原料生产时,此时产品的ph较低,与聚铝混合时,聚铝的盐基度会适当降低。降低多少以实验方案确定。
  实验方案(以生产31%氯化铁溶液为例)
  1  30g铁铝粉(干基)+100ML32%HCL,在95度左右反应三小时
  2  30g铁铝粉(干基)100ml32%HCI反应,自然温度反应3小时,自然温度时,渣稍多。
  检测铁离子含量,最后转换为三氯化铁的含量,其系数关系为2.9×铁离子的百分含量
  此两种方案均能保证氯化铁的质量分数大于31%,且三氧化二铝含量与铁离子含量基本相当,好过滤。
  生产聚合氯化铝铁时,以部分铁铝粉代替铝矾土即可,即铝矾土的量在原投加量的基础上等量减少;投料时,先投铁铝粉,接着投加铝矾土。
 
  附二  过滤促进剂
  当聚铝不好过滤时使用,添加量为100克/每吨,保证聚铝溶液中有100ppm过滤速度可以提高一倍以上。
  实验方案:取1ml加入水中,配成1%的水溶液,然后取1ml配好的水溶液,加入T=80-90度100g的聚铝溶液中,用快速滤纸进行对比实验,观察一分钟时间内溶液滴定数量多少滴
  观察现象:分别用空白和加入了促进剂的样品在实验室做现象,同样的量过滤完毕,用时间长短予以考核
 
 
  相关数据如下:氯化氢按含量与体积的积计算,此处所谓盐酸是以分析纯为准,生产上的盐酸大部分为副产,需在实验室予以确认,其比例基本一致,出入不大。
  1 铁铝粉与氯化氢的质量比  30:35
  2 盐基度调节剂与产品的体积比 5-10%  
 
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