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改性拜耳法赤泥制备高纯度聚合氯化铝

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改性拜耳法赤泥制备高纯度聚合氯化铝改性拜耳法赤泥制备高纯度聚合氯化铝 2009年第4期环保科技VO1.15NO.4 改性拜耳法赤泥制备高纯度聚合氯化铝芈 孟铁宏,朱云勤,胡兆平,李令 (1.贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550025;2.贵州平坝宏大铝化工有限公司, 贵州平坝561108) 摘要:以改性拜耳法赤泥为原料,采用碳酸钠碱溶法溶出改性赤泥中的氧化铝和利 用碳酸化分 解处理制得高活性酸溶氢氧化铝凝胶,在一定温度条件下,加入到一定量的盐酸溶 液中反应制备 出高盐基度纯聚合氯化铝.产品质量达到GB15892--2003《水处理剂聚氯化铝》饮...
改性拜耳法赤泥制备高纯度聚合氯化铝
改性拜耳法赤泥制备高纯度聚合氯化铝 2009年第4期环保科技VO1.15NO.4 改性拜耳法赤泥制备高纯度聚合氯化铝芈 孟铁宏,朱云勤,胡兆平,李令 (1.贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550025;2.贵州平坝宏大铝化工有限公司, 贵州平坝561108) 摘要:以改性拜耳法赤泥为原料,采用碳酸钠碱溶法溶出改性赤泥中的氧化铝和利 用碳酸化分 解处理制得高活性酸溶氢氧化铝凝胶,在一定温度条件下,加入到一定量的盐酸溶 液中反应制备 出高盐基度纯聚合氯化铝.产品质量达到GB15892--2003《水处理剂聚氯化铝》饮 用水处理优 等品要求.该工艺为拜耳法赤泥的综合利用开辟了一条新途径. 关键词:拜耳法赤泥改性凝胶法聚合氯化铝制备 中图分类号:X756文献标志码:A文章编号:1674—0254(2009)04—0023—04 UsetheModifiedRedMudMadefromBayerProcessto PrepareExtremelyHighPurePloyaluminumChloride MENGTiehong,ZHUYunqin,HUZhaoping,LILing (1.Collegeofchemicalengineering,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China; 2.GuizhouPingbaHongdaAluminiumChemicalsCo.Ltd,Pingba561108,China) Abstract:Thispaperintroducedthatusingthemodifiedbayerredmudasrawmaterials,leache doutaluminum oxideunderthesodiumcarbonatesolution,andobtaininghighlyactivatedaluminumhydroxidegelwiththe processofcarbondioxidedecomposition.Underspecifictemperature,putthemintohydrochloricacidsolution andwecangetthepurehigh—basicityPAC.Theproductmettherequirementsofhi 【ghclassofnationalstand- ardGB15892—2003fordrinkingwateruse.Thisprocessdevelopedanewwayforcomprehensiveutilization of bayerredmud. Keywords:bayerredmud,modified,gelmethod,polymericaluminumchloride,preparation 0引言 拜耳法赤泥是采用拜耳法生产氧化铝所产生 的碱性废渣.由于拜耳法生产氧化铝条件的限 制,铝土矿中仍有相当多的氧化铝未被溶出利用 而进人赤泥中,造成了大量氧化铝资源的浪费. 随着铝工业的发展,铝矿资源逐渐枯竭,对赤泥中 宝贵的铝资源的综合利用,具有很重要的现实意 义. 聚合氯化铝是一种重要的混凝剂.目前,生产 聚合氯化铝较常用的方法有:酸溶一步法中和法, 凝胶法,热分解法等.但是生产较纯净的聚合氯化 铝目前只有采用铝锭,铝屑-1J,氢氧化铝为原料 的酸溶一步法和以硫酸铝,三氯化铝为原料的凝 胶法.以工业废渣拜耳法赤泥作为原料制备纯聚合 氯化铝尚未见报道.本文以改性拜耳法赤泥为原 料,经纯碱溶出,碳酸化中和生产出高活性的酸溶氢 氧化铝,再经盐酸溶解,生产出高盐基度的纯聚合氯 化铝.这既利用了工业废渣,又有效地降低了制备 聚合氯化铝的成本,具有很好的工业前景. 贵州省重点技术创新项目"赤泥综合利用技术开发",号:黔经贸技创[2008]16号. 收稿日期:2009—03—03;2009—03—14修回 作者简介:孟铁宏,男,1985年生,硕士研究生,研究方向:应用化学.E—mail:mengtiehong19850@163.corn ? 23? 2009年第4期环保科技VO1.15NO.4 1实验原料,原理及工艺流程 1.1实验原料 (1)拜耳法赤泥来源于贵州平坝宏大铝化工 有限公司,主要成分如l. 表1拜耳法赤泥的成分 组成名称质量分数/% A12O3 SiO CaO Fe2O3 NO 0 其他 19.53 13.87 24.22 5.48 5.20 7.39 24.31 (2)纯净二氧化碳气体为碳酸钙与盐酸反应 生成的气体,该气体经饱和食盐水洗涤后成纯净二 氧化碳气体.工业上可用经净化处理的锅炉产生的 二氧化碳气体. (3)碳酸钠工业级,满足GB210.10o4 《工业碳酸钠及其实验方法》要求. (4)盐酸工业级,满足GB320--2006《工业 用合成盐酸》要求. 1.2合成方法与原理 (1)拜耳法赤泥改性改性方法借鉴本实验室 专利4J,制备方法如下:分别将拜耳法赤泥和石灰 石破碎并粉磨到一定细度,将两种料粉按一定的比 例混匀后制块,在一定的温度下进行烧结改性,再破 碎粉磨至一定的细度(过120m筛,筛余量? 5%),制成改性赤泥. A12O3+CaCO3CaO?A12O3+CO2 3Fe2O3+3CaCO3_3CaO?Fe2O3+3CO2 SiO2+CaCO3_CaO?SiO2+CO2 (2)碱溶法制备偏铝酸钠溶液将一定量的改 性拜耳法赤泥粉加入到一定温度,一定浓度的碳酸 钠溶液中反应一定时间后得到偏铝酸钠溶液. CaO?A12O3+Na2CO32NaA102+CaCO3 (3)铝酸钠溶液碳分制备氢氧化铝凝胶在偏 铝酸钠溶液中通人纯净的二氧化碳气体碳酸化分解 得到氢氧化铝凝胶沉淀,过滤,滤液经碱化后循环使 用. NaA102+cO2一A1(OH)3』+Na2cO3 CO3一+HHCO3一 HCO一+OH一C0一+H,O (4)聚合氯化铝的制备在所得的氢氧化铝中 加入适量盐酸制得聚合氯化铝液体产品,浓缩后得 . 24. 固体聚合氯化铝产品. 2A1(OH)3+(6一n)HC1一A1(OH)C16一 reAl(OH)C1一一[Al(OH)C16一] 2实验结果与讨论 实验考虑到氧化铝厂生产的实际情况,在固定 碳酸钠浸取时间为2h的条件下,对影响改性赤泥 溶出率的三参数:碳酸钠溶液浓度(L),碳酸钠和 改性赤泥液固比,浸取温度(?)进行单因素实验. 2.1碳酸钠碱溶法溶出铝试验 2.1.1温度对改性拜耳法赤泥中氧化铝溶出率的 影响 固定碳酸钠溶液浓度为100g/L和碳酸钠与 改性拜耳法赤泥液固比为3:1的条件下,改变溶 出温度进行试验,结果见图1.由图i可知,改性 拜耳法赤泥中氧化铝溶出率随溶出温度的增大而 增大,考虑溶出成本,试验采用常压溶出,溶出温 度为95?. 70 \ 褂6O 茁 建 5O 40 3O405060708090lO0 溶出温度/'c 图1温度对改性拜耳法赤泥中铝溶出率的影响 2.1.2液固比对改性拜耳法赤泥中氧化铝溶出率 的影响 在2.1.1的基础上,采用铝,碱溶出率较好的溶 出温度(95oC),固定碳酸钠溶液浓度(100g/L),改 变碳酸钠和改性拜耳法赤泥液固比进行试验,结果 见图2.由图2可知,改性拜耳法赤泥中氧化铝溶 出率随液固比的增大而增大,但液固比为3后,其增 长速率逐渐平缓,从经济效益角度考虑,采用液固比 为3:1. \ 僻 丑 缝 液固比 图2液固比对改性拜耳法赤泥中铝溶出率的影响 2009年第4期环保科技 2.1.3碳酸钠浓度对改性拜耳法赤泥中氧化铝溶 出率的影响 ,碱回收率 在2.1.1和2.1.2的基础上,采用铝 较好的溶出温度(95?),碳酸钠和改性拜耳法赤泥 液固比(3:1),改变碳酸钠溶液浓度进行试验,结 果见图3.根据图3,改性拜耳法赤泥中氧化 铝的溶出率先随碳酸钠浓度的增大而增大,但当碳 酸钠溶液的浓度到达一定值时,改性拜耳法赤泥中 的氧化铝溶出率却不再增大,故试验采用碳酸钠浓 度为100L. 图3碳酸钠浓度对改性拜耳法赤泥 中铝溶出率的影响 2.1.4改性拜耳法赤泥中氧化铝溶出优化参数的 确定 在2.1.1,2.1.2,2.1.3的基础上,初步确定溶 出温度95cc,液固比3:1,碳酸钠浓度100g/L为 优化参数,进行验证平行实验,得出氧化铝的溶出率 如表2.表2示出,氧化铝的平均溶出率为 72.65%,故此优化参数即为最终确定的优化参数. 此时,溶出液中氧化铝含量约为60L. 表2优化参数条件下改性拜耳法赤泥 中氧化铝溶出率平行实验结果 实验序号溶出~/O/o 1 3 平均值 72.67 72.59 72.70 72.65 2.2氢氧化铝的制备 2.2.1碳酸化分解 二氧化碳碳酸化分解制备氢氧化铝是制备聚合 氯化铝的关键.碳分中二氧化碳的通气速率,搅拌 速率和碳分温度都会对制备出的氢氧化铝活性产生 影响:二氧化碳的流量太小,通气口极容易被堵塞, 制备的氢氧化铝酸溶活性就较差;搅拌速度太快,碳 分温度过高,体系中易产生结晶氢氧化铝,其酸溶性 差,难以制得质量稳定的聚合氯化铝.实验得出在 二氧化碳出口压力不小于2×10Pa,搅拌速度为 60r/min,碳分温度不大于45?的情况下,碳酸化 分解铝酸钠溶液制备氢氧化铝凝胶沉淀,具有很好 的酸溶活性,可以制备出高盐基度的聚合氯化铝. 待体系的pH=6,9时,停止反应即可制得氢氧化 铝凝胶. 2.2.2氢氧化铝凝胶后处理 根据碳酸的三种形式分布分数与pH的关系 和实验验证,在pH=6,9的碳酸钠体系中,溶液 中以HCO一为主,由于碳酸氢钠在碳分温度范围 内的溶解度不大,所以,得到的氢氧化铝凝胶中也 混有一定量的碳酸氢钠,需要把得到的氢氧化铝 凝胶打浆水洗,除去其中混有的碳酸氢钠.实验 得出:水洗,过滤整个过程温度不超过40cC.滤 液,水洗液和氢氧化铝凝胶分离后,经碱化可循环 使用. 2.3聚合氯化铝的制备 测定前述(2.2)氢氧化铝凝胶中铝含量,将所 得氢氧化铝滤饼分散在水中,照产品所需的盐基度 添加定量盐酸(工业级),然后加热溶解,在一定温 度下熟化后得到无色,透明,黏稠状液体聚合氯化铝 产品,然后在一定的温度下浓缩,烘干,得到无色,透 明,晶粒状固体聚合氯化铝产品. 3分析方法及产品 3.1分析方法 用本工艺生产聚合氯化铝原料需符合国家相 关标准.其中改性赤泥,偏铝酸钠溶液的化学成 分分析参照文献[6]中相关元素分析方法进行:氧 化钠和氧化钾(试样采用氢氟酸及硫酸处理)含量 采用火焰光度法进行测定.其中氧化铝(改性赤 泥采用火法熔样,偏铝酸钠溶液则移取一定量的 偏铝酸钠溶液加入一定量的盐酸酸化后直接测 定,下同)含量测定采用EDTA络合,NaF置换,锌 标准滴定;氧化铁含量采用邻二氮菲比色法测定; 二氧化钛含量采用双氧水比色法测定;氧化钙含 量采用高锰酸钾法测定;二氧化硅含量采用硅钼 蓝光度法测定.聚合氯化铝产品中氧化铝含量采 用EDTA络合,KF置换,锌标准滴定;盐基度采用 氟盐掩蔽中和法测定,其他元素测定按GB 15892--2003要求执行. 3.2产品检测 聚合氯化铝按GB15892--2003进行产品质量 检验,检验结果与该标准的对照如表3. ? 25? 2009年第4期环保科技Vo1.15No.4 4结论 (1)通过赤泥改性所得的改性赤泥,回收利用 拜耳法赤泥中的氧化铝,制备出纯度高,盐基度高的 聚合氯化铝,是对工业废渣的再利用,生产出的产品 各项质量指标满足GB15892--2003饮用水处理优 等品要求,具有很好的应用前景. (2)本法利用二氧化碳制备出高活性的酸溶氢 氧化铝,有效地利用了工业燃煤所产生的二氧化碳, 不仅可以减少向大气排放的二氧化碳量,减少工厂 对环境,气候的影响,而且利用二氧化碳碳分生产氢 氧化铝,还可以减少盐酸的使用量,节约了原料.使 用碳酸钠溶出改性赤泥中的氧化铝,理论上碳酸钠 不被消耗,可以回收循环利用,从而大大降低生产成 本. ? +-+"+一+-+一+??+一+"+"+-+一+??十一+一+——"+一+? 参考文献 [1]胡万里,高静,崔丽娟,等.铝屑制备聚合铝的研究[J]. 工业水处理,1995,15(1):7—9. [2]海野义雄.碱性氯化铝制造方法:中国,85103759A[P]. 1990—05—30. [3]吴展阳.碱式氯化铝生产新方法[J].广西化工,1984 (2):1—11. [4]朱云勤,马武权.固体物料的煅烧方法:中国,1189467 [P].1998—08—05. [5]马武权,朱云勤,胡兆平,等.一种耘的石灰烧结一拜耳 法联合生产氢氧化铝的方法:中国,1010741O5A[P]. 2007一l1—21. [6]联合法生产氧化铝编写组.联合法生产氧化铝一控制 分析[M].北京冶金工业出版社,1980:91—93,86— 167 污染减排促进贵州环境质量逐年好转 据《贵州日报》报道(记者:詹爱华)不久前, 笔者从贵州省环保厅了解到,经过三年努力,贵州省 "十一五"前三年污染减排工作初显成效,环境监测 数据显示,全省环境质量逐年好转. 据了解,"十一五"以来,贵州省扎实推进污染 减排,将其作为促进全省经济社会又好又快发展的 重要抓手,各地有关部门认真执行减排计划,主要污 染物得到有效控制.在污染减排工作中,全省落实 产业结构调整和污染治理工程减排措施,一方面加 快淘汰落后生产力,另一方面加快重点项目治理进 度,并落实监督管理减排措施,确保重点减排工程项 目的稳定运行.与此同时,积极开展污染治理工作, ? 26? 创新工作思路,多方面加大污染治理力度,污染防治 取得新进展.从主要污染物减排看,2007年全省化 学需氧量和二氧化硫排放总量分别比2006年下降 0.95%和6.12%,2008年排放总量分别比2007年 下降2.14%和10.04%.从二氧化硫浓度看,2008 年全省城市二氧化硫平均浓度为0.052mg/ITI,与 2007年同期相比下降7.1%,重点城市空气环境质 量优良率均有所提高,其中贵阳市达到94.81%,遵 义市达到89.62%,空气质量稳定;从河流断面水质 看,2008年全省70.3%的河流断面水质达到优良水 质标准(即?类以上),与2007年相比上升了 4.1%
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