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一種新興凈水材料,無機高分子混凝劑,簡稱聚鋁,英文縮寫為PAC(poly aluminum chloride),它是介于AlCI3和Al(OH)3,之間的一種水溶性無機高分子聚合物,化學通式為[Al2(OH)nCl6-nLm],其中m代表聚合程度,n表示PAC產品的中性程度。m品的中,n=1-5為具有Keggin結構的高電荷聚合環鏈體,對水中膠體和顆粒物具有高度電中和及橋聯作用,并可強力去除微有毒物及重金屬離子,性狀穩定。檢驗方法可按國際GB 15892--2003標準檢驗。由于氫氧根離子的架橋作用和多價陰離子的聚合作用,生產出來的聚合氯化鋁是相對分子質量較大、電荷較高的無機高分子水處理藥劑。


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物理化學性質
聚合氯化鋁具有吸附、凝聚、沉淀等性能,其穩定性差,有腐蝕性,如不慎濺到皮膚上要立即用水沖洗干凈。生產人員要穿工作服,戴口罩、手套,穿長筒膠靴。聚合氯化鋁具有噴霧干燥穩定性好,適應水域寬,水解速度快,吸附能力強,形成礬花大,質密沉淀快,出水濁度低,脫水性能好等優點。用噴霧干燥產品可保證安全性,減少水事故,對居民飲用水非常安全可靠。因此,聚合氯化鋁,又被簡稱為高效聚氯化鋁,高效PAC或高效級噴霧干燥聚合氯化鋁。聚合氯化鋁適用于各種濁度的原水,pH適用范圍廣,但是和聚丙烯酰胺相比,其沉降效果遠不如聚丙烯酰胺。
聚合氯化鋁的鹽基度是聚鋁中相對重要的指標,特別是針對飲用水級別的聚鋁產品。鹽基度越低,其價格越高,各采購商可以根據廠家的實際情況來操作。另外不同原材料,不同工藝生產處理的聚合氯化鋁產品的鹽基度也是不同,這就需要廠家來進行調整。提高聚氯化鋁產品的鹽基度,可大幅提高生產和使用的經濟效益。鹽基度從65%提高到92%,生產原料成本可降低20%,使用成本可降低40%。
濃度配比方法
固體聚合氯化鋁稀釋成液體時,首先要根據原水情況,使用前先做小試求得較佳藥量。在生產上使用聚合氯化鋁時,按聚合氯化鋁固體:清水=1:9-1:15質量比混合溶解即可。氧化鋁含量低于1%的溶液易水解,會降低使用效果,濃度太高不易投加均勻。藥劑投用后,如見沉淀池礬花少,余濁大,則投加量過少;如見沉淀池礬花大且上翻,則加藥量過大,應適當調整。
顏色類型
聚合氯化鋁的顏色一般有白色、黃色、棕褐色,不同顏色的聚合氯化鋁在應用及生產技術上也有較大區別。國家標準范圍內的三氧化鋁含量在27%~30%之間的聚合氯化鋁多為土黃色、到黃色、淡黃色的固體粉狀。這些類型的聚合氯化鋁水溶性比較好,在溶解的過程中伴隨電化學、凝聚、吸附和沉淀等物理化學變化,絮凝體形成快而粗大、活性高、沉淀快、對高濁度水的凈化效果明顯。
白色聚合氯化鋁因為被稱為高純無鐵白色聚合氯化鋁,或食品級白色聚合氯化鋁,與他聚氯化鋁相比是品質較高的產品,主要的原材料是優質的氫氧化鋁粉、鹽酸,采用的生產工藝是國內較先進的技術噴霧干燥法。白色聚合氯化鋁用于造紙施膠劑,制糖脫色澄清劑、鞣革、醫藥、化妝品和精密鑄造及水處理等多個領域。
黃色聚合氯化鋁的原材料是鋁酸鈣粉、鹽酸、鋁礬土,主要用于污水處理和飲用水處理方面,用于飲用水處理的原材料是氫氧化鋁粉、鹽酸,還有少許的鋁酸鈣粉,采取的工藝是板框壓濾工藝或噴霧干燥工藝。對于飲用水的處理,國家在重金屬方面有嚴格的要求,所以不論是原材料還是生產工藝都比棕褐色聚合氯化鋁要好。黃色聚合氯化鋁一般采用滾筒干燥生產或噴霧塔干燥生產而成,有片狀、粉狀兩種固態形式。
棕褐色聚合氯化鋁的原材料是鋁酸鈣粉、鹽酸、鋁礬土還有鐵粉。生產工藝是采用滾筒干燥法,一般主要用于污水處理方面,因為里面添加了鐵粉所以顏色呈棕褐色,鐵粉添加的越多顏色越深,鐵粉如果超過一定的量在某些時候也被稱為聚合氯化鋁鐵,在污水處理發面具有卓越的效果。
優越性
PAC聚合氯化鋁由于噴霧干燥穩定性好,適應水域寬,水解速度快,吸附能力強,形成礬花大,質密沉淀快,出水濁度低,脫水性能好等優點,在同樣水質的情況下,噴霧干燥聚合
氯化鋁投加量減少,尤其在水質不好的情況下,噴霧干燥產品投量與滾筒干燥聚氯化鋁相比,可減少一半,不僅減輕了工人的勞動強度,而更重要的是減少用戶的制水成本。除此之外,用噴霧干燥產品可保證安全性,減少水事故,對居民飲用水非常安全可靠。
聚合氯化鋁,簡稱高效聚氯化鋁,或高效PAC。采用目前較為先進的生產工藝,使用高效度的優質原料反應聚合而成。生產按照國標GB15892-2009要求執行。聚氯化鋁是通過噴霧干燥工藝加工而成.因此也可叫高效級噴霧干燥聚合氯化鋁。
基本信息
中文名稱:聚合氯化鋁(簡稱聚氯化鋁)
聚氯化鋁(Poly aluminum Chloride) 代號PAC。通常也稱作凈水劑或混凝劑,它是介于ALCL3和AL(OH)3之間的一種水溶性無機高分子聚合物,化學通式為[AL2(OH)nCl6-nLm]其中m代表聚合程度,n表示PAC產品的中性程度。
顏色呈黃色或淡黃色、深褐色、深灰色樹脂狀固體。該產品有較強的架橋吸附性能,在水解過程中,伴隨發生凝聚,吸附和沉淀等物理化學過程。聚合氯化鋁與傳統無機混凝劑的根本區別在于傳統無機混凝劑為低分子結晶鹽,而聚合氯化鋁的結構由形態多變的多元羧基絡合物組成,絮凝沉淀速度快,適用PH值范圍寬,對管道設備無腐蝕性,凈水效果明顯,能有效支除水中色質SS、COD、BOD及砷、汞等重金屬離子,該產品廣泛用于飲用水、工業用水和污水處理領域。
合成方法
聚合氯化鋁的合成方法有很多種,按照原材料的不同,可分為金屬鋁法、活性氫氧化鋁法、三氧化二鋁法、氯化鋁法、堿溶法等。
① 金屬鋁法。采用金屬鋁法合成聚合氯化鋁的原料主要為鋁加工的下腳料,如鋁屑、鋁灰和鋁渣等。由鋁灰按一定配比在攪拌下緩慢加入鹽酸進行反應,經熟化聚合、沉降制得液體聚合氯化鋁,再經稀釋過濾,濃縮,干燥制得。在工藝上可分為酸法、堿法、中和法3種。酸法主要是用HCl,產品質量不易控制;堿法生產工藝難度較高,設備投資較大且用堿量大,pH值控制費原料,成本較高;用的較多的是中和法,只要控制好配比,一般都能達到國家標準。
② 氫氧化鋁法。氫氧化鋁粉純度比較高,合成的聚合氯化鋁重金屬等有毒物質含量低,一般采用加熱加壓酸溶的生產工藝。這種工藝比較簡單,但生產的聚合氯化鋁的鹽基度較低,因此一般采用氫氧化鋁加溫加壓酸溶再加上鋁酸鈣礦粉中和兩道工序。
③ 三氧化鋁法。含三氧化二鋁的原料主要有三水鋁石、鋁釩土、高嶺土、煤矸石等。該生產工藝可分為兩步:第一步是得到結晶氯化鋁,第二步是通過熱解法或中和法得到聚
合氯化鋁。
④ 氯化鋁法。采用氯化鋁粉為原料,加工聚合氯化鋁。這種方法應用較為普遍。可用結晶氯化鋁于170℃進行沸騰熱解,加水熟化聚合,再經固化、干燥制得。
⑤ 堿溶法。先將鋁灰與氫氧化鈉反應得到鋁酸鈉溶液,再用鹽酸調pH值,制得聚合氯化鋁溶液。這種方法制得的產品顏色外觀較好,不溶物較少,但氯化鈉含量高,原材料消耗高,溶液氧化鋁含量低,工業化生產成本較大。
注意事項
① 在操作上,聚合氯化鋁的凈水過程一般分為三個階段。這三個階段分別是凝聚階段、絮凝階段和沉降階段。凝聚階段在藥液注入混凝容器與原水快速混凝時會在極短時間內形成微細礬花,此時水體變得更加渾濁,它要求水流能產生激烈的湍流。然后聚合氯化鋁進入絮凝階段,絮凝階段是礬花成長變粗的過程,要求適當的湍流程度和足夠的停留時間(10~15min),至后期可觀察到大量礬花聚集緩緩下沉,形成表面清晰層。當絮凝劑處于沉降階段時,它是在沉降池中進行的絮凝物沉降過程,要求水流緩慢,為提高效率一般采用斜管或板式沉降器,大量的粗大礬花被斜管(板)壁阻擋而沉積于池底,上層水為澄清水,剩下的粒徑小、密度小的礬花一邊緩緩下降,一邊繼續相互碰撞結大,至后期余濁基本不變。
② 聚合氯化鋁須保存在干燥、防潮、避熱的地方(<80℃切勿損壞包裝,產品可長期儲存)。
③ 聚合氯化鋁產品必須溶解才能使用,溶解設備和加藥設施應采用耐腐蝕材料。
④ 聚合氯化鋁的液體產品有效儲存期為半年,固體產品有效儲存期為兩年,固體產品受潮后仍然可使用。
凈水原理
壓縮雙電層
膠團雙電層的構造決定了在膠粒表面處反離子的濃度較大,隨著膠粒表面向外的距離越大則反離子濃度越低,較終與溶液中離子濃度相等。當向溶液中投加電解質,使溶液中離子濃度增高,則擴散層的厚度減小。
當兩個膠粒互相接近時,由于擴散層厚度減小,ξ電位降低,因此它們互相排斥的力就減小了,也就是溶液中離子濃度高的膠間斥力比離子濃度低的要小。膠粒間的吸力不受水相組成的影響,但由于擴散減薄,它們相撞時的距離就減小了,這樣相互間的吸力就大了。可見其排斥與吸引的合力由斥力為主變成以吸力為主(排斥勢能消失了),膠粒得以迅速凝聚。這個機理能較好地解釋港灣處的沉積現象,因淡水進入海水時,鹽類增加,離子濃度增高,淡水挾帶膠粒的穩定性降低,所以在港灣處粘土和其它膠體顆粒易沉積。
根據這個機理,當溶液中外加電解質超過發生凝聚的臨界凝聚濃度很多時,也不會有更多超額的反離子進入擴散層,不可能出現膠粒改變符號而使膠粒重新穩定的情況。這樣的機理是藉單純靜電現象來說明電解質對膠粒脫穩的作用,但它沒有考慮脫穩過程中其它性質的作用(如吸附),因此不能解釋復雜的其它一些脫穩現象,例如三價鋁鹽與鐵鹽作混凝劑投量過多,凝聚效果反而下降,甚至重新穩定;又如與膠粒帶同電號的聚合物或高分子有機物可能有好的凝聚效果:等電狀態應有較好的凝聚效果,但往往在生產實踐中ξ電位大于零時混凝效果卻較少等。
實際上在水溶液中投加混凝劑使膠粒脫穩現象涉及到膠粒與混凝劑,膠粒與水溶液,混凝劑與水溶液三個方面的相互作用,是一個綜合的現象。
吸附電中和
吸附電中和作用指粒表面對異號離子,異號膠粒或鏈狀離分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用,由于這種吸附作用中和了它的部分電荷,減少了靜電斥力,因而容易與其它顆粒接近而互相吸附。此時靜電引力常是這些作用的主要方面,但在不少的情況下,其它的作用了超過靜電引力。
舉例來說,用Na與十二烷基銨離子(C12H25NH)去除帶負電荷的碘化銀溶液造成的濁度,發現同是一價的有機胺離子脫穩的能力比Na大得多,Na過量投加不會造成膠粒再穩,而有機胺離子則不然,超過一定投置時能使膠粒發生再穩現象,說明膠粒吸附了過多的反離子,使原來帶的負電荷轉變成帶正電荷。鋁鹽、鐵鹽投加量高時也發生再穩現象以及帶來電荷變號。上面的現象用吸附電中和的機理解釋是很合適的。
吸附架橋作用
吸附架橋作用機理主要是指高分子物質與膠粒的吸附與橋連。還可以理解成兩個大的同號膠粒中間由于有一個異號膠粒而連接在一起。高分子絮凝劑具有線性結構,它們具有能與膠粒表面某些部位起作用的化學基團,當高聚合物與膠粒接觸時,基團能與膠粒表面產生特殊的反應而相互吸附,而高聚物分子的其余部分則伸展在溶液中,可以與另一個表面有空位的膠粒吸附,這樣聚合物就起了架橋連接的作用。假如膠粒少,上述聚合物伸展部分粘連不著第二個膠粒,則這個伸展部分遲早還會被原先的膠粒吸附在其他部位上,這個聚合物就不能起架橋作用了,而膠粒又處于穩定狀態。高分子絮凝劑投加量過大時,會使膠粒表面飽和產生再穩現象。已經架橋絮凝的膠粒,如受到劇烈的長時間的攪拌,架橋聚合物可能從另一膠粒表面脫開,重又卷回原所在膠粒表面,造成再穩定狀態。
聚合物在膠粒表面的吸附來源于各種物理化學作用,如范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等,取決于聚合物同膠粒表面二者化學結構的特點。這個機理可解釋非離子型或帶同電號的離子型高分子絮凝劑能得到好的絮凝效果的現象。
沉淀物網捕機理
當金屬鹽(如硫酸鋁或氯化鐵)或金屬氧化物和氫氧化物(如石灰)作凝聚劑時,當投加量大得足以迅速沉淀金屬氫氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2或金屬碳酸鹽(如CaCO3)時,水中的膠粒可被這些沉淀物在形成時所網捕。當沉淀物是帶正電荷(Al(OH)3及Fe(OH)3在中性和酸性pH范圍內)時,沉淀速度可因溶液中存在陰離子而加快,例如硫酸銀離子。此外水中膠粒本身可作為這些金屬氧氧化物沉淀物形成的核心,所以凝聚劑較佳投加量與被除去物質的濃度成反比,即膠粒越多,金屬凝聚劑投加量越少。
聚合氯化鋁成分:
主要是三氧化二鋁即氧化鋁,分子式: [Al2(OH)nCl6-n·xH2O]m(m≤10,n=1~5) 為具Keggin結構的高電荷聚合環鏈體形,對水中膠體和顆粒物具有高度電中和及橋聯作用,并可強力去除微有毒物及重金屬離子,性狀穩定。檢驗方法:按國際GB15892-2003標準檢驗。又稱堿式氯化鋁,聚合氯化鋁簡稱為PAC,又稱聚氯化鋁、復合聚合氯化鋁、堿式氯化鋁。






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