化工11004班李瑞升.docx

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化工11004班李瑞升

长江大学

毕业设计开题报告

题目名称聚合氯化铝的制备及絮凝性能研究

院（系）化学与环境工程学院

专业化学工程与工艺

班级化工11004班

学生姓名李瑞升

指导教师李克华

开题报告日期2013.10.10

聚合氯化铝的制备及絮凝性能研究

学生：

李瑞升化学与环境工程学院

指导教师：

李克华化学与环境工程学院

一、题目来源

生产实际。

二、研究的目的和意义

水资源是人类生产和生活不可缺少的自然资源，也是生物赖以生存的环境资源，但是随着水资源危机的加剧和水环境质量不断恶化，水资源短缺已演变成世界倍受关注的资源环境问题之一

针对这一状况,我国提出了水污染防治的相关措施,强调实施污水资源化战略应作为水资源供需矛盾的主要手段,即将经过处理的污水作为水源加以利用，可以说它是污水处理的延伸。

实施污水资源化战略,能在较大程度上缓解有限的水资源与用水量日增两者之间的矛盾，要实现这个工程,显然离不开水处理技术，提及水处理技术,高效絮凝剂始终是水处理工程中重要的研究开发领域。

在水处理过程中,絮凝沉淀法作为一种较为有效的预处理方法,已得到了广泛的应用，絮凝剂效果的优劣直接决定着后续单元过程的运行工况、处理费用及最终出水的水质，而絮凝剂的选择又直接影响絮凝效果，深入开展絮凝基础理论研究，开发新型高效絮凝剂，优化絮凝过程控制都是化学工程与环境工程领域中研究的热点问题

三、我国现状和发展趋势与研究的主攻方向

聚合氯化铝（PAC）是60年代末发展起来的一类新型高分子絮凝剂，英文缩写为PAC，分子式[Al_2（OH）_nCl_（6-n）]_m，其中1≤n≤5,m≤10，m代表聚合度，n代表pac的中性程度，聚合氯化铝颜色呈黄色、深褐色、深灰色树脂状固体。

聚合氯化铝有较强的架桥吸附性能，在水解过程中，伴随发生凝聚、吸附和沉淀等物理化学过程。

PAC主要通过压缩双层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体粒子脱稳、聚集、絮凝、混凝、沉淀达到净化处理效果。

因其性能优于传统的低分子无机盐类如硫酸铝、硫酸亚铁，且制备工艺简单、适应性强、处理成本低等特点和应用时絮体形成快，沉淀性能好．水中碱度消耗少，特别对水温、pH值、浊度和有机物含量变化适应性强，基于以上优点优点，PAC普遍应用于各类工厂给水与工业用水净化以及废水处理，如化工厂、石化厂、造纸厂、印染厂、染化厂等，已成为应用最广泛的无机絮凝剂之一。

多年来,我国也结合自己的条件,陆续开展了多种原料和工艺的制备方法和技术,建立了独具特色的工艺路线和生产体系,基本满足了全国用水和废水处理的发展需求。

聚合氯化铝的制法很多，按生产工艺可分为酸法、减法、中和法、热解法、加压反应法、混凝胶法、电渗析法、电解法等。

固体聚合氯化铝是将液体聚合氯化铝用喷雾干燥或滚筒干燥得到的，喷雾干燥是比较理想的干燥方式，适于大规模生产，而生产规模较小的生产企业采用滚筒干燥也是可行的。

目前我国生产聚合氯化铝的方法主要有金属铝（包括铝灰、铅渣）法、活性氢氧化铝法、三氧化二铝（包括铝矾土、煤矸石等）法、结晶氯化铝法等。

1．金属铝法

所用原料主要是铝加工的下脚料铝屑、铝灰和铝渣等。

在工艺上可分为酸法、碱法、中和法三种。

目前，我国以金属铝为原料生产聚合氯化铝的厂家大多采用酸法生产。

（1）酸法

酸法具有反应速度快、设备投资少、工艺简单、操作方便的优点，但溶液中的杂质含量偏高，尤其是重金属元素含量通常容易超标，产品质量不稳定，设备腐蚀严重。

（2）碱法

碱法生产工艺则难度较高，设备投资较大，由于用碱量大，还要大量盐酸中和至pH=4-5，成本较高，其应用受到一定限制。

（3）中和法

中和法的特点是综合了酸法和碱法两者的优点。

中和法的关键在于合成聚合氯化铝时，铝酸钠和三氯化铝溶液之间的配比必须严格控制，使盐基度达到标准要求。

盐基度是否合格，是决定产品质量的一个重要指标。

而且在合成时必须进行剧烈地搅拌。

2．氢氧化铝法

所用原料主要是拜尔法炼铝过程中的活性氢氧化铝。

生产中采用过量的活性氢氧化铝和盐酸，在较高温度（50-180℃）和压力（0．5MPa）下反应制得盐基度为41.6-48.6％的液体聚合氯化铝产品，然后经浓缩、烘干即得固体聚合氯化铝产品。

此法生产工艺过程较简单，反应条件也较苛刻，对设备要求较高，腐蚀性强，一般市售搪玻璃反应釜都难以适应，生产中要确保产品质量颇为不易。

3．三氧化二铝法

主要原料为三水铝石、铝钒土、高岭土、煤矸石等。

此工艺的第一步是得到结晶氯化铝，第二步是通过热解法或中和法得到聚合氯化铝。

利用高岭土生产聚合氯化铝的工艺流程大致分为3步；精矿焙烧活化、酸浸、酸浸液调整盐基度生成聚合氯化铝溶液。

利用高岭土生产聚合氯化铝，不仅可以产生很好的社会效益和环境效益，而且也有很好的经济效益。

以lt精矿计，可生产1．8t液体聚合氯化铝净水剂。

4.结晶氯化铝

以结晶氯化铝生产聚合氯化铝一般采用沸腾热解法工艺。

该法生产能力大。

结晶氯化铝经过一定温度加热后，便分解出一定量的氯化氢气体和水分而变成粉末状产物，即是聚合氯化铝单体（又称熟料）。

将熟料加一定量的水搅拌，则在较短时间内固化形成树脂状产物，即为聚合氯化铝。

沸腾热解法生产聚合氯化铝流程简单、操作方便，但由于生产中使用的结晶氯化铝来源所限，生产成本相对较高，限制了聚合氯化铝的生产。

聚合氯化铝是一种重要的精细化工产品，目前，诸多聚合氯化铝制备方法中只有酸法和碱法实现工业化生产尽管酸法生产依然存在着资源利用率低，企业酸雾污染严重等问题，但是随着技术的进步新设备的开发以及企业生产自动化的加强，其工艺流程会进一步优化和完善，将会逐步解决上述问题但由于酸法具有工艺简单投资相对少等优点，因此，依然是未来制备聚合氯化铝的主流方法

随着水处理工业及造纸工业的快速发展城市化进程的日益推进国家对环保要求的提高铝盐产品新领域的不断开发以及聚合氯化铝取代硫酸铝，聚合氯化铝市场需求会日益增多，未来十年聚合氯化铝依然是水处理领域的主导产品，而且伴随国家新的生活饮用水卫生标准的实施，以氢氧化铝为主要原料的混凝剂成为生活饮用水净化的主导产品，目前以含铝矿物为原料生产的PAC将逐步退出生活饮用水市场，成为工业供水和污（废）水处理的主导产品此外，近年来我国铝业的快速发展带来的氧化铝产能相对过剩使得氢氧化铝作为原料非常充足，也有力保障了聚合氯化铝行业的发展

聚合氯化铝市场前景的巨大，其研发对技术更新产品换代显得尤为重要和十分迫切，目前认为有5个研究方向值得重视：

（1）目前，随着我国铝土矿品位的日益低下，用于生产铝酸钙的高品位铝土矿日益减少，用低品位铝土矿生产铝酸钙或者铝酸钙替代品是未来研究的重要方向

（2）虽然氢氧化铝将作为原料制备生活饮用水用聚氯化铝的主导原料，但其生产工艺需要高压高温，能耗偏高;以易溶性氢氧化铝代替普通氢氧化铝为原料进行低耗高效生产工艺的研发显得尤为重要易溶性氢氧化铝推向市场不但能降低能耗节约成本而且还能提高聚合氯化铝产品性能，易溶性氢氧化铝的研制与开发作为制造原料也是未来非常重要的研究方向

（3）近年来工业废弃物（粉煤灰赤泥煤矸石等）作为原料的研究成为热点，利用工业废弃物既能节省材料费用，又能使废物循环利用，因此，市场应用前景广阔

（4）高纯高浓聚氯化铝产品的研发及相关理论研究

（5）生产过程绿色化绿色化学的思路是从根本上消除污染源，使废弃物不再产生并且得到控制，从源头上彻底控制污染因此，在制备聚合氯化铝工艺中，使生产过程绿色化并且有效控制污染物的产生

PAC在水处理中易产生二次污染，PAC水解后产生的铝离子通过饮用水进人人体会导致贫血、脱发和大脑痴呆等多种疾病J，危害人体健康。

西方发达国家饮用水水质标准中铝的许可含量≤O．1mg／L，而我国自来水中的铝含量≤0．2mg／L。

因此，研制一种二次污染小、絮凝效果好的新型环保型饮用水处理絮凝剂是目前饮用水处理领域亟待解决的重要

四、主要研究内容、需重点研究的关键问题

聚合氯化铝的制备方法，以及絮凝性能评价

五、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件

5.1检索必备的资料

学校图书馆查寻、网上查寻。

5.2实验设计

根据实验原理以及实际情况设计实验方案。

确定实验设备，实验药品以及实验环境条件。

根据不同的方法合成PAC，对其进行条件优化，得到合成最优化条件，然后进行絮凝性能评价

5.3实验

照要求完成实验，得到实验数据，分析实验过程及数据得出结论。

六、阅读的主要参考文献及资料名称

1.金洪珠．生产聚合氯化铝各种工艺路线比较

2.汤鸿霄.无机高分子絮凝剂的几点认识[

3.陆建刚.絮凝剂聚合氯化铝的合成新工艺

4.石健，邹开云．利用铝灰制备聚合氯化铝工艺参数的优化

5.毛欣，聂雅玲．用废分子筛制备聚合氯化铝工艺及其絮凝性能研究

6.孙秀芹，刘畅，兰建伟．高岭土制备聚合氯化铝净水剂工艺参数的优化

7.李润生，张莹，唐经立，等．高性能聚氯化铝的研究

8.黄冬根．用氢氧化铝生产聚合氯化铝的新工艺

9.李风亭，陶孝平，高燕，等．聚合氯化铝的生产技术与研究进展

七、工作的主要阶段、进度与时间安排

（1）2013年10月7日---2013年10月15日，资料查找与收集、编写开题报告

（2）2013年10月15日---2013年X月X日：

完成实验设计，选择合适的实验设备及药品进行实验；

（3）2013年X月X日---2013年X月X日：

整理实验数据，撰写论文；

（4）2013年X月X日---2013年X月X日：

准备论文答辩。

八、指导教师审查意见

指导教师（签字）: