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一种用铝土矿加压生产聚氯化铝的方法

日期:2014年8月8日 14:32

何青峰  营销副总 衡阳市建衡实业有限公司

 

    聚氯化铝是一种多羟基,多核络合体的阳离子型无机高分子絮凝剂,固体产品外观为黄色或白色固体粉末,其化学分子式为[AL2(OH)nCl(6-n)]m(式中1n5,m10) ,且易溶于水,有较强的架桥吸附性,在水解过程中伴随电化学,凝聚,吸附和沉淀等物理化学变化,最终生成AL(OH)3,从而达到净化目的。聚氯化铝是国内目前最重要无机高分子水处理剂之一,它广泛用于给水与污水处理,以及造纸、医药、铸造、皮革等多种领域。聚氯化铝以其混凝效果好、使用范围广、易储存、无“三致”效应、远低于有机高分子絮凝剂的价格等优点,成为国内销量最大的净水剂产品之一。自20世纪60年代末,我国开始工业化生产聚氯化铝以来,开展了多种原料和生产工艺的研究和实践,采用了具有我国特色的工艺路线和生产体系,基本满足了全国饮用水和污水处理的发展需求,每年也有大量的出口。近年来随着国家对环境保护逐步加强,特别是对饮用水安全与水污染治理越来越重视,使得净水剂产品聚氯化铝的发展前景更被普遍看好。国内聚氯化铝工业出现了产量迅速增加,生产技术水平持续提高的可喜局面。但同时因为新增产能集中投产,受宏观经济的影响,下游客户开工率不足,市场出现了严重供过于求的局面。企业之间的恶性竞争也越发激烈,市场价格一再下跌,已逼近成本价,一些生产企业销售价格甚至已在成本线以下。聚氯化铝生产企业,特别是没有原料优势的企业已面临严峻的挑战,生存情况堪忧。作者提出一种用铝土矿加压生产聚氯化铝的方法,就是为了减少能耗、降低企业生产成本、有效利用国内丰富铝矿资源,在聚铝行业具有较好推广应用前景。

 

    一.  我国聚氯化铝常用生产工艺与原料现状

   

        1. 饮用水用聚氯化铝

    饮用水用聚氯化铝随着国家对饮用水要求的提高,目前只能采用合成盐酸、氢氧化铝、重金属达标的铝酸钙粉为原料。用氢氧化铝与盐酸在搪瓷反应釜内加压反应,反应完全后,然后加入铝酸钙粉调节至合适的盐基度。通过压滤、喷雾干燥得到固体饮用水用聚氯化铝产品。

    2.水处理用聚氯化铝

    水处理用聚氯化铝,目前主要采用盐酸(商品酸、一般副产酸、个别废酸)、轻烧料(或含铝渣料)、铝酸钙粉为原料。用轻烧料与盐酸反应,得到氯化铝液体,然后加入铝酸钙粉调节至合适的盐基度,通过压滤、滚筒或喷雾干燥得到固体水处理用聚氯化铝产品。工艺流程图如下:

    其中,铝土矿在常压下,不能与盐酸直接反应。需要铝土矿从矿山运回到矿场后,经破碎机粉碎到60-80目左右,进入回转窑焙烧,焙烧温度约600-700℃,焙烧时间约2-3小时,才能得到轻烧料用于聚氯化铝的生产。煅烧一吨轻烧料需耗标煤100-150公斤(矿源不同焙烧工艺不同煤耗有所差距)。另外新建的聚氯化铝厂多在客户集中的地方却离轻烧料主产地较远。以湖南为例,将河南产的轻烧料(氧化铝含量30%)出厂价在340/吨以上,通过汽车或火车运输至湖南,运输费用就达到260-300/吨,到厂家至少是600/吨以上,而一般铝土矿(氧化铝含量36%以上)送至湖南衡阳到厂价才250/吨左右。因近年来硫酸铝市场逐渐疲软,总体销量大幅锐减,加上硫酸铝厂家多采用氢氧化铝代替铝土矿,使得硫酸铝用铝土矿的市场也极大萎缩。这种质优价廉的铝土矿完全可用来生产聚氯化铝,另外以前硫酸铝不能使用的高铁高铝含量的铝土矿也可以转换成聚氯化铝的生产原料,这给我们没有轻烧料优势的聚氯化铝生产厂家提供了一种降低成本的可能性。

    二.以铝土矿加压法生产聚氯化铝

    水处理用聚氯化铝的原料轻烧料(氧化铝含量30%),目前主要出产在河南、山东地区,广西、湖南、湖北等也有少量生产。出厂价最低的在河南、山东地区,有原料优势,且煤价较低,焙烧生产技术也最为成熟。出厂价在340/吨以上,发往广东、浙江、上海等沿海地区到厂价也要到达600/吨以上。另外原料采用轻烧料,必须用铝土矿经过回转窑700℃高温煅烧,焙烧后铝土矿氧化铝的溶出率在90%左右,既浪费了能源,又污染了环境,还增加了不必要的劳动强度,限制了聚氯化铝的原料供应。作者使用以前生产硫酸铝用r-Al2O3铝土矿,通过在搪瓷反应釜内与盐酸加压反应,铝土矿的溶出率高达95%以上,再通过铝酸钙粉调节盐基度,完全能生产出同样的聚氯化铝产品。工艺流程图如下: 

 

    1.铝土矿粉碎:将铝土原矿经雷蒙机粉碎至80目,风送至铝土矿粉贮仓。

        2.反应预处理:将定量盐酸投加到混合罐(搪瓷反应釜)内,开启搅拌,从铝土矿粉贮仓内加入计量铝矿粉,封闭搅拌均匀后,用空压机压入反应釜内。

        3.加压反应:向反应釜夹套内通入蒸汽,进行加热反应。加热至相应温度后,进行封压反应。此时反应釜内温度与压力会持续上升,当压力上升到一定数值后,停止通汽。保持压力在0.3MPa

        4.排料:保持压力0.3MPa 3小时以上,待反应完全后,泄压,到安全压力后,将反应液带压放入地下反应锅内。

        5.聚合反应:稀释到合适浓度后,加铝酸钙粉进行聚合反应,调节盐基度。

        6.渣液分离:将反应好的聚氯化铝溶液,用泵抽至初沉池,再用板框压滤机进行过滤,实现渣液分离。

        7.干燥:将过滤液通过滚筒或者喷雾塔进行干燥,得到固体聚氯化铝产品。

    生产出的聚氯化铝产品经过分析检验,完全能达到水处理剂国标要求,且净水效果与以轻烧料为原料生产的聚氯化铝无异。

三.用铝土矿加压生产聚氯化铝的成本比较

加压法与常压法生产工艺其他的原料消耗基本一致,主要成本差距在轻烧料与铝土矿加压反应上,见下表

从上表可以看出,加压法用铝土矿成本130/吨,常压法用轻烧料铝土矿成本240/吨,加压法铝土矿生产成本远低于常压法生产成本,且节约能源,减少二氧化硫及粉尘排放,充分利用国内铝土矿资源。

四.用铝土矿加压法生产聚氯化铝的优劣比较

1.成本低,增强企业竞争力。目前轻烧料主要产区在山东、河南地区,在南方、沿海地区的轻烧料很少,而最近几年投产的聚氯化铝厂家多建成在靠近客户群,远离轻烧料的南方及沿海地区。运输成本高企,但这些地方拥有较为丰富的铝土矿资源和便利的水运和陆运优势。若是建轻烧料厂,既受到环保限制,又没有煤资源优势,且聚氯化铝厂家也较为分散,不像河南山东等地生产厂家比较集中。在聚氯化铝价格竞争如此激烈的市场下,能为南方、及沿海等生产聚氯化铝厂家降低100/吨以上的成本优势,即便是现有用轻烧料河南、山东等地,也可以采用加压法降低生产成本,因此,加压法生产聚氯化铝生产工艺值得推广。

2.工艺易控制,质量稳定。生产工艺通过摸索,我公司已经做到规模化生产,各项生产控制点完全得到掌握。在生产中主要控制温度、压力,合理利用反应热。生产出的产品与轻烧料产品无异。利用国内丰富的铝土矿资源,降低常压法生产聚氯化铝所受原料的限制。

3.节约能源,降低能耗。铝土矿加压反应,每釜料所需蒸汽大约一吨。反应主要是利用反应热,只需要将反应液加热到一定温度,就可停止通气,利用反应自身产热可维持生产所需的压力、温度。生产上因为是连续生产,实际所需蒸汽量要小于1/釜。而常压法生产,反应时间长,热量损失大,需不断补充蒸汽,因此,铝土矿加压生产聚氯化铝工艺能大大节约能源,降低能耗成本,符合国家对节能减排的要求。

4.提高资源利用率,适宜规模化生产。通过加压反应,铝土矿的溶出率高达95%以上,高于焙烧后铝土矿的90%左右的溶出率,能溶解出在常压反应所不能溶解的铝资源,提高氧化铝的利用率。减少单位产品铝土矿渣的产生量,减轻了对环境的影响。同时,加压法生产工艺、设备设入规范,易连续规模化生产,降低生产成本,提高市场竞争能力。

5.与铝土矿生产商形成双赢的局面。硫酸铝生产总量的减少,加上硫酸铝生产工艺的调整,硫酸铝生产所需r-Al2O3铝土矿量大幅下降,这部分铝土矿资源完全能用于聚氯化铝的生产,既能为聚氯化铝厂家降低成本,又能为铝土矿生产商提供新的客户群,形成双赢的局面。

6.在生产投资方面,一次性投资大,反应设备要求高。由于加压反应生产工艺与常压反应生产工艺对反应釜要求高,尤其是盐酸加压时渗透性强,腐蚀性大,一般防腐反应釜达不到要求,建衡实业公司采用搪瓷反应釜生产,基本上能满足生产需要,但反应釜脱瓷,需要重新返回厂家整体补瓷,特别是耐磨性需要进一步加强。目前有公司也正在进行瓷板防腐试验,如果试验成功,将为加压法生产工艺推广应用作出突出贡献。

五.总结

采用铝土矿加压法生产聚氯化铝新工艺由于直接使用铝土矿加压反应,不再使用焙烧的铝土矿,大大节约了能源,降低了能耗成本,缩短了工艺流程,减少了劳动强度,降低聚铝反应所受到矿源的限制;同时,通过加压反应,铝土矿的溶出率高达95%以上,大大高于常压反应铝土矿90%左右的溶出率,使得资源得到更有效的利用,节约资源,减少单位产品铝土矿渣的产生量,减轻了对环境的影响。更能有效利用国内铝土矿资源,特别在当前整个聚氯化铝市场竞争激烈,大多企业在成本线上苦苦挣扎时,具有较好推广价值和广阔应用前景。但同时加压生产工艺也对反应设备提出更高要求,需要与设备厂家共同合作,使得这项工艺能得到更好的迅速推广,产生更好的经济和社会效益,为国内铝盐行业的发展作出更大贡献。

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