含鋁污泥與廢鹽酸制備聚合氯化鋁的工藝研究

密魯博，付信程

（山東郯創(chuàng)環(huán)保科技發(fā)展有限公司，山東 臨沂 276100）

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的深入推進(jìn)，含鋁污泥和廢鹽酸的排放量日漸增多。傳統(tǒng)的化工和醫(yī)藥企業(yè)通過含鋁污泥和廢鹽酸處置裝置，采用蒸發(fā)析鹽法分離氯化鋁和廢水，氯化鋁作為固體廢物處理，廢水則通過凈化系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后排放[1]。該方法增加了企業(yè)的危險(xiǎn)廢物處置費(fèi)用，加大了污水處理裝置的負(fù)擔(dān)，不符合國(guó)家資源化利用危險(xiǎn)廢物的戰(zhàn)略規(guī)劃。因此，如何充分利用工業(yè)產(chǎn)出的危險(xiǎn)廢物，使危險(xiǎn)廢物變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源再利用，是眾多學(xué)者的研究目標(biāo)。

利用含鋁資源廢物制備聚合氯化鋁的研究已取得了一定成果[2]。徐新陽等人[3]以Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.58%的煤矸石為原料，采用酸溶的方法，成功制備了高效絮凝劑PAC。高建陽[4]利用氧化鋁工廠產(chǎn)出的Na2AlO4成功合成了PAC，并分析了氧化鋁濃度及堿基度對(duì)制備的PAC中鋁聚合形態(tài)及組成的影響。國(guó)內(nèi)的研究人員針對(duì)PAC制備的研究，大都集中在鋁礦石、鋁廢料、鋁加工廠的中間體Na2AlO4等材料，對(duì)以含鋁廢物和廢鹽酸等危險(xiǎn)廢物為原材料，制備PAC的工藝研究鮮有報(bào)道。在最近的報(bào)道中，杜凱峰等人[5]以鋁灰渣和廢鹽酸為原料，采用酸溶方法制備了PAC，并研究了原料配比、反應(yīng)溫度和時(shí)間、制備溫度和時(shí)間等因素對(duì)制備的PAC性能的影響，但該制備PAC材料的工藝仍處于實(shí)驗(yàn)階段，尚未全面推廣應(yīng)用。因此有必要研究以含鋁污泥和廢鹽酸為原材料制備PAC的工藝流程。

本文對(duì)含鋁污泥和廢鹽酸等危險(xiǎn)廢物的循環(huán)再利用進(jìn)行研究，通過配料、酸溶反應(yīng)及二次過濾、聚合調(diào)整反應(yīng)、固液分離等工序，制備了聚合氯化鋁（PAC），并確定了PAC各制備階段的具體參數(shù)指標(biāo)。

1 PAC制備工藝的參數(shù)設(shè)計(jì)

1.1 原料的工藝參數(shù)

采用含鋁污泥和廢鹽酸制備PAC，主要原料廢鹽酸的含量為29%～31%，含鋁污泥中氧化鋁的含量≥7.5%。具體參數(shù)如表1、表2所示。

表1 廢鹽酸的相關(guān)參數(shù)

表2 含鋁污泥的相關(guān)參數(shù)

1.2 酸溶反應(yīng)與聚合反應(yīng)的工藝參數(shù)

酸溶反應(yīng)是將含鋁污泥投入廢鹽酸中進(jìn)行溶解、反應(yīng)的過程，需要通入蒸汽加熱，反應(yīng)溫度要保持在90～105℃，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為2.5h。制備的半成品中，氧化鋁含量為4%～10%，鹽基度為-10%～10%。

聚合反應(yīng)中，反應(yīng)溫度設(shè)定為120℃，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2.5h。反應(yīng)過程中，要加入鋁酸鈣粉末，以中和半成品中的酸，進(jìn)而調(diào)整鹽基度，使得半成品中的氯化鋁能在特定的酸性條件下發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚合氯化鋁。反應(yīng)方程式如下：

2 PAC的制備工藝流程

用含鋁污泥和廢鹽酸制備PAC，工藝流程包括配料、酸溶反應(yīng)及二次過濾、聚合調(diào)整反應(yīng)、固液分離等工序。

2.1 配料及酸霧吸收工藝

用流量計(jì)將配伍后的廢鹽酸注入配料罐內(nèi)，攪拌的同時(shí)開啟風(fēng)機(jī)以吸收酸霧。在此過程中，將含鋁污泥通過配料罐中的人孔投入配料罐內(nèi)，含鋁污泥（含水率控制在80%～85%）的重量通過傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。配料完畢并攪拌均勻后，將原料傳送到酸溶反應(yīng)罐內(nèi)。配料及酸霧吸收工藝的流程圖見圖1。

圖1 配料及酸霧吸收工藝的流程圖

2.2 酸溶反應(yīng)與二次過濾工藝

酸溶反應(yīng)罐采用玻璃鋼復(fù)合反應(yīng)罐，在接收到配料罐傳送過來的含鋁污泥和廢鹽酸后，在反應(yīng)罐內(nèi)開啟攪拌，同時(shí)向原料漿料通入蒸汽進(jìn)行加熱。開啟風(fēng)機(jī)，吸收酸溶過程產(chǎn)生的酸霧，收集的廢氣經(jīng)一級(jí)降膜吸收+二級(jí)、三級(jí)水噴淋吸收+四級(jí)堿液噴淋吸收凈化，達(dá)標(biāo)后排放。酸溶反應(yīng)罐內(nèi)的溫度到達(dá)90℃時(shí)開始計(jì)時(shí)，溫度維持在90～105℃之間，反應(yīng)約2.5h結(jié)束。取樣檢測(cè)半成品的指標(biāo)合格后，通過人孔投入重金屬捕捉劑，繼續(xù)攪拌1h，然后通過耐酸泵，將半成品漿料泵入壓濾機(jī)進(jìn)行一次壓濾。半成品液進(jìn)入半成品池備用。用壓縮空氣擠干濾渣，壓濾漿料落入渣漿罐。在渣漿罐中加入石灰，用于中和過量的鹽酸。將壓濾漿料中和成中性（pH=6～8），再泵入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，得到壓濾機(jī)一次壓濾濾渣。

向帶攪拌的半成品池中投入定量的活性炭，攪拌30min，再通過耐酸泵打入壓濾機(jī)進(jìn)行二次壓濾，以去除殘留的重金屬。濾液儲(chǔ)存在半成品儲(chǔ)罐。用壓縮空氣擠干濾渣，壓濾漿料落入渣漿罐。在渣漿罐中加入石灰，以中和過量的鹽酸。將漿料中和成中性（pH=6～8），再泵入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，得到壓濾機(jī)二次壓濾濾渣。酸溶反應(yīng)的工藝流程圖見圖2。

圖2 酸溶反應(yīng)的工藝流程圖

2.3 聚合反應(yīng)與固液分離的工藝流程

聚合反應(yīng)時(shí)，通過流量計(jì)，用耐酸泵將半成品儲(chǔ)罐內(nèi)的半成品泵入調(diào)整反應(yīng)罐，向反應(yīng)罐通入蒸汽進(jìn)行加熱，同時(shí)向調(diào)整反應(yīng)罐內(nèi)投入鋁酸鈣。反應(yīng)溫度達(dá)到120℃時(shí)開始計(jì)時(shí)，反應(yīng)約2.5h結(jié)束。取樣測(cè)試成品漿料的指標(biāo)，準(zhǔn)備進(jìn)行壓濾。

整理好壓濾機(jī)濾布，壓緊濾板，關(guān)閉出液籠頭，將集液槽放入壓濾機(jī)下部，開啟壓濾機(jī)至耐酸泵之間的所有進(jìn)料閥門，打開反應(yīng)罐底部的放料閥，用耐酸泵將聚氯化鋁漿料泵入壓濾機(jī)。肉眼觀察壓濾機(jī)龍頭濾液的透明度和流量，通過耐酸泵的變頻器控制過濾壓力的大?。?.02～0.35MPa）。從壓濾機(jī)的壓緊端開始，逐個(gè)打開出液籠頭，使濾板從后面開始逐塊均勻裝滿。根據(jù)成品液的透明度，手動(dòng)調(diào)節(jié)出液籠頭的開啟度。壓濾結(jié)束后，向反應(yīng)罐內(nèi)加入自來水，再通過耐酸泵壓入壓濾機(jī)，以洗滌耐酸泵和相應(yīng)的管道，同時(shí)洗出濾渣內(nèi)的聚合氯化鋁液體。用壓縮空氣擠干濾渣，壓濾漿料落入渣漿罐。在渣漿罐中加入石灰，以中和過量的鹽酸。將漿料中和成中性（pH=6～8），再泵入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，得到壓濾機(jī)壓濾濾渣。向得到的成品濾液中加入新鮮水和廢氣吸收廢水，調(diào)節(jié)液體聚合氯化鋁產(chǎn)品的濃度后，通過收集槽泵入成品液儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。聚合反應(yīng)與固液分離的工藝流程圖見圖3。

圖3 聚合反應(yīng)與固液分離的工藝流程圖

3 結(jié)論

本文以含鋁污泥與廢鹽酸為原料，通過配料、酸溶反應(yīng)及二次過濾、聚合調(diào)整反應(yīng)、固液分離等工序，制備了聚合氯化鋁，確定了酸霧吸收裝置、有機(jī)物的去除、堿化劑、制備溫度等工藝參數(shù)。目前，該聚合氯化鋁的制備工藝已得到實(shí)際應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，采用降膜吸收塔+水噴淋吸收塔+水噴淋吸收塔+堿液噴淋吸收塔的四級(jí)除霧裝置，可有效吸收聚合氯化鋁制備過程中的酸霧，活性炭可有效去除半成品中的有機(jī)物，各工藝過程的優(yōu)化工藝參數(shù)，可為制備高標(biāo)準(zhǔn)的聚合氯化鋁提供技術(shù)保障。