聚氯化鋁鐵(聚合氯化鋁鐵)是以鋁為主、鐵為輔(含鐵量約2-3%)的新型復合無定型、無機高分子凈水劑。鐵為高價鐵,水解后形成多核絡合物。低溫時,具有在水中形成的礬花比重大、結成的礬花緊密的特點。這主要是鐵鹽水解速度及水解過程受溫度影響小的緣故。由于鋁鹽的除色性能,使出水色度大大降低。所以具有PAC和鐵鹽的特性和特點,克服了PAC在低溫低濁時的凈水難點。因此,其凈水效果優于一般的凈水產品。
聚氯化鋁鐵(聚氯化鋁鐵)是由鋁鹽的和鐵鹽共聚合而成的新型凈水劑,是一種新型無機高分子混凝劑。它兼具鋁鹽和鐵鹽的絮凝特點,是高分子聚合度的異核多核配合物。聚氯化鋁鐵有著與聚合氯化鋁、聚合氯化鐵不同形態的Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)羥基配合物,Al(Ⅲ)的存在對Fe(Ⅲ)的水解有催化作用,使Fe(Ⅲ)形成更多細微的結品中心,但大量AI(Ⅲ)的存在又會抑制Fe(Ⅲ)的結晶。高聚合度的異核多核配合物鋁鹽和鐵鹽在水處理過程中發生水解和聚合反應過程,水中的膠體顆粒能強烈吸附水解和聚合反應過程中出現的各種產物。被吸附的帶正電的多核羥基絡離子能夠壓縮雙電層,降低動電位(5電位),同時進行著架橋作用.聚氯化鋁鐵的化學結構決定了它易溶于水,有較強的電性中和、架橋、吸附性能;在水解過程中,具.有反應速度快、形成絮體大.活性好、過濾性好等優點。
聚氯化鋁鐵為一種新型凈水藥劑,尚無國家標準, 其生產中的工藝控制與質量檢測主要是由各廠家自行制定企業標準,在生產應用中, 主要考核項目為鋁和鐵含量和鹽基度。鋁鐵含量是指藥劑中有效成分的多少,而鹽基度主要考查的是該產品的聚合程度,由于制定標準的不同。因而各用戶、各地區對于產品標準的要求也有差別,主要在對上述兩種指標的要求上。
聚氯化鋁鐵主要作為生活飲用水、生產用水和工業污水(如含油污水、印染、造紙污水、鋼廠污水等)處理的絮凝劑,以及高毒性重金屬和含氟污水的處理等,此外,在精密鑄造、制革等方面亦有廣泛的用途。
印染廢水處理
聚氯化鋁鐵可以替代傳統分子鐵鹽和鋁鹽的混凝劑,相對傳統混凝劑用量大,混凝效率低,有氯離子等殘留易造成二次污染的特點,聚氯化鋁鐵用量小,對色度去除率高。
造紙廢水處理
可以替代聚合氯化鋁、硫酸鋁等,用作混凝劑,還可以用作造紙污泥脫水,可以達到迅速絮凝沉淀的作用。
煤礦洗選
可用于洗煤尾渣離心分離,用在煤粉及煤泥的沉淀和過濾中, 可提高煤粉回收率和提高過濾速率。
電鍍污水處理
聚氯化鋁鐵在電鍍污水處理中可作混凝劑和破絡劑,絡合物主要是銅一氨絡合物,其性質穩定,PH=11,難以與堿、聚氯等混凝劑直接發生沉淀反應,還可以用作中水回用。
紡織助劑
添加一些其他化學品可配制成化學漿料,用于紡織品上漿,可以提高粘著性,滲透性和脫漿的性能,使織品具有防靜電性、減少上漿氯,減少膠漿斑,布機斷頭率和落物。
飲用水領域
聚氯化鋁鐵可以有效減少飲用水中的鋁,還可以去除因供水管道腐蝕造成的細菌、濁度色度超標問題
常規給水處理工藝地表水處理的常規工藝為:混凝、沉淀.過濾、消毒,混凝是關鍵的先行工序,它所要處理的對象,主要是水中的膠體、懸浮物和微生物等。混凝效果對水處理的效果及成品自來水的水質起決定性作用,對水處理中的后續諸工序產生重要影響。圖1為常規地表水給水處理工藝流程圖。
絮凝劑聚合氯化鋁鐵制備工藝包括三氯化鋁-三氯化鐵工藝、三氯化鋁-凝膠氫氧化鐵-乙醇工藝、三氯化鋁-三氯化鐵-焙燒工藝、鋁酸鈣粉工藝、三氧化二鐵-三氧化二鋁-硫酸工藝和聚合氯化鋁-三氯化鐵工藝。
1、三氯化鋁-三氯化鐵工藝
(1)鹽城師范學院(江蘇省灘涂生物資源與環境保護重點建設實驗室)王寶羅采用三氯化鋁/三氯化鐵/氫氧化鈉工藝制備聚氯化鋁鐵晶體。
實驗通過不同方法來制備聚氯化鋁鐵晶體,并進-一步研究不同n(AI):n(Fe)物質的量的溶液生成聚氯化鋁鐵晶體的條件。
實驗條件包括n(AI) : n(Fe)=9 : 1、n(AI): n(Fe)=8 : 2、n(AlI) : n(Fe)=7 : 3、n(AI): n(Fe)= 6: 4、n(AI): n(Fe)=5 : 5、n(Al) : n(Fe)=4: 6和n(Al): n(Fe)=3 : 7。
研究證明,在堿化度為1.2 的條件下,n(Al):n(Fe)的反應物質的量比為7 : 3時,所得到的晶體最完美(經過 XRD表征),而聚氯化鋁鐵晶體相應的透射紅外光譜的質量較差,僅在3853.37、3 738.24、3 501.55、 1 714.03、 1 700.04、 1 650.68、 1 538.84、1 513.37、 1 457.35和670.80 cm:'頻率處發現幾個吸收強度較大的吸收峰,而并沒有對聚氯化鋁鐵晶官能.團吸收峰進行有效的歸屬研究。
透射紅外光譜對于有機高分子物質結構的鑒別研究更為有效,而對于與無機物的結構研究,更適合采用衰減全反射紅外光譜。
研究發現,采用最佳工藝制備的聚氯化鋁鐵晶體具有良好的凈水能力,以模擬水樣絮凝物沉降至一半高度所需時間計,其凈化時間需為15 min時,優于其他工藝制備聚氯化鋁鐵所用凈化時間(分別為16、17、18、19和22min)。
(2) 蘭州交通大學化學與生物工程學院孔愛平等人采用三氯化鋁-三氯化鐵-氫氧化鈉工藝制備聚氯化鋁鐵晶體。
以物質的量濃度均為1 mol/L 的三氯化鋁和三氯化鐵溶液為原料,在混合溶液中滴加氫氧化鈉溶液,聚合4h,可制備聚氯化鋁鐵。
結果表明,經透射紅外光譜分析,在900 ~850cm:1頻率范圍的吸收峰歸屬于聚氯化鋁鐵的Fe-OH- Fe面內彎曲振動模式(βrecOHrJ,而隨著n(A13):n(Fe時)比例的增加,聚氯化鋁鐵/PreOHF對應的吸收強度則不斷降低,透射紅外光譜證實聚氯化鋁鐵中存在以羥.基橋連的鐵和鋁的聚合物。
因此,采用透射紅外光譜研究聚氯化鋁鐵晶體結構,并不適合,得到的光譜質量較差,而衰減全反射紅外光譜則是個很好的選擇。
進一步研究了不同的n(A13): n(Fe2) (3 :5、5: 5、7:3、9:5、9:3、9:2和9: 1)、堿化度(0.5、 1.0、1.5、2.0和2.5)、聚氯化鋁鐵的加入量(6、10和50mg/D和黃河水pH值(2、4、6、8、10和12)對黃河水絮凝效果的影響。
實驗發現,將聚氯化鋁鐵加入到500mL黃河水中,在n(A13) : n(Fe3t)為9 :2,堿化度為2.0,聚氯化鋁鐵的加入量為6 mg/L,黃河水pH值為6的條件下,濁度去除率達到99%以上;在黃河水中分.別加入6mg/L不同的絮凝劑,試樣中絮狀物沉降速率由快到慢依次為聚氯化鋁鐵、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵、三氯化鋁;濁度去除率依次為99%、91%、 80%、66%、55%,
( 3)連吉化學工業有限公司陳紅軍采用三氯化鋁/三氯化鐵/氧化鈣工藝制備聚氯化鋁鐵晶體。
制備聚氯化鋁鐵的最佳工藝條件:反應溫度為70°C,反應時間為3h,鋁鐵比為6: 4,堿化劑用量由三氯化鐵的用量而定mper:mca = 0.3。
自制廢水絮凝試驗實驗結果表明,最佳絮凝pH值為6~7,最佳投加量為2 mL/ 30 mL污水,濁度去除率最高可達99.06%。
研究認為,采用三氯化鋁-三氯化鐵/氧化鈣工藝制備聚氯化鋁鐵晶體,原料來源廣泛,具有更大的應用研究價值。
2、三氯化鋁-凝膠氫氧化鐵_乙醇工藝
西安石油大學機械:工程學院李新義研究了一種制備聚氯化鋁鐵的新工藝。
該工藝以氯 化鐵為原料新制凝膠氫氧化鐵,再與三氯化鋁在無水乙醇溶液中復合共聚生成聚氯化鋁鐵。考察了原料配比(其中,三氯化鋁的量為0.1、 0.08、0.04和0.02 mol; 凝膠氫氧化鐵的量為0.1、 0.12、 0.14、 0.16和0.18 mol) 和乙醇體積量(30、 40和40mL) 對產品制備及性能的影響,確定了最佳反應條件:三氯化鋁物質的量為0.04mol,新制凝膠氫氧化鐵的物質的量為0.16 mol,乙醇體積為40 mL。
與現有工藝過程相比,該工藝具有時間周期短、條件簡單、產品純度高和含鹽量較少等優點。對產品進行了水處理實驗,考查產品對廢水濁度和COD的去除效果。結果表明,濁度去除率(88 %~ 95%)與COD的去除率(84%~91%) 都很高。
采 用凝膠法可以準備高質量的聚氯化鋁鐵,但該方法生產成本過高,要大量使用乙醇等有機溶劑,因此,只具有理論研究價值。
3、三氯化鋁-三氯化鐵-焙燒工藝
青島科技大學趙春祿等人以氯化鐵和氯化鋁為原料用焙燒法制備了聚氯化鋁鐵,并考察了制備條件對聚氯化鋁鐵形態分布及其混凝效果的影響。
原料配比為[n(Al): n(Fe)=9: 1、n(AI): n(Fe)=7: 3、n(Al) : n(Fe)=5 : 5和n(Al) : n(Fe)=3 :7]、焙燒溫度為(220、 240、 260和280 °C)、焙25min,熟化時間為4h,模擬給水處理混凝劑用量為9 mg.L'。
采用XRD對聚氯化鋁鐵的結構進行了研究。實驗發現,沒有出現特征峰,主要以無定形峰為主,因此,聚氯化鋁鐵可能是大分子無序物相。20~30 (° )2θ角內出現了多個衍射峰,是多個晶相(拜耳體石和水赤鐵礦相、新三水氧化鋁、三水鋁礦)共存.特征。說明焙燒法合成的聚氯化鋁鐵為無定型結構,是多種晶體礦的混合物,聚氯化鋁鐵中的鋁和鐵是非均勻結構排列。
在此條件下制備的混凝劑聚氯化鋁鐵的混凝效果優于市售混凝劑PAC。
研究發現,采用焙燒法可以準備高質量的聚氯化鋁鐵,但該方法生產聚氯化鋁鐵需要煅燒,不但生產.成本過高,還有巨大的環保壓力,因此該工藝路線只具有理論研究價值。
4、鋁酸鈣粉工藝
( 1)四川大學化學學院胡弘鯤等人采用鋁酸鈣粉-三氯化鐵-鹽酸-次氯酸鈉工藝制備聚合氯化鋁鐵。
分別研究了最佳原料配比的選擇(5:16、6:16、5:17、5.5:17、6:17、6.5:17和7:17)、堿基度(87.7%、 99.2%、 76.8%、 74.0%、 75.3%、74.0%和93.7%)、反應時間(60, 90,120 和150min)對絮凝性能的影響,pH值(4、 5、6、7、8、9、10、11和12)對聚氯化鋁鐵絮凝性能的影響、絮凝劑投加量(包括2、 4、6、8、10、12和14 mg/D對絮凝效果的影響。找出了最佳制備條件,并對其性能進行了考查。
結果表明,堿基度、pH值對聚氯化鋁鐵的絮凝性能有較大影響。當堿基度為75 %左右,水樣的pH值為7~9時,該產品的絮凝性能最佳。
對成都某廠的印染廢水和成都府南河某排污口生活廢水進行應用研究。實驗發現,對于印染廢水,聚氯化鋁鐵 投加量為60 mgL時,COD的去除率達到82.5%,濁度去除率達到94.9%,而繼續增加聚氯化鋁鐵,印染廢水的COD的去除率及濁度去除率并沒有顯著增加;而對于生活廢水,聚氯化鋁鐵 投加量為.20 mg/L時,COD的去除率達到70.7%,濁度去除率達到88.3%。顯然為了進一步增加COD的去除率及濁度去除率,聚氯化鋁鐵投加量應該繼續增加,遺憾的是相關實驗作者并未完成。
(2)同濟大學污染控制與資源化研究國家重點實驗室潘碌亭等人采用鋁酸鈣粉-硫酸亞鐵-鹽酸-雙氧水工藝,通過酸溶、氧化、聚合和熟化過程制備了聚氯化鋁鐵。
以高嶺土懸濁液的除濁率為指標評價絮凝劑絮凝效果(投加量為80 mg/D,其中,選定反應時間(1.5、 2.0和2.5h)、反應溫度(70、80和90 °C)、硫酸亞鐵投加量(10、 12和14g)和鹽酸投加量(200、300和400mL)4個因素進行試驗,按照L(3)正交表數據實驗。
實驗結果表明,聚氯化鋁鐵的最佳制備條件:硫酸亞鐵投加量為10g (以每100g 鋁酸鈣粉計)、鹽酸投加量為400mL、反應溫度為80°C、反應時間為2.5h;在此條件下制得的絮凝劑氧化鋁質量分數為30.5%,全鐵質量分數為1.2%。
進一步研究了氧化劑(高錳酸鉀復合藥劑)投加量(5、10、20、30、40、50和60mg/D和聚氯化鋁鐵投加量(80、 100、 150、 200、 250、 300、400和500mgD對于焦化廢水中COD去除率的影響。
實驗發現,當氧化劑投加量為10 mg/L時,聚氯化鋁鐵投加量為200 mg/L時,焦化廢水中COD去除率可達70%,色度去除率可達63%,排水水質達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的-級排放標準。
因此,采用鋁酸鈣粉工藝制備聚氯化鋁鐵,具有重要的應用研究價值。
5、 三氧化二鐵-三氧化二鋁-硫酸工藝
湖南科技學院生命科學與化學工程系鄒龍生提出了一個制備聚氯化鋁鐵的新工藝。
以三氧化二鋁和三氧化二鐵為原料,在濃硫酸作用下,合成聚氯化鋁鐵。探討三氧化二鋁和三氧化二鐵的最佳配比(其中,三氧化二鋁為3.0g,三氧化二鐵為0.1、0.3、0.5、0.7 和1.0g及其反應時間(5、10、15、20、30和40min)對產品性能的影響。
通過實驗研究得出,三氧化二鐵和三氧化二鋁的最佳配比為1:10(質量比),反應時間為30min。COD。的去除率可達85.4%,透光率達到82.6%。
三氧化二鐵1三氧化二鋁 1硫酸工藝的主要原料來源于礦山,實際生產價值不大。
6、聚合氯化鋁-三氯化鐵工藝
浙江省陽縣污水處理廠章小芬提出了聚合氯化鋁/三氯化鐵工藝制備聚氯化鋁鐵。
該工藝以聚合氯化鋁(PAC) 為堿化劑,和Fe(II)溶液復合共聚生成聚氯化鋁鐵。
實驗結果表明,考察原料配比(7 : 3、6:4和5: 5)、熟化溫度(20、 30和40 °C)、熟化時間(1、2和3h)以及pH值(2.50、3.00和4.00)對產品性能的影響,確定了最佳的反應條件為n(AP):n(Fe2t)=5: 5、pH為4.00、熟化時間為3h、熟化溫度為30 C。
考察聚氯化鋁鐵對廢水(西 湖水和池塘水) COD和濁度的去除效果。實驗發現,對于西湖水,當聚氯化鋁鐵添加量為25mg/L時,COD的去除率達到75%,濁度去除率達到85%;而對于池塘水,當聚氯化鋁鐵添加量為25mg/L時,COD的去除率達到95%,濁度去除率達到90%。
實驗結果表明,聚氯化鋁鐵 對廢水的COD的去除率與濁度的去除率都很高,而添加量為25 mg/L聚氯化鋁鐵適合的。
此工藝由于采用PAC為堿化劑,生產成本過高,并沒有實際的生產價值。
因原水性質各異,應根據不同情況,現場調試或作燒杯試驗,取得最佳使用條件和最佳投藥量以達到最好的處理效果。
1、使用前,將產品按一定濃度(10-30%)投入溶礬池,注入自來水攪拌使之充分水解,靜置至呈紅棕色液體,再兌水稀釋到所需濃度投加混凝。水廠亦可配成2-5%直接投加,工業廢水處理直接配成5-10%投加。
2、投加量的確定,根據原水性質可通過生產調試或燒杯實驗視礬花形成適量而定,制水廠可以原用的其它藥劑量作為參考,在同等條件下產品與固體聚合氯化鋁用量大體相當,是固體硫酸鋁用量的1/3-1/4。如果原用的是液體產品,可根據相應藥劑濃度計算酌定。大致按重量比1:3而定。
3、使用時,將上述配制好的藥液,泵入計量槽,通過計量投加藥液與原水混凝。
4、一般情況下當日配制當日使用,配藥需要自來水,稍有沉淀物屬正常現象
5、根據原生產用按:固體:清水=1/5左右,先混合溶解后,再加水稀釋至含量2~3%的溶液即可。