粉煤灰煤矸石为原料年产10000吨液体复合净水剂可行性研究报告(编辑修改稿)

粉煤灰煤矸石为原料年产10000吨液体复合净水剂可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

1 (6n)HCl+2Al+nH2O→ Al2(OH)nCl6n+3H2↑ , nH2O+n/3Al+(2n/3)AlCl3→ Al2(OH)nCl6n+n/2H2↑。 此法工业生产多利 用铝厂下脚料、机械加工废铝屑等。 由于铝灰中含有较多铝电解、熔炼回收产生的熔渣，所以上述反应外，还应考虑 Al2O3的反应。 主要是利用铝灰中的 Al与 Al2O3的混合物与 HCl反应生成 AlCl3。 其全部反应包括溶出反应、水解反应、聚合反应三个过程。 由于铝的溶出， pH值升高，铝盐发生水解而产生 HCl，使 pH值下降，这又促使铝的溶出反应继续进行， pH值随之升高，使相邻两个羟基间发生架桥聚合作用，由于这种作用减少了水解产物的浓度，从而促使水解反应继续进行。 其水解反应生成的聚合体 Al2(OH)nCl6n与作为外配体的 Cl结合， 即形成聚合氯化铝。 生产时经净化处理，控制投料比例、投加速度及酸浓度，可以进行自热反应得到适宜的产品。 此类产品因含有其它金属离子及杂质，多为灰黑色，且 Al2O3含量普遍不高。 我国聚合氯化铝生产的起步源于以铝灰作原料。 由于铝灰原料成本低廉，生产工艺简练，其生产工艺七十年代在我国迅速普及。 但铝灰生产的聚合氯化铝产品杂质较多，八十年代后已不再用于自来水的净化。 B：以结晶 Al(OH)3为原料制取聚合氯化铝的生产工艺 该法中目前国内外采用较多的为加压溶出法，此法工艺路线相对简单。 常压条件下， Al(OH)3在盐酸中的溶解度很小，得到的溶液中的铝、氯当量比通常小于。 为提高这一比值，可通过加压提高反粉煤灰 \煤矸石为原料年产 10000 吨液体复合净水剂可行性研究报告 22 应温度以提高 Al(OH)3的溶解度，并经过一定时间提供足够的反应能量 ，即可得到较高转化率和合适的盐基度的产品。 此反应虽为放热反应，但需加热以提供足够的能量引发反应，并保证反应顺利进行。 另外，反应时间过长、过短都能生成不稳定的凝胶。 可以通过绘制升温反应曲线来确定反应工艺条件，并可以通过计算改变投料配比生产不同盐基度的产品。 反应式 如下： nHCl+mAl(OH)3→ AlmCl(OH)3mn+nH2O。 产物为。 按盐基度定义 (OH与 Al的当量比 )，产品盐基度为 (／ 3) 100％ =43％。 选用不同投料比可得到不同盐基度的产品。 实际生产中 需 考虑氢氧化铝的利用率。 生产工艺流程图如下图所示： C：以 AlCl3 为原料的生产工艺 （ 1） 中和法 在 AlCl3溶液中加人烧碱、石灰石、碳酸钠等碱性物质提高 OH浓度，以促进 AlCl3不断水解。 不同加碱量可得到不同盐基度的 PAC溶液。 反应式如下： 2AlCl3+nNaOH→ Al2(OH)nCl6n+nNaCl, n/2H2O+2AlCl3+n/2CaCO3→ Al2(OH)nCl6n+n/2CaCl2+n/2CO2。 此法生产的 PAC适于在对水中 Cl含量及硬度要求不高的厂矿使粉煤灰 \煤矸石为原料年产 10000 吨液体复合净水剂可行性研究报告 23 用。 （ 2） 热分解法 加热条件下， AlCl3分解进行到底可生成 Al2O3和 HCl。 如控制热分解进程，可得到介于 AlCl3和 Al2O3之间的一系列中间产物，即不同盐基度的 PAC。 其热分解可看作是在加热条件下配位水发生的水解反应。 此法又可分为湿式和干式。 湿式受分解温度限制，成品的盐基度一般较低，效率也低。 干式用结晶 AlCl3热分解，可得任意盐基度的产品， 克服了湿式法的不足，但产品溶解性差。 若以结晶氯化铝为原料，也可采用沸腾热解法制取固体 PAC，结晶氯化铝在一定温度下热解，分解出氯化氢和水分，聚合变成粉状产物，即聚合氯化铝 (熟料 )，将熟料加一定量水搅拌，在较短时间内固化成树脂性产物，经干燥、粉碎即可得固体 PAC产品，其反应： 2 AlCl3 6H2O= Al2(OH)nCl6n +(12一 n) H2O +HCl m Al2(OH)nCl6n +m H2O =m[Al2(OH)nCl6nH 2O] 该法生产设备投资大，由 于铝盐价格较为昂贵，相对生产成本高，工业生产应用较少。 但产品较纯洁，常用于化验室制备少量实验样品。 D：以 Al2(SO4)3 为原料的生产工艺 以硫酸铝与氯化铝为原料，则采用硫酸盐沉淀法，在硫酸铝和三氯化铝的混合液中加入石灰、石灰石，使硫酸根离子和钙生成难溶的硫酸钙沉淀，从混合液中分离，使铝氯当量比增大，从而得到一定盐基度的聚合氯化铝。 以高岭土、铝土矿为原料的生产工艺 粉煤灰 \煤矸石为原料年产 10000 吨液体复合净水剂可行性研究报告 24 高岭土又称瓷土或粘土，除大量存在于地表外，还会与煤炭伴生存在于地下。 高岭土用处很多，它可以用作陶瓷原料，也可用于造纸，还是生产聚合氯化铝的原 料。 用高岭土生产聚合氯化铝为高岭土的综合利用提供了一条有益途径。 粘土矿、铝土矿中的有效成分一般不能直接溶于酸，往往先加人碱性剂 (如 CaCO3)，在高温条件下进行固相烧结反应，使其得到活化，其中的 Al2O3转型为易溶成分，例如我们所说的铝酸钙粉。 矿石与辅料按比例粉碎、压块、充分焙烧后，破碎成几十至两百目的粉末。 这一过程一般先在钙粉厂加工完成。 目前国内厂家广泛使用的生产工艺是加压法。 加压法是利用粘土生矿粉，在加压条件下与酸反应，溶出后中和。 由于未经过焙烧的生矿粉反应活性低，矿粉中的有机物未被去除，在反应过程中 会消耗大量盐酸，产品中混有有机物等杂质，产品颜色较深，酸性条件下的加压反应，加剧了反应釜体的腐蚀。 设备寿命缩短；加压反应，增加了工人操作的难度，安全性较低。 在常压反应流程的基础上，经过反复实验，在酸浸溶出之前，可增加焙烧工艺。 焙烧后的高岭土粉活性大大提高，去除了矿粉中大量的杂质，酸浸阶段变加压反应为常压反应。 解决了加压反应时上述的缺点。 在整个反应工艺中，矿粉的焙烧温度和焙烧时间是影响整个反应的重要因素。 此法的反应工艺简略描述为： 将水洗高岭土于 750℃ 下脱水、冷却加水制成矿浆，泵 入 反应釜 ；根据高岭土中铝的量加人理论值 110%的浓盐酸，在 177。 MPa压力下反应 30min；卸压，加水稀释，将矿浆放入澄清 池 ，澄清后放出清液或过滤于清液池，清液池中的清液粉煤灰 \煤矸石为原料年产 10000 吨液体复合净水剂可行性研究报告 25 即为氯化铝液体产品，准确测定固体或液体氯化铝中的铝含量，然后根据 (OH/Al)的摩尔比，一次性地加人预计量的碱，调整至所需碱化度；加热至近沸并充分搅拌，熟化 24 h以上，过滤晒干或烘干即为聚合氯化铝产品。 生产工艺见下图： 用高岭土生产液体 PAC，工艺简单、经济，是国内现行生产 PAC的主要生产工艺。 但是由于所用原料中含有较多 成分复杂的矿物杂质，且其本身是碱性，此法生产的 PAC产品中通常渣子含量大且沉降速度慢， Al2O3含量合适时往往盐基度高，盐基度合适时则 Al2O3含量偏低，因此不利于高效率的喷雾干燥。 另外，由于含有较多钙质，产品的液体饱和浓度降低。 所以也在一定程度上制约了生产。 以煤矸石及粉煤灰为原料生产 复合净水剂 工艺 E：煤矸石为原料 生产 复合净水剂工艺 煤矸石是目前我国排放量最大的工业固体废弃物之一，每年排放近 1108t，约占煤炭年产量的 10％左右，目前已累计堆积 30108t以上。 煤矸石的长期存放，不仅占用大量土地，而 且对环境有较严重的污染。 粉煤灰 \煤矸石为原料年产 10000 吨液体复合净水剂可行性研究报告 26 大力开展煤矸石综合利用可以增加企业的经济效益，改善煤矿生产结构，同时又可以减少土地压占，改善环境质量，煤矸石的综合利用始终是资源综合利用的重要研究内容之一，其综合利用途径越来越多。 由于煤矸石的主要成分是高岭石、蒙脱石、伊利石等矿物质，其主要化学成分为： SiO2：占 50％～ 60％， Al2O3占 15％～ 35％， Fe2O3占 3％～ 5％， CaO占 1％～ 3％， MgO占 1％～ 2％。 因此，用煤矸石制备化学混凝剂也是一条经济有效的利用途径。 煤矸石中含有 15％～ 35％的 Al2O3，用酸溶法提取其中的铝在数量上是有保障的。 煤矸石酸溶法制备聚合氯化铝的工艺流程下图所示。 (1)粉碎焙烧：将煤矸石粉碎 (8mm以下 )后进行焙烧，焙烧的温度控制在 600～ 800℃ ，这样可以保证煤矸石中的 Al2O3有较高的溶出率。 (2)细碎酸溶：将焙烧后的煤矸石粉碎至 60目左右，用质量浓度为20％的盐酸有 100～ 110℃ (常压 )的条件下连续酸溶。 酸溶设备采用釜法 ，用蒸汽直接加热，酸溶过程中要用风压搅拌，溶出液用 混 凝剂沉淀法进行渣液分离。 沉淀时间 为 3～ 4h。 粉煤灰 \煤矸石为原料年产 10000 吨液体复合净水剂可行性研究报告 27 (3)浓缩结晶：将酸溶母液送入搪瓷釜内，在负压状态下用蒸汽加热进行浓缩，当母液浓缩蒸发掉 45～ 50％时，停止加热浓缩。 然后出料经滞流槽冷却过滤后可得结晶 AlCl3，一般浓缩时间为 10h。 (4)沸腾热解：将结晶的 AlCl3在 170～ 180℃ 条件下进行热分解，使产品碱化度控制在 70％～ 75％。 (5)配水聚合：加水溶解热解后的 AlCl3，溶解过程中要不断搅拌，溶液由稀变稠，到一定浓度后进行风干，最后便制得固体聚合氯化铝。 F：粉煤灰为原料 生产 复合净水剂工艺 酸溶热 解法从粉煤灰中制取 PAC。 粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物，粉煤灰中含有 Al2O3， Fe2O3， CaO， K2O等多种有用物质，其中 Al2O3质量分数为 15％ ～ 40％ ，最高可达 50％以上。 由于粉煤灰是经过高温燃烧产生的，其中约 90％的 SiO2及 A12O3呈玻璃态， 主要以 3A12O3SiO2(红柱石 )形式存在，而不以活性 γ — Al2O3，形式存在，因此，很难用酸直接溶解出来。 因此打开 Al— Si键，使 A12O3，自玻璃体中释放出来，利用其 A12O3，制备絮凝剂一直存在很多技术问题。 以往采用碱溶法时，虽然溶出率高 ，但能耗高，对设备的腐蚀性大，设备投资高，且要消耗大量的纯碱，实际生产意义不大。 添加 助溶剂打开 Al— Si键，利用溶剂 HC1来溶解粉煤灰中的复合硅铝酸盐，提高了 A12O3的溶出率，而且能耗较低，简化了工艺流程，缩短了热解时间，制得的 PAC聚合度高。 国外采用氢氧化铝为原料制造聚合氯化铝，基本采用盐酸溶解、聚合的方法。 粉煤灰 \煤矸石为原料年产 10000 吨液体复合净水剂可行性研究报告 28 原料路线确定的原则及依据 原料路线确定的原则 ● 选择的生产原料必须具有规模化 ● 选择的生产原料必须具有稳定性 ,包括质量的稳定及来源的稳定。 ● 选择的生产原料必须来源运输方便 ● 选择的生产原料必须具有质量 ●选择的生产原料必须符合国家相关的法律法规 原料路线确定的依据 该项目之所以选择煤矸石、粉煤灰为原料主要是从以下几个方面来考虑的： 是煤矸石属固体废弃物，能综合利用可减少对环境的污染； 是协庄矿的煤矸石含铝量属于可以利用的品位，与低品位的铝土矿差不多； 是低品位铝土矿的价格已由几年前的几十元一吨升至三百元一吨左右，也就是说协庄矿煤矸石的价值相当于三百元一吨左右。 协庄矿煤矸石极为丰富，成本极低。 生产过程中所需的废盐酸可就近从新矿集团盐化厂就近获得。 运输优势明显。 采购成本 180— 260 元左右。 粉煤灰 \煤矸石为原料年产 10000 吨液体复合净水剂可行性研究报告 29 推荐工艺技术方案的简要说明 以煤矸石、粉煤灰为原料生产复合净水剂的工艺推荐选择酸溶法，酸法的优点是工艺简单，设备要求低，且原料来源广泛。 以粉煤灰为原料生产复合净水剂的工艺如下： 粉煤灰在加压、高温下的酸溶；溶出液的过滤及滤料洗涤；过滤液加入盐基度调整剂，使产品聚合并使产品熟化而制得成品。 以煤矸石为原料生产复合净水剂的工艺如下： 煤矸石在高温下的活化；在加压、高温下的酸溶；溶出液的过滤及滤料洗涤；过滤液加入盐基度调整剂，使产品聚合并使产品熟化而制得成品。 工 艺流程及生产控制方案说明 (附工艺流程图 ) 原料煤矸石首先进行干燥，使含水率低于 20%；然后利用粉碎机将原料粉碎至 100120 目后进行高温活化（粉煤灰不需要活化），活化温度控制在不久的将来 650700℃间。 活化时间两小时。 活化过程中产生的大量热能利用来进行原料的干燥或生产固体用热量。 活化后的煤矸石与盐酸按重量比例为： 1：。 加入反应釜中，控制反应温度： 130140℃。 反应时间为： 23 小时。 反应完毕后将物料冷却至 7080℃进行渣液分离。 分离液进入另一反应釜加入盐基度调整剂进行聚合调整，控制 聚合反应的时间为： 12小时，温度： 100110℃。 聚合反应完成后趁热进行渣液分离，分离液即液体产品。 液体产品经粉煤灰 \煤矸石为原料年产 10000 吨液。