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聚氯化鋁鹽基度調節劑-節省鈣粉用量提高鹽基度
文章來源: 日期:2018-6-29 瀏覽次數:2848
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聚氯化鋁鹽基度調節劑
          節省鈣粉用量提高鹽基度
 
  鹽基度指標是衡量聚合氯化鋁效果的重要指標之一,甚至比鋁含量更有實際意義,就像氯化鋁不能直接當做聚合氯化鋁使用一樣,必須通過工藝措施使其含有一定的鹽基度才可以用于水處理,達到絮凝效果。
  目前,任何工藝的聚合氯化鋁生產,都是以鹽酸和含鋁原料反應,這些含鋁原料比如:鋁粉、鋁屑、鋁灰、煅燒鋁礬土、鋁酸鈣、氫氧化鋁 氧化鋁等,當鹽酸與含鋁物料反應后,均生成了氯化鋁,然后氯化鋁水解、聚合形成聚合氯化鋁。
  通常工藝是采用兩步法工藝,以鋁礬土、氫氧化鋁、氯化鋁為原料,生產低鹽基度初產品,再以鋁酸鈣適當補充一部分鋁源,并調整鹽基度;
任何工藝的聚合氯化鋁生產均應以不產生氫氧化鋁凝膠為基本控制條件,否則給過濾帶來極大的困擾,大量生成后將不可逆,無論是加酸還是加水均不能使其解聚,這是由于氫氧化鋁凝膠具有較低的化學電位勢和較高的化學穩定性所決定的。且鹽基度在一定范圍內與PH有著極強的對應關系,生產上投加鈣粉后,前期溫度急速上升,繼續投加鈣粉,溫度變化不明顯,很平緩,這已經表明后期投加的鈣粉已經很少參與反應了,其鋁含量與鹽基度的提升也非常不明顯,增加幅度平緩,只是鹽基度略有增加,氧化鋁含量基本無變化或者是相當微小,說明后期投加的鈣粉對氧化鋁含量的提升已經基本失去意義,只是對鹽基度的提升略有一定的幫助;這樣操作,增加生產成本倒不說,關鍵是影響過濾速度與過濾效果。
  根據氯化鋁水解熱力學方程和反應動力學計算,當氯化鋁溶液的PH≦3.4時,鈣粉投加后,其鹽基度的提高與投加量有著極強的相關性,當PH值≧4.071時,鈣粉投入后,對鹽基度和鋁含量的影響就相當小了,尤其是氧化鋁的含量提升基本可以忽略不計了,鹽基度稍有提升;此時體系中鹽酸的含量只有萬分之一左右了,如此低的酸濃度已無法與鈣粉反應,已經失去了投加鈣粉的意義,實際生產中亦是如此,這點可以從體系溫度的變化看出來,即后期的溫度變化極其平緩、甚至不變化。當溶液的PH≧4.071,開始出現氫氧化鋁凝膠,PH值越大,凝膠越多,PEC的有效性成分聚十三鋁含量越低。
  目前廣泛采用的兩步法工藝,其后期投入的無意義鈣粉應該占鈣粉投入總量的25%-60%左右,就是說25-60%的鈣粉基本被浪費了;這可以通過測定濾餅中的氧化鋁含量來確定,如果濾餅中的氧化鋁含量≧3%,則表示所投加的鈣粉是過量的,多投的鈣粉是無意義的,純屬浪費;同時,多投加的鈣粉對于采取沉降法生產的工廠還容易使產品中的固含量超過國家規定的標準0.2%,只要過量投加鈣粉,一般都會超過此數字,更容易堵塞用戶管道。
  生產上鈣粉投加后控制PH值在4左右,最好4以下,在3.4-4之間,PH在此點位后停止投加鈣粉,改為投加B專用調節劑,使產品最終達到國家標準。其使用成本比投加鈣粉低很多,且鹽基度提升幅度很大,生產上每投1%的調節劑,可以使鹽基度提升6%,具體投加量請根據實驗方案確定,甚至做破壞性實驗,一般情況下調節劑的投入量根據計算予以投加,但以15%為限度。此時產品無任何異常現象產生;調節劑在體系中全溶,無渣,液體清澈,對氧化鋁含量的影響較小,沒有達到5%的變化系數,實驗時將初產品過濾后予以投加調節劑。
  對于以氫氧化鋁、氯化鋁為原料的生產工藝,可以直接生產出高鹽基度的產品,以氫氧化鋁為原料省去過濾工藝,實現無渣化生產。
  對于生產固體聚合氯化鋁的工廠,可以將鹽基度大幅提高后利于產量的提高。
  對于采用板框壓濾機壓濾的工廠,會經常出現不好過濾、甚至無法過濾的問題,有的在濾室形成形成濾泡或者空腔,導致過濾速度減慢,或者有效過濾面積減少,過濾時間延長。這些問題的根源,我們認為都是工藝控制中PH值的控制沒到位,導致產生了氫氧化鋁凝膠而堵塞了濾布。出現這個問題后,很多工廠就不過濾了,直接采用沉降法,這又給清淤帶來極大的工作量,同時也會浪費很多有效產品,增加工廠成本。同時,氫氧化鋁凝膠的出現,會嚴重影響下一次的生產,這也就是很多工廠母液不能回用、不能存放在反應槽過夜的原因。理論上,對于10%含量的標準聚鋁溶液,其鹽基度的極限值87%,超過此數據,就會出現凝膠現象,影響過濾。
規律發現方案:
  1  假設鈣粉的投加量占比為15%,即100噸的聚鋁初產品投加15噸鈣粉,可以在投加50%后的鈣粉后每投加一噸反應一小時后取樣分析各項指標,看看各指標與鈣粉投加量的數據相關性?;蛘呷』厴系某醪泛?在實驗室里模仿生產上的工藝予以確認。
  通過數據考核會發現:鈣粉在后期,越往后,PH值變化越小,氧化鋁含量和鹽基度的提高也越少,與前期相比,形成巨大的反差,說明越往后越無意義或者是意義不大。
  對數據指標考核后會發現,當鈣粉投加到一定量后,繼續投加鈣粉,各指標變化幅度很小,此點位就是停止鈣粉投加的拐點或者頂點,在拐點出現后,記錄此時的PH值,就可以直接投加專用B調節劑了,以后的生產就可以此PH值作為鈣粉投加的拐點數據。按每投加1%的調節劑,鹽基度提升5%計算投加量即可。(實驗室提升2.7%)
  2 濾渣數據考核:取一定量的濾渣,用水清洗三次,然后將濾渣抽濾并在100度溫度條件下一小時烘干,再從烘干的樣品中取樣,按鋁酸鈣粉的測定方法測定其氧化鋁含量,按下式計算其轉化率
  轉化率一般應高于95%,否則浪費較大,有的工廠甚至其轉化率只有70%左右,說明浪費現象相當嚴重,這樣成本會很高,同時給后續工藝帶來困擾,包括過濾、產品質量、烘干、清於、環保等都帶來麻煩。
 
  鹽基度專用調節劑實驗方案:
 
   實驗室中聚鋁溶液在投加50%用量(原生產過程中使用鈣粉用量的一半)的鈣粉后,此時的聚鋁溶液可以從反應釜中取出 ,然后取樣分別加入不同量的鈣粉60%、70%、80%、90% 100%,在90度左右充分反應后測定其鹽基度,當加入一定量的鈣粉后聚鋁溶液中各個指標變化都不大時,我們稱此點為拐點,即PH值的絕對最大值,此點位以后,加入的鈣粉其溶出率與加入量不成比例,即溶出率很低了;為確保效益,我們建議在此拐點添加鹽基度專用調節劑。(每添加1%的調節劑,實驗室中鹽基度含量會增加2.7%,生產中會增加5%)。
 
 
  實驗室中添加調節劑,添加時長需要半小時到一個小時,每次少量添加,越少越好,直至加完,添加時間越長效果越明顯。例如取300g聚鋁溶液,原鹽基度60,需提升到90,兩者差30,實驗室使用量30g,生產中使用量15g,在90℃溫度下保溫反應兩小時候測定其鹽基度。
  生產上,也可以在投加90%的鈣粉后,間隔1.5小時,剩余的10%改為投加調節劑,不影響含量與鹽基度。
 
  我們的生產中已采用此工藝措施,愿與各位同行分享,為您的工廠助力。
 
  附   活性鐵鋁粉
  產品指標(干基)  三氧化二鐵60.3% (鐵42%) 氧化鋁32%  酸不溶物7%
  鐵鋁粉是生產聚合氯化鋁鐵的優質原料,在為產品提供鐵離子的同時,也提供了一定量的氧化鋁,含鐵的聚合氯化鋁其效果遠好于單獨的聚合氯化鋁,尤其在在除磷效果上,更是別具一格。鐵鋁粉可以單獨生產污水處理用的氯化鐵,也可以結合聚合氯化鋁的生產工藝生產聚合氯化鋁鐵,根據鐵含量要求,適當添加一定量的鐵鋁粉。由于鐵鋁粉中含有的氧化鋁略高于鋁礬土中的氧化鋁含量,所含有的鋁很容易溶出進入產品中,因此生產聚合氯化鋁鐵時,其生產成本略低于使用鋁礬土生產聚合氯化鋁的成本。
  也可以單獨以鐵鋁粉為原料進行生產,此時鐵、鋁含量均在10% 以上,使用的時候加到成品聚鋁中,以提高鐵含量,具體添加量以含鐵多少來計算。但不要超過20%,否則鹽基度降低太多。
   單獨以鐵鋁粉為原料生產時,此時產品的ph較低,與聚鋁混合時,聚鋁的鹽基度會適當降低。降低多少以實驗方案確定。
  實驗方案(以生產31%氯化鐵溶液為例)
  1  30g鐵鋁粉(干基)+100ML32%HCL,在95度左右反應三小時
  2  30g鐵鋁粉(干基)100ml32%HCI反應,自然溫度反應3小時,自然溫度時,渣稍多。
  檢測鐵離子含量,最后轉換為三氯化鐵的含量,其系數關系為2.9×鐵離子的百分含量
  此兩種方案均能保證氯化鐵的質量分數大于31%,且三氧化二鋁含量與鐵離子含量基本相當,好過濾。
  生產聚合氯化鋁鐵時,以部分鐵鋁粉代替鋁礬土即可,即鋁礬土的量在原投加量的基礎上等量減少;投料時,先投鐵鋁粉,接著投加鋁礬土。
 
  附二  過濾促進劑
  當聚鋁不好過濾時使用,添加量為100克/每噸,保證聚鋁溶液中有100ppm;過濾速度可以提高一倍以上。
  實驗方案:取1ml加入水中,配成1%的水溶液,然后取1ml配好的水溶液,加入T=80-90度100g的聚鋁溶液中,用快速濾紙進行對比實驗,觀察一分鐘時間內溶液滴定數量多少滴;
  觀察現象:分別用空白和加入了促進劑的樣品在實驗室做現象,同樣的量過濾完畢,用時間長短予以考核。
 
 
  相關數據如下:氯化氫按含量與體積的積計算,此處所謂鹽酸是以分析純為準,生產上的鹽酸大部分為副產,需在實驗室予以確認,其比例基本一致,出入不大。
  1 鐵鋁粉與氯化氫的質量比  30:35
  2 鹽基度調節劑與產品的體積比 5-10%  
 
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