铝碳微电解技术净化聚合氯化铝的研究

摘要：铝矿粉与副产盐酸生产的聚合氯化铝中重金属杂质和有机杂质往往较多，借鉴铁碳微电解原理，人为投加活性炭，创造铝碳微电解条件，用来去除聚合氯化铝中的重金属和有机杂质。在采用铝碳比1：1，动态操作，停留时间在1小时的控制参数，处理费用约6.67元/吨的条件下，原液铅Pb2+含量23.3ppm，处理后铅Pb2+含量下降到5.8ppm，低于国标10ppm的要求。

Abstract： The polyaluminum chloride produced by bauxite powder and by-product hydrochloric acid has many heavy metals and organic impurities. Referring to the principles of Fe-C micro-electrolysis， by artificially adding activated carbon and creating AL-C micro-electrolysis condition， the heavy metals and organic impurities of polyaluminum chloride can be removed. Under the condition of using the aluminum carbon ratio 1：1， the dynamic operation， the control parameters with the residence time at 1 hour， and the treatment costs about 6.67 yuan/ton， Pb2+ content of polyaluminum chloride decreased from 23.3ppm to 5.8ppm， which is below the GB 10ppm requirements.

关键词： 铝碳微电解;聚合氯化铝;重金属铅去除

Key words： aluminum-carbon miro-electrolysis;polyaluminum chloride;heavy metal plumbum removing

中图分类号：TQ314 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）04-0295-02

0 引言

铝矿粉与副产盐酸反应生产的聚合氯化铝成本低廉，在市场竞争日趋激烈的今天，具有一定的优势。但由于铝矿粉和副产盐酸会给产品带进许多有害杂质，用于饮用水的净化会危害人身体健康，根据国家建委1991年提出的不允许用有害杂质多的铝灰生产用于给水处理的净化剂聚合铝的精神，聚合铝厂采用冶炼厂中间产物氢氧化铝和正品盐酸反应生产的聚合氯化铝供给饮用水厂，不但成本昂贵，而且原料难得。因而如果采用适当方法，把由铝矿粉和副产盐酸反应生产的聚合铝中的有害杂质去除或去除到合适的程度使之符合饮用水标准，从而大大降低生产成本，此已成为聚合铝厂当务之急。

近年来，利用微电解法处理工业废水已越来越多地引起人们的关注。此法具有使用范围广，处理效果好，使用寿命长，成本低廉及操作维护方便等特点。微电解中应用比较成熟的铁床技术已广泛应用于印染废水、电镀废水等难处理废水的处理。该方法以工业废铁屑等为原料，利用铁-碳在废水中形成了无数微小的铁碳原电池并发生如下反应：

阳极：FeFe2++2e- 阴极：2H++2e- 2[H]H2

在中性或偏酸性环境中，铁碳电极本身及其所产生的新生态[H]、Fe2+等能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团，还可以还原重金属离子，降低其毒性[1]。

由铝矿粉造的聚合氯化铝液体中不仅含有较多的重金属离子，还含有副产盐酸带来的一些有机杂质。其中重金属离子中以铅（Pb2+）离子超标最为典型，一般在20ppm以上，多的接近100ppm，而自来水厂对液体聚铝的铅含量控制在10ppm以内[2]。由于液体聚铝pH值一般控制在3.0-4.5，正好符合微电解对介质的要求范围，因而采用微电解技术去除这些杂质，其方法是合理可行的。但铁碳微电解会给聚合铝带进铁，会影响产品的色泽和纯度，因而把铁屑换成铝屑，采用铝碳微电解来处理聚合氯化铝。由于铝屑本身含杂质非常少，更没有碳等杂质，因此采用投加活性炭的方式，人为创造微电解条件，利用铝碳微电解反应来去除重金属离子和有机杂质，其电极反应为：

阳极：ALAL3+ +3e- 阴极：2H+ +2e- 2[H]H2

M2+ +2e- M（M代表金属单质）

许多有机物杂质在电场的作用下同时也被分解反应，破坏其原有结构，达到除色、降低毒性的作用[3]。

以下内容以铅Pb2+为重金属代表进行数据检测。

1 实验部分

1.1 仪器 铝碳微电解床：自制;GFU-202C原子吸收分光光度计;TG328A精密分析天平。

1.2 分析方法 铅的测定：GB/T 5009.12。

2 实验结果

2.1 铝碳微电解与相关方法比较 微电解床由铝屑和活性炭以一定比例组成。众所周知，铝是非常活泼的金属，如果把铝放到废水中，铝能置换出比它不活泼的金属的离子，而铝本身则溶解到溶液中去。因而铝的置换作用是否比微电解还好我们必须做一下对比。另外，活性炭的吸附作用也不可忽视。表1是三个样脱铅对比实验（投加量按成本一样投加，反应时间一样，浸泡静置）。

2.2 铝碳比实验 不同的铝碳比会影响到微电解原电池反应，从而影响单位时间单位体积反应物质的处理效率，鉴于铝屑与活性炭的物理特性，采用重量比做对比实验。（填料体积、处理时间均一样）

表2实验数据可以发现，活性炭比例的增加，铅的脱除率反而下降。试验中发现活性炭量的提高有利于有机物的去除，结合以上数据，采用比例1：1比较合适。

2.3 静动态效果比较 小试中微电解反应器采用静态（浸泡）、动态（液体流动，填料不动）两种不同的方式对聚合氯化铝进行处理，主要考察哪一种方法更能发挥微电解的作用。实验结果显示，静态和动态效果一样。为便于工业操作，采用动态方式。

2.4 最佳停留时间 停留时间越长越能使原电池反应充分，从而越有利于降低聚合铝液体中的杂质含量，但过长的停留时间势必会降低单位时间的处理量，且会增大腐蚀量。要保证一定的处理量则势必要扩大反应器的体积，从而大大增加设备投资，对该方法的应用不利。因而需要找到一个合理的停留时间，使反应器不至于过大。实验数据如下：数据显示，时间越长，铅含量下降的越多，但下降的幅度越来越小。而时间每增加半小时，反应器体积将扩大33%即扩大三分之一体积，这对设备制造及投资均不利，建议合理停留时间为一小时。

2.5 黑浊及其去除 ①黑浊来源。随着反应的进行，反应器出液会逐渐变得浑浊、发黑。黑色混浊物来源有两个可能，即来自铝屑或来自还原出来的铅。为探明其确切成分，对黑色物质去除和未去除两个样进行测量。相差0.2ppm在测量误差范围以内，由此可见黑浊不是来源于还原出来的铅。②黑浊去除办法。黑浊极大的影响了聚合铝的外观，因而必须采取适当措施将其去除。经过大量的小试实验，发现黑浊去除的最简单最节省费用的办法就是沉淀法，但要花去较长的时间。另外采用适当催化剂，将大大加速黑浊的去除速度，此催化剂研究还在继续。

2.6 处理成本核算 经过六天的成本核算实验，经过精确称量铝屑腐蚀减量，得六天总腐蚀耗铝率为42.57%（实验用铝31克），由设计每天净化聚合氯化铝6.6公斤，则每公斤耗铝0.33325克，即推测每吨耗铝0.33325公斤。铝屑通过废品收购按每吨2万元计[4]，则处理1吨聚合铝耗铝费为6.67元。而这些铝并没有被浪费，而是溶于聚合铝中成为其有效成分。

3 结论

综合以上各项实验结果，对聚合氯化铝液体采用的铝碳微电解法最佳参数为：铝碳比1：1;动态操作;停留时间为1小时;黑浊去除暂用沉淀法。通过增加一道处理工序，在增加成本不高的情况下，可以实现普通原料生产出满足饮用水国家标准的聚合氯化铝，提高了产品竞争力。

参考文献：

[1]汤心虎.铁屑腐蚀电池在工业废水治理中的应用[J].工业水处理，1998-11，18（6）：4-6.

[2]WS/T 198-2001，饮水用聚合氯化铝卫生标准[S].

[3]李福德.微生物治理电镀废水方法[J].电镀与精饰，2002（02）.

――――――――――――

作者简介：李荣寨（1976-），男，浙江东阳人，中级工程师，研究方向为环境工程和有机高分子合成。