年产10000吨液体复合净水剂(粉煤灰煤矸石为原料)可行性研究报告.doc

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以煤矸石、粉煤灰为原料年产10000吨液体工业复合净水剂项目可行性研究报告（粉煤灰5000吨/年、洗选矸石5000吨/年） 天津化工研究设计院第一章 总论1、概述项目名称：煤矸石、粉煤灰为原料制工业复合净水剂 主办单位： 负责人：1.1主办单位简介协庄煤矿协庄煤矿地处山东省新泰市小协镇，隶属于山东省新汶矿业集团，现有在册职工8000人，是我国建国后第一个自行设计的大型矿井，是新汶矿业集团的骨干生产矿井之一，于1962年建成投产，历经两次改扩建，年产量从120万吨提高到220万吨。协庄煤矿非煤产业较为发达，建有化工、造纸、机械制造、建材、精煤加工、制衣、发电等多家公司，具有较为便利的水、电、汽资源。作为生产复合净水剂的主要原料粉煤灰、煤矸石十分充足，矿区自备电厂年产粉煤灰8万吨，洗选矸石20万吨，自燃红矸存量约计350万吨，完全可以满足生产复合净水剂的基本原料需求。协庄煤矿生产及洗煤过程中产生的粉煤灰及煤矸石，除了造砖及部分销售外，余量未能得到有效利用，导致占地面积庞大，造成了一定的环境公害，同时，上述废料中的有用成分一直未得到有效利用，是对资源的巨大浪费。因此，建设以粉煤灰、煤矸石为基本原料的净水剂生产厂，不仅可创造可观的经济效益，同时可极大改善矿区环境，符合国家节能降耗及环境保护的基本国策。泰安天元节能环保工程有限责任公司泰安天元节能环保工程有限责任公司隶属于新泰市新汶矿业集团协庄煤矿，是一家具有独立法人资格的高新技术企业。该公司现有员工216人，其中工程技术人员占30%以上。公司业务领域涉及工业废水处理、城镇污水处理及大气污染治理工程等各类环保领域，先后承接了数项大型脱硫除尘及污水处理工程的设计、建设和调试工作，在业内具有较高的信誉和知名度。2007年至今，该公司通过内引外联、技术合作的方式，完成粉煤灰、煤矸石制备工业复合净水剂的研发，并且完成了小规模中试。经实际试用，效果良好。1.2可行性研究编制的依据及原则1.2.1编制依据国家经济贸易委员会、科学技术部关于印发煤矸石综合利用技术政策要点的通知（国经贸资源19991005号）山东省新泰市新汶矿业集团泰安天元节能环保工程有限责任公司所处的地理位置以及当地粉煤灰、煤矸石资源分布情况；山东省新泰市新汶矿业集团泰安天元节能环保工程有限责任公司当地能源及原材料种类和价格情况；山东省新泰市新汶矿业集团有限责任公司协庄煤矿生产状况，包括产品种类、主导产品的生产废物以及排出废料（主要为煤矸石、粉煤灰、富余蒸汽等）利用价值分析；新汶矿业集团提供的煤矸石、粉煤灰的主要成分分析数据表；山东省新泰市新汶矿业集团泰安天元节能环保工程有限责任公司提供的以粉煤灰、煤矸石为原料生产的复合净水剂小试样品成分分析结果及同类产品性能比较结果；常规聚合氯化铝生产工艺；目前国内聚合氯化铝企业分布情况及其生产实际情况；目前国内聚合氯化铝市场需求情况；聚合氯化铝产品质量评定的专业标准 （ZB G700190）；聚合氯化铝生产的国家标准聚合氯化铝国家标准（GB158922003）；煤灰成分分析方法 （GB15751995）；煤矿产品中铝含量的测定 （GB/T1761996）；1.2.2编制原则以当地区域总体规划为指导，以新汶矿业集团生产废料（粉煤灰、煤矸石）回收利用为基本目的，兼顾环境保护，根据总体规划所确定的生产规模，充分考虑近远期规划的要求，对协庄煤矿的煤矸石以及粉煤灰进行回收再利用，生产具有有经济价值的复合净水剂，在此基础上，充分发挥拟建项目的经济效益、社会效益以及环境效益。选择稳妥可靠、技术先进合理、投资省、运行费用低、管理简单、运行灵活的生产工艺和相应设备和配套设施，确保以粉煤灰、煤矸石为原料生产复合净水剂项目的顺利实施和运行投产； 通过设计中的总体规划，尽可能的节约能源、降低工程基建投资和运行费用，在此基础上提高管理水平；生产过程中所需原材料应尽可能利用当地资源，并尽可能就近采购，以降低单位产品的生产成本； 应尽可能降低生产过程中废渣、废气的排放量，以符合当地的环保法规要求；对不可避免的废渣、废气，应尽可能考虑回收利用或采用适宜的处理、削减措施。按照现行规定，结合地方特点，确定生产规模并进行投资估算和经济分析。1.3项目提出的背景、投资的必要性和经济意义煤矸石是指煤炭开采、洗选加工过程中产生的固体废弃物，也是可利用的资源，具有双重性。从煤炭开采来看，每生产1亿t煤炭，排放矸石1400万t左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1亿t炼焦煤排放矸石量2000万t，每洗1亿t动力煤，排放矸石量1500万t。目前，全国国有煤矿现有矸石山1500余座，堆积量30亿t以上（占中国工业固体废物排放总量的40%以上）。近年来,山东省经济高速发展, 国民生产总值不断提高，各项经济指标已走在全国的前列。随着泰安地区煤矿产业的不断发展，镇区人口的增加，煤矸石及粉煤灰的排放量亦将不断增加，如果不及时采取有效的处理措施，将会使废渣堆积如山，不仅会大量占用宝贵的土地资源，而且将对周边环境造成严重的破坏，制约煤矿企业的可持续发展。另外，废渣的无序堆放，也会影响当地的投资环境，制约经济的进一步发展，为国家的环保法规、法律所不容。粉煤灰、煤矸石的组成主要为无机物，含有大量的铝、铁、硅等无机化合物及其他微量元素，上述化合物均为有用的工业原料，如直接堆放、废弃，将是对资源的一种极大浪费，尤其是对于我国这样一个资源较为匮乏的国家，这种浪费更应该是加以杜绝的。据分析测算，协庄矿区产生的煤矸石含铝量约为22%以上（以氧化铝计），含铁量约为8%以上（以氧化铁计），而矿区粉煤灰的含铝量约为30%以上（以氧化铝计），含铁量约为6%以上（以氧化铁计），由此可见，上述两种废渣中的铝、铁含量均相当可观，具有实际回收利用价值。随着我国工业的发展和环保法规的不断完善，废水的处理规模不断增大，废水的处理力度亦将不断加强。上述废水处理水平的提高，必将带动水处理化学品市场的不断发展，对水处理化学品的需求量将大量增加。目前应用于废水处理的水处理剂主要为无机高分子聚合物，主要包括PFS、PAC及以其为基础的一些复合改性产品，上述水处理产品的有效成分主要为铝、铁，经特殊工艺提取、聚合而成，目前我国生产PAC及其复合净水剂所需的铁、铝等化合物一般均利用当地的矿藏进行提取，产地具有很强的区域性，主要分布在河南巩义和山东淄博等地，由于铝矾土矿属不可再生资源，随着多年的开采使用，上述主要矿产区的铝土矿资源供应已逐渐显现出紧张和短缺状态，并逐步导致了市场上PAC价格的不断上涨。因此，开发利用取代铝矾土的生产原料，已成为适应市场需求的当务之急。由于粉煤灰、煤矸石廉价易得，并且含有制备PAC所必需的主要无机化合物，采用其制备PAC及复合净水剂是适宜的。目前，利用粉煤灰、煤矸石制备净水剂的研究相当活跃，得到了相当多数专家的关注及认可，已在全国多个地区建成试验规模和中式规模装置，预计在近期内较大规模工业化装置将有可能建成。综上，本可研涉及的净水剂生产项目一旦得以实施，不仅可大量消耗矿区附近堆积的煤矸石、粉煤灰，从而释放大量土地，而且废渣堆积造成的环境生态问题亦可迎刃而解，同时，由于以上述废渣为原料制备的净水剂生产成本低廉，具有很强的市场竞争力，预计在短时间内就可占领大量市场份额，必将给项目投资者带来可观的经济效益。鉴于上述市场需求，泰安天元节能环保工程有限责任公司依靠公司自身的生产、研发实力和多年的管理经验，以及集团内部自产的粉煤灰、煤矸石原料，生产PAC及复合净水剂产品是确实可行的，具有广阔的市场前景。1.4可行性研究的工作范围及原则本可行性研究报告编制范围包括：聚合氯化铝产品概况、聚合氯化铝生产技术的发展趋势（包括采用新型工艺和新型原料）、国内聚合氯化铝生产现状及生产企业概况、聚合氯化铝的生产工艺方案的比较论证、聚合氯化铝的主要应用领域、利用粉煤灰煤矸石生产复合净水剂工艺与传统原材料生产聚合氯化铝工艺的比较（主要包括产品用于净水处理的性能、效果比较和产品生产成本比较）、国内固态和液态聚合氯化铝的市场价格及市场需求情况分析、以粉煤灰煤矸石为基本原料生产复合净水剂的具体生产工艺的确定及相关设备、构筑物的生产规模选定和投资情况分析、对某些关键设备的选择进行比较论证。1.4.1 编制原则以当地区域总体规划为指导，以新汶矿业集团生产废料（粉煤灰、煤矸石）回收利用为基本目的，兼顾环境保护，根据总体规划所确定的生产规模，充分考虑近远期规划的要求，对协庄煤矿的煤矸石以及粉煤灰进行回收再利用，生产具有有经济价值的复合净水剂，在此基础上，充分发挥拟建项目的经济效益、社会效益以及环境效益。选择稳妥可靠、技术先进合理、投资省、运行费用低、管理简单、运行灵活的生产工艺和相应设备和配套设施，确保以粉煤灰、煤矸石为原料生产复合净水剂项目的顺利实施和运行投产； 通过设计中的总体规划，尽可能的节约能源、降低工程基建投资和运行费用，在此基础上提高管理水平；生产过程中所需原材料应尽可能利用当地资源，并尽可能就近采购，以降低单位产品的生产成本； 应尽可能降低生产过程中废渣、废气的排放量，以符合当地的环保法规要求；对不可避免的废渣、废气，应尽可能考虑回收利用或采用适宜的处理、削减措施。按照现行规定，结合地方特点，确定生产规模并进行投资估算和经济分析。1.4.2 主要设计规范和工程设计标准聚合氯化铝国家标准（GB158922003）工业聚合氯化铝（HG/T267795）工业无水氯化铝（GB/T3595-1994）工矿产品中铝含量测定标准（GB/T6072-1994）工矿产品中铁含量测定标准（GB/T8576-1994）原子吸收光谱分析法通则(GB/T15337-1994)分析化学术语（GB/T146661993）化工产品折光率测定（GB/T648881986）总图制图标准（GBJ10387）城市防洪工程设计规范（CJJ5092）建筑给排水设计规范（GBJ1588）化工厂系统设计规范（GB543278）厂矿道路设计规范（GBJ2287）建筑抗震设计规范（GBJ1189）混凝土结构设计规范（GBJ1089）砌体结构设计规范（GBJ388）建筑面积设计规范（GBJ50037-96）工业企业噪声控制设计规范（GBJ8785）建筑灭火器配置设计规范（GBJ14090）3110KV高压配电装置设计规范（GB5006092）化工企业采光设计标准（GB5003391）工业企业设计卫生标准（TJ3679）厂方建筑模数协调标准（GBJ686）2、研究结论2.1研究的简要结论通过充分的论证，对各种制造方法的比较，并进行成本分析而得：1、采用粉煤灰、煤矸石为原料可制得符合市场要求的复合净水剂产品。 2、以粉煤灰、煤矸石为原料生产复合净水剂具有较低的生产成本，可在新矿集团范围内及周边地区广泛使用。根据初步调研结果，以协庄煤矿为中心，200公里运输距离范围内，仅集团公司内部单位的需求量为10000吨/年以上。（预计协庄煤矿自用3000吨，孙村煤矿1000吨，良庄、翟镇的污水处理厂1000吨，盐化工、氢氨项目1500吨，双丰化肥1000吨，龙固矿井污水、生活污水处理厂6000吨。）2.2存在的主要问题和建议采用煤矸石、粉煤灰为为原料制造工业聚合氯化铝由于生产原料中杂质含量高（如铁等）、在酸溶过程中必然溶解一定的杂质。这些杂质离子的存在影响产品的外观及使用性能。同时，由于这些杂质离子的存在，使得该产品在高端市场无法应用。如：饮用水处理药剂。这样，限制了该原料生产的产品应用。建议在今后的工作中增加对原料中铁的分离。然后再进行生产。对生产高端产品可采用分段法。即：先通过酸溶、过滤、蒸发浓缩生产工业结晶三氯化铝产品。然后再进行复合净水剂的生产。第二章 需求预测1、国内外需求情况预测1.1产品的现状及产品的用途1.1.1 聚合氯化铝(PAC)产品介绍 聚合氯化铝(PAC)的工业化生产是在深入研究铝盐混凝剂的水解和混凝机理基础上发展起来的，目前已找到了利用廉价原料的成熟生产工艺路线。聚合氯化铝的生产与使用已有近百年历史，其作为无机高分子代表药剂，仍得到广泛使用。 混凝沉淀处理是目前市政、工业和民用用水及废水处理中应用最广的处理方法之一。对于粒径为1nm1m的杂质形成的稳定分散体系，采用一般的固液分离手段是无法去除的，只有采取特定方法使其粒径增大到数百微米甚至数毫米，再用普通的沉淀、过滤等手段加以去除。在这种处理中就要用到混凝剂。混凝是一种复杂的物理、化学过程，它为一系列交替进行的水解、聚合过程所支配，在相应的pH值条件下，产物不是单一的形态，而是各种形态的混合平衡。因此，聚合氯化铝要起到这种作用，就需具备一定的化学空间结构、活性、足够长的聚合物链节和适当电荷，在投入到胶体溶液中后，能强烈地吸附于胶体表面，产生架桥、连接，使分子间的距离超过颗粒排斥的距离，使胶体脱稳、凝聚，生成粗大的絮凝体沉降下来。从分子结构上看，聚合氯化铝可认为是AlCl3到Al(OH)3 (固)之间的一系列亚稳态物，一般是三铝到十三铝的羟基络合物，可以简单理解为是AlCl3水解后结合了若干OH-和H2O的带电荷的一系列混合物。由于聚合氯化铝是一系列亚稳态物，环境条件稍有变化，就会出现脱稳现象(即絮凝)。优良的聚合氯化铝水处理剂须具备适宜的储存性和脱稳性，其絮凝性能取决于其结构。目前，对其水解聚合形态尚不十分清楚，有两种观点存在：(1)较早的线性聚合物观点。随碱化度的增加，聚合程度加深，溶液中水合三价铝离子 Al3(H2O)63+ 八面体通过羟桥聚合成线型多聚体。(2)体型聚合物观点。聚合氯化铝溶液中至少存在4种阳离子：单体、二聚体、体型十三聚体、结构未定的三维团粒。体型十三聚体代表式AlO4Al12(OH)24(H2O)127+是周围有12个AlO6、中心包围一个四配位铝AlO4的“球型簇”状的络合离子，在水中是簇团的胶粒。用核磁共振测定发现，高效聚合氯化铝中通常有这种成分，准稳性好，脱稳趋势大，随盐基度增加单体铝含量急剧减少。聚合氯化铝的形成大致可分为3个阶段：单铝多羟基络合物间的氢键集合体；集合体中氢键羟基的桥联反应；桥联反应后多铝多羟基离子的立体构型。这3个阶段均受pH值制约，也受阴离子影响。氢键形成是关键阶段，它是导致聚合氯化铝形成的起点，控制氢键数和方向常能控制有效成分的形成，从而控制其絮凝性能。1.1.2产品生产方法国内生产PAC的方法有许多，在原料选择、生产工艺路线方面各有自己的特点，目前主要以酸溶一步法、酸浸中和两步法、凝胶法、热分解法等为主；常用原料主要有：(1)单质铝(铝锭、铝灰、铝屑等各种铝加工下脚料)；(2)含铝矿物(如铝土矿、粘土、高岭土、明矾石、煤矸石等)；(3)铝盐化合物(如三氯化铝、硫酸铝等)；(4)粉煤灰等。我国生产聚合氯化铝所采用原料主要为因地制宜地开发利用自身的矿物资源。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。八十年代初，聚合氯化铝的生产原料主要采用粘土矿、高岭土矿和铝土矿生产出的聚合氯化铝产品，除铁以外，其它的指标可达到国外先进水平。但由于渣量较大，外观较差。九十年代初，我国聚合氯化铝生产所用原料已逐步转向氢氧化铝。此外，利用煤矸石和粉煤灰工艺生产聚合氯化铝，不仅原料宜得，而且工艺简单，同时降低了煤工业对环境的污染，可谓一举多得，是生产聚合氯化铝的绿色工艺，发展前景十分广阔。1.1.3产品用途聚合氯化铝是一种优良的净水剂,广泛应用于城市污水、工业污水、给水的处理。该产品通过在水中形成的氢氧化铝胶体的絮凝、架桥作用使水中的胶体吸附,从而达到水净化的目的。在造纸行业，无论是草浆造纸还是再生纸行业，在其生产及水处理过程中均消耗大量聚铝，主要用于除浊、脱色、去除COD及造纸过程中纸纤维和滑石粉的助留等；在印染行业，主要用于废水处理过程中的絮凝脱色、除浊和去除COD等；在制药行业；主要用于废水处理过程中的絮凝脱色、除浊和去除COD等；在制皂行业，主要用于废水处理过程中的絮凝、除浊和去除COD等；在超纯水制备，主要用于前期的预处理；在钢铁行业，主要用于水质净化，使其可循环再利用。同时，大量应用于生活污水，煤矿井下污水的处理，煤矿洗选厂的水处理应用等等。1.2国内、外需求预测 目前PAC是世界上技术成熟、市场销量大的絮凝剂，已有逐步取代传统絮凝剂的趋势。西欧各国于1976年开始生产PAC作水处理絮凝剂，美国、加拿大已于1983年批准PAC用于城市给水和工业废水处理。随着PAC取代明矾，美国PAC市场有望在造纸业和市政水处理业上增长。这种改变已经发生在欧洲和日本。在欧洲PAC的应用占整个市政水处理市场的70，在日本约占90。目前，国内工业用水、城市给水、污水处理需求絮凝剂1000kt/a，根据国家环境保护总局等单位2001年的调查，与1997年相比，2000年我国聚合氯化铝的年收入总额增长了268。说明了我国环境保护产业发展势头强劲。2000年我国废水排放量达到最高值4152Gt，其中工业废水排放量为22.7Gt，市政污水排放量为22.09Gt。我国的废水处理率一直很低，城市污水处理率一直小于15 ，工业废水处理达标率也在70以下。若要达到2010年城市污水集中处理率为50的规划目标，预计在未来的十年中，国家需要投入6500亿人民币来治理工业废水和城市污水。因此说我国环保产业整体面临着巨大的市场需求和发展潜能。目前市场上对水处理药剂的需求是逐渐增大的，其中最大需求是城市与工业用水，随着工业用水净化及循环处理水平不断提高，城镇居民饮用水和工业用水需求量持续增长。同时城市及工业用水重复使用率也将从不足50提高到80。我国聚合氯化铝企业总体上讲，仍以乡镇或民营企业为主，规模多是中小型。目前我国PAC生产厂家已超过300个，总产量已超过400kta(以氧化铝10液体计)，产地除西藏外，遍及全国各省市。其应用领域除自来水净化、工业水处理、污水、废水及污泥处理外，还应用于铸造、医药、催化剂、化妆品、造纸和皮革等非水处理行业。目前，我国的生活用水及生产用水所使用的净水剂主要是硫酸铝、三氯化铁等。这些净水剂普遍存在着成本高、固体原料粉碎困难，腐蚀性大、设备维修费用高、工人劳动强度大等缺点。随着我国经济的发展，水的处理量日益增大，因而原有净水剂的缺点日趋突出，迫切需要发展聚合氯化铝净水剂。我国聚合氯化铝生产设备投资和生产成本远远低于国外，这是由于我国因地制宜地利用了自身资源和独自的工艺技术，因而投资聚合氯化铝风险不大。聚合氯化铝产品在国际市场上有较大竞争优势。目前中国已经加入WTO，我们应抓住机遇，尽早建一套具有国际先进水平和一定规模的聚合氯化铝装置，以适应国际经济发展趋势的需要，且经济效益显著。随着国家环保的发展，聚合氯化铝将有更广阔的前景。2、产品的价格分析2.1国内外产品价格现状聚合氯化铝产品固体售价一般在：1500-3000元/吨之间。液体产品售价在：650-850元/吨之间。出口产品价格一般在2500-4000元/吨之间。2.2产品价格的稳定性及变化趋势预测近期由于基础原材料（粘土矿、高岭土矿和铝土矿以及氢氧化铝等）价格的上涨，以及下游用量增大的影响，进入07年10月份后各生产企业出厂价均有不同程度的上提，含量32%聚合氯化铝，报价上涨了100元/吨以上，出厂2200元/吨；28%聚合氯化铝报价也同幅上调，分别为1800元/t（低端为华北市场，高端为华东市场），出口级价格偏高。预计今后随着含铝原材料、能源的价格上涨必然使聚合氯化铝产品的价格得到一定程度的上涨。第三章 产品方案及生产规模1、产品方案及生产规模的选择下表为协庄矿现有原料的成分分析表:表1 协庄煤矿洗矸的主要成分成分SiO3Al2O3Fe2O3K2OSTiO2MgOCaO含量59.8222.168.223.871.331.291.251.24成分BaONa2OMnOPV2O5ZnOCr2O4含量0.350.130.10.070.030.020.01表2 协庄煤矿粉煤灰的主要成分成分SiO3Al2O3Fe2O3CaOSOK2OMgOTiO2含量50.7030.306.434.52.562.011.321.24成分Na2OAuPMnORhOV2O5CaO含量0.390.070.070.060.040.040.01 该项目通过对粉煤灰、煤矸石的高温转化、酸溶，过滤；然后进行盐基度调整生产液体工业级聚合氯化铝，生产规模为10000吨液体/年。（含固体1000吨）2、产品及副产品的品种、规格及质量指标产品可分为三个品种：洗矸型、红矸型、粉煤灰型 指 标 名 称指 标液体氧化铝+氧化铁 10%盐基度40-90%PH值（1%水溶液）3.5-5.0第四章 工艺技术方案1、工艺技术方案的选择1.1国内外工艺技术概况国内外生产PAC的方法有许多，在原料选择、生产工艺路线方面各有自己的特点，目前主要以酸溶一步法、酸浸中和两步法、凝胶法、热分解法等为主；常用原料主要有：(1)单质铝(铝锭、铝灰、铝屑等各种铝加工下脚料)；(2)含铝矿物(如铝土矿、粘土、高岭土、明矾石、煤矸石等)；(3)铝盐化合物(如三氯化铝、硫酸铝等)；(4)粉煤灰等。以下是两种聚合氯化铝代表性制造法：铝灰盐酸法 铝灰是熔炼合金或废铝材在熔炼精制过程中产生的溶渣及浮皮，主要成分为氧化铝和金属铝。先把洗涤水加入反应器中，再按一定配比加入铝灰，在搅拌下缓慢加入盐酸进行缩聚反应，经熟化聚合至pH4.24.5，溶液的相对密度1.2左右时，进行沉降，制得液体聚合氯化铝。液体产品稀释过滤、蒸发浓缩、干燥，制得固体聚合氯化铝成品。其反应式如下： Al2O3+6HCl+3H2O2AlCl36H2O 2Al2Cl36H2OAl2(OH)nCl6-n+(12-n)H2O+HClmAl2(OH)nCl6-n+mxH2OAl2(OH)nCl6-nxH2Om工艺流程如下：沸腾热解法将结晶氯化铝于170进行沸腾热解，放出的氯化氢用水吸收制成20的盐酸回收，然后加水在60以上进行熟化聚合，再经固化、干燥、破碎，制得固体聚合氯化铝成品。其反应式如下：2AlCl36H2OAl2(OH)nCl6-n（12n）H2O+nHClmAl2(OH)nCl6-n+mx H2OAl2(OH)nCl6-nxH2Om工艺流程如下：因采用原料的不同又衍生出以下六种工艺：A：铝灰制取聚合氯化铝生产工艺铝灰主要成分为铝，反应中铝相对于HCl或Cl-应过量。主要反应方程式为： (6-n)HCl+2Al+nH2OAl2(OH)nCl6-n+3H2, nH2O+n/3Al+(2-n/3)AlCl3Al2(OH)nCl6-n+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)nCl6-n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1.0。为提高这一比值，可通过加压提高反应温度以提高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)3AlmCl(OH)3m-n+nH2O。产物为AlCl1.71OH1.29。按盐基度定义(OH-与Al的当量比)，产品盐基度为(1.293)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+nNaOHAl2(OH)nCl6-n+nNaCl,n/2H2O+2AlCl3+n/2CaCO3Al2(OH)nCl6-n+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 AlCl36H2O= Al2(OH)nCl6-n +(12一n) H2O +HCl m Al2(OH)nCl6-n +m H2O =mAl2(OH)nCl6-nH2O 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0.30.02 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。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5060，Al2O3占1535，Fe2O3占35，CaO占13，MgO占12。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1535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600800，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100110(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34h。 (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4550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170180条件下进行热分解，使产品碱化度控制在7075。 (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1540 ，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Al2O3，形式存在，因此，很难用酸直接溶解出来。因此打开AlSi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AlSi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。1.2原料路线确定的原则及依据1.2.1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1.2.2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：1、是煤矸石属固体废弃物，能综合利用可减少对环境的污染；2、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；3、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。4、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180260元左右。1.3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。1.4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100-120目后进行