CN1312357C - 一种用于造纸施胶沉淀剂的聚合氯化铝溶液的纯化脱色工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种普通聚合氯化铝的纯化脱色工艺，其特征在于：向普通聚合氯化铝溶液中加入还原态铝材料，加热升温，通过铝的酸性溶解及金属铝表面局部电极电位的不平衡所形成的腐蚀微电池反应，氧化还原溶液中的金属离子及有机杂质，达到纯化脱色的目的，产品可用作造纸施胶沉淀剂。本发明不需要外加活性炭，工艺简单，通过利用聚合铝生产过程的余热，提高了脱色速度，脱色效率高，操作简便，生产成本低，可有效提高聚合氯化铝的品质。

Description

一种用于造纸施胶沉淀剂的聚合氯化铝溶液的纯化脱色工艺
技术领域
本发明涉及一种普通聚合氯化铝絮凝剂的纯化脱色工艺，特别是用于造纸施胶沉淀剂的聚合氯化铝的脱色工艺。
背景技术
传统的酸性造纸工艺采用分散松香胶作施胶剂，硫酸铝作施胶沉淀剂，生产的纸张白度差，易返黄，易发脆，保存期短，施胶效果差，不易制造出高档纸。而采用聚合氯化铝代替硫酸铝作为造纸施胶沉淀剂，可在pH6.5～7.5的中性条件下施胶，生产的纸张白度高，表面细腻，平滑度好，两面差小，光泽度好，返黄值低，耐破度高，且可采用白度高，粒度小，价格低的碳酸钙作造纸填料。同时，采用聚合氯化铝进行中性施胶还具有降低设备腐蚀，降低施胶剂用量，增加浆料保留率，加快脱水等优点。
用于造纸施胶工艺的聚合氯化铝必须无色，否则会影响纸张的白度，使纸张带色。而目前我国聚合氯化铝的生产因所用原材料及生产工艺千差万别，除少数采用高纯原料制备的聚合氯化铝产品无色外，大多采用含铝矿石、废铝屑、铝渣和副产盐酸生产，产品都有一定的颜色，不能用作造纸施胶沉淀剂。高纯原料制备的聚合氯化铝价格较贵，施胶成本较高，很难为造纸生产厂家所接受，因而限制了聚合氯化铝作为施胶沉淀剂的造纸工艺在我国的推广与应用。因此，采用切实可行的工艺方法对带色聚合氯化铝进行脱色，生产出廉价无色的聚合氯化铝产品就成为聚合氯化铝作为施胶沉淀剂的造纸工艺推广的关键。
本发明正是为适应这种需要，采用铝酸性溶解及金属铝表面腐蚀的微电解原理，提供一种简便、快速、高效、经济的聚合氯化铝纯化脱色工艺。
溶液的纯化脱色主要是除去或破坏溶液中显色的无机离子特别是重金属离子及有机物的发色基团，聚合氯化铝溶液中的颜色主要由重金属离子特别是Fe3+、Fe2+所引起的，主要除去方法有化学沉淀法、化学还原法、离子交换法、吸附法、电解法及微电解法等。其中化学沉淀法、化学还原法需投加沉淀剂及还原剂，处理成本高、工艺复杂；离子交换法、吸附法脱色速度慢、费用高、离子交换树脂及吸附剂易饱和，再生工艺复杂；电解法主要是利用通电时阴、阳电极上所发生的氧化还原反应除去显色物质，但其需要消耗电能，且需要专用电解设备、供电设施及成型电极材料，运行费用高；微电解法是由于不同氧化还原电势的物质在电解质溶液中发生原电池反应，利用原电池阴、阳极的氧化还原反应除去显色物质，这种方法处理工艺及设备简单，成本低，操作管理方便，适用范围广，其中铁碳床微电解技术已广泛应用于废水处理方面，但由于反应时溶解的铁离子本身带有颜色，因此不能应用于本专利的应用目标。中国专利CN1277940公开了一种铝碳微电解床除去高铝灰与废酸反应制得的聚合氯化铝中重金属离子及有机物的方法。该工艺需要外加活性碳，使生产成本增加，在常温下进行微电解反应，重金属及有机物的去除速度慢，反应时间长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便、快速、高效、经济的聚合氯化铝纯化脱色工艺，通过脱色处理，使普通带色聚合氯化铝可以用作造纸施胶沉淀剂，同时，本发明也可应用于给水及废水处理领域聚合氯化铝絮凝剂脱除重金属及其它有机物杂质的净化处理。
本发明在普通聚合氯化铝中加入铝屑、铝锭、铝渣、铝线等还原态铝材料，在高温下，利用铝的酸性溶解及金属铝表面局部电极电位的不平衡所形成腐蚀原电池，通过局部阴、阳极的氧化还原去除聚合氯化铝溶液中的重金属及有机杂质，特别是Fe3+、Fe2+，以达到脱色的目的。其反应机理为：当高温下铝板等加入酸性聚合氯化铝电解质中时，铝板表面由于酸性溶解，溶液中的Fe3+、Fe2+等重金属离子在铝板表面被还原而沉积在其表面上，造成了铝板表面局部电极电位的不平衡，因而形成了无数腐蚀原电池，在电极电位高的部位Fe3+、Fe2+被还原而沉积下来，在电极电位低的部位，铝溶解进入溶液；同时，溶液中的有机物也在铝板表面被还原或氧化，或者被溶液中新生成的H2还原。
铝酸性溶解：    2Al+6H+→Al3++3H2
阳极：          Al→Al3++3e
阴极：          M3++3e→M(M为金属单质)
                2H++2e→H2
本发明所采用的聚合氯化铝原料可以是各类方法生产的产品，聚合氯化铝的色度不限。
本发明所投加的含还原态铝的物质可以是铝屑、铝锭、铝线、铝粒，其溶解消耗的铝可提高聚合氯化铝溶液中总铝的浓度，产品的盐基度提高1.0～2.0％，未溶解的铝板可用酸性水冲洗去除沉积在其表面的重金属后回用。
本发明采用提高聚合氯化铝溶液温度的方法可大大加快脱色速率，温度越高，脱色速率越快，脱色时间越短，其温度范围为15～80℃，优选60～70℃。
由于大多数聚合氯化铝的生产都在50℃以上进行，本发明采用的高温脱色工艺只需在聚合氯化铝生产的热过滤工艺后加一个脱色反应池，脱色后的溶液再过滤即可，并不需要额外加热工艺，能耗低，操作简单。
本发明脱色后的聚合氯化铝经过滤，溶液为无色透明液体，色度在15度以下，脱色率达到95％以上。
本发明直接利用高温下还原态铝材料表面局部电极电位的不平衡所形成的腐蚀微电池来氧化、还原聚合铝溶液中的Fe3+、Fe2+等重金属离子及有机杂质，达到纯化脱色的目的，不需要采用外加活性炭作为阴极，简化了脱色工艺，生产成本降低，且高温下脱色速率大大加快。
下面结合实例对本发明做进一步说明：
实例1：
取300ml色度为400度的市售聚合氯化铝溶液，置于500ml的烧杯中，加入5g铝屑，盖上表面皿，置于70℃的水浴中加热40min，然后将溶液过滤，所得滤液即为所需产品，剩余铝屑用酸性水冲洗后回用。脱色前及脱色后的聚合氯化铝溶液的色度采用铂钴目视比色法测定，金属元素的含量采用ICP-AES测定，总铝及盐基度采用化学滴定法测定，其结果如下：
    检测项目     脱色前     脱色后
    色度(度)     400     15
    Al2O3含量％     11.22     11.70
    盐基度％     65.70     67.97
    Cd(mg/L)     0.001     0.001
    Cr(mg/L)     0.94     0.90
    Cu(mg/L)     0.63     0.18
    Fe(mg/L)     858.55     156.26
    Mn(mg/L)     1.15     1.08
    Ni(mg/L)     0.12     0.064
    Pb(mg/L)     0.05     0.10
    Zn(mg/L)     0.80     0.85
    Al(mg/L)     70995     78168
实例2：
取300ml色度为400度的市售聚合氯化铝溶液，置于500ml的烧杯中，加入5g铝屑，盖上表面皿，在室温22℃下反应24hr，然后将溶液过滤，所得滤液即为所需产品，剩余铝屑用酸性水冲洗后回用。脱色前及脱色后的聚合氯化铝溶液的色度采用铂钴目视比色法测定，总铝及盐基度采用化学滴定法测定，其结果如下：
    检测项目     脱色前     脱色后
    色度(度)     400     15
    Al2O3含量％     11.22     13.73
    盐基度％     65.70     66.28
以上实例说明本发明脱色速度快、效率高，工艺简单，对聚合氯化铝溶液中的重金属杂质也有很好的去除效果，同时可提高产品的总铝含量和盐基度，提高产品档次，具有很好的工业推广应用价值。

Claims (4)

1、一种用于造纸施胶沉淀剂的聚合氯化铝的纯化脱色工艺，其特征在于：向聚合氯化铝溶液中加入还原态铝材料，加热升温，通过铝的酸性溶解及金属铝表面局部电极电位的不平衡所形成的腐蚀微电池反应去除溶液中的金属离子及有机杂质，反应完毕后过滤，滤液即为透明无色的聚合氯化铝产品。
2、根据权利要求1所述的脱色工艺，其特征在于：还原态铝材料是铝屑、铝粒、铝锭、铝线或铝板，或者是这些材料的混合物。
3、根据权利要求1所述的脱色工艺，其特征在于：其脱色温度范围为15～80℃，其脱色时间随温度的升高而减少，脱色时间40min～24hr。
4、根据权利要求3所述的脱色工艺，其特征在于所述的脱色温度范围为60～70℃。
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