白泥是鋁加工企業(yè)在工件表面實(shí)施電化學(xué)處理過(guò)程中，對(duì)產(chǎn)排的工業(yè)廢液進(jìn)行初步處理時(shí)產(chǎn)生的工業(yè)廢渣。目前，我國(guó)絕大部分鋁加工企業(yè)都把這種廢渣深埋于地或直接拋棄，造成了環(huán)境污染。

　　一個(gè)年產(chǎn)3 000~4000噸鋁型材的企業(yè)，因界面的電化學(xué)處理工藝每年大約產(chǎn)排白泥30~50噸。因?yàn)榘啄嗟闹黧w成分相對(duì)比較純正，以此為原料生產(chǎn)的化工產(chǎn)品純度也較高。以目前國(guó)內(nèi)中低市場(chǎng)價(jià)為準(zhǔn)，每噸白泥綜合利用能形成18萬(wàn)~20萬(wàn)元甚至更大的產(chǎn)值。鋁加工企業(yè)以年產(chǎn)排白泥50噸計(jì)，就可形成900萬(wàn)~1 000萬(wàn)元的產(chǎn)值。所以，對(duì)工業(yè)廢渣白泥進(jìn)行綜合利用，是能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益和環(huán)境效益雙贏的新型產(chǎn)業(yè)。

　　每噸干品白泥含鋁量大約300~330千克，若直接廢棄，會(huì)造成原料鋁的巨大損失。利用白泥生產(chǎn)聚合氯化鋁，是繼利用白泥生產(chǎn)硫酸鋁、硅鋁凝膠、鋁酸鈉和石油采油助劑等產(chǎn)品后的又一項(xiàng)三廢綜合利用新工藝。通過(guò)這項(xiàng)工藝，可將白泥轉(zhuǎn)化為凈水劑聚合氯化鋁。這種物質(zhì)對(duì)水的凈化作用是硫酸鋁的八倍，還可用于醫(yī)藥、造紙、制革和精密鑄造等行業(yè)，市場(chǎng)廣泛，經(jīng)濟(jì)效益豐厚。

利用白泥生產(chǎn)聚合氯化鋁其具體生產(chǎn)步驟是：

1、初步轉(zhuǎn)化為氯化鋁

　　干白泥的主要成分為：氫氧化鋁93%~95%;氟鋁酸鈣22%~23%;聚丙烯酰胺2%~3%。

　　將原料白泥粉碎后放入反應(yīng)釜，加入濃度為15%~18%鹽酸溶液，在常溫環(huán)境中攪拌30~60分鐘，物料進(jìn)行充分的化學(xué)反應(yīng)后就能轉(zhuǎn)化為氯化鋁溶液。需指出的是，因?yàn)橐恍┌啄嘣现泻蟹?，所用的反?yīng)釜除了耐酸外，還必須具有耐氟化物腐蝕的性能。

　　反應(yīng)如下：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O

　　在上述化學(xué)反應(yīng)中，每噸干白泥大約消耗濃度為18%的鹽酸溶液約6 750千克。也可以利用熔煉金屬產(chǎn)生的廢渣鋁灰Al2O3作制取氯化鋁的原料。

　　反應(yīng)如下：Al2O3+3HCl=AlCl3+3H2O

　　在上述化學(xué)反應(yīng)中，若鋁灰含氧化鋁量為65%，每噸鋁灰大約需要濃度為18%的鹽酸溶液7 700千克才能完成反應(yīng)。

　　在上述兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，因投入的鹽酸暫時(shí)來(lái)不及全部與原料中的氫氧化鋁或氧化鋁反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)液的pH值暫時(shí)處于﹤1的酸度，瞬時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的聚合氯化鋁[Al2(OH)nCl6-n]m和相對(duì)少量的氯化鋁AlCl3。反應(yīng)結(jié)果一度使溶液呈現(xiàn)聚合氯化鋁溶液特有的鮮艷的淡黃色。

　　2Al(OH)3+2HCl，pH≥4時(shí)，[Al2(OH)4Cl2]m+2H2O

　　2Al2O3+10HCl，pH﹤3時(shí)，[Al2(OH)2Cl4]m+2AlCl3+4H2O

　　因溶液的酸度很高，聚合氯化鋁生成后，同時(shí)又與大量的鹽酸繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，繼而聚合氯化鋁會(huì)漸漸轉(zhuǎn)化為氯化鋁。在20℃的反應(yīng)溫度中，這個(gè)再轉(zhuǎn)化過(guò)程大約需要15~30分鐘。由于消除了聚合氯化鋁，溶液從淡黃色逐漸恢復(fù)到無(wú)色。

　　Al2(OH)4Cl2+4HCl，pH值從1自然的狀態(tài)上升到4~5，2AlCl3+4H2O

　　Al2(OH)2Cl2+2HCl，pH值從1自然的狀態(tài)上升到4~5，2AlCl3+2H2O

　　由于在化學(xué)反應(yīng)中消耗了一定數(shù)量的鹽酸，溶液的pH將有較大幅度的上升。當(dāng)反應(yīng)后的溶液pH值上升到4.5~5.0時(shí)，排液到澄清池中。排液后的底渣仍在反應(yīng)釜中，再加入濃度為30%~36%的鹽酸少許，使渣中殘余的原鋁化合物徹底與鹽酸反應(yīng)溶出。反應(yīng)結(jié)束時(shí)，溶液的pH值也要達(dá)到4.5~5.0 。假如pH值上升不到工藝所需的數(shù)值時(shí)，表示鹽酸加入過(guò)量，這時(shí)可再適量加入少許白泥或鋁灰，消耗過(guò)量投入的鹽酸。反應(yīng)結(jié)束后的液體仍排入澄清池中。

　　第二次化學(xué)反應(yīng)后的殘?jiān)?，再加入少許清水，洗滌渣中殘留的有用物質(zhì)，洗滌水量不可偏大，水量過(guò)多會(huì)增加濃縮環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)。

2、轉(zhuǎn)化為聚合氯化鋁[Al2(OH)nCl6-n•xH2O]m

　　聚合氯化鋁、聚氯化鋁和堿式氯化鋁是基本類(lèi)似的物質(zhì)，失去了結(jié)晶水的聚合氯化鋁稱(chēng)之為聚氯化鋁，若采用鋁灰生產(chǎn)的該項(xiàng)產(chǎn)品，由于雜質(zhì)過(guò)多而呈現(xiàn)灰黑色時(shí)，則習(xí)慣稱(chēng)之為堿式氯化鋁。堿式氧化鋁內(nèi)金屬類(lèi)雜質(zhì)多，對(duì)水中存在的微細(xì)色素的吸附力強(qiáng)大，適用于印染業(yè)排出的有較重度雜色廢水的脫色處理。

　　因?yàn)槌噼F礦粉微粒對(duì)水內(nèi)懸浮物有良好的凝聚作用，聚合氯化鋁生成、干燥并適應(yīng)當(dāng)粉碎后，產(chǎn)品內(nèi)還須摻入0.01%~0.05%的粒度為30~50微米的赤鐵礦粉或氧化鐵粉末的微粒。

　　由氯化鋁轉(zhuǎn)化為聚合氯化鋁的工藝原理如下：

　　當(dāng)氯化鋁水溶液的pH值在3.3~5.2區(qū)間時(shí)，溶液內(nèi)的鋁離子Al3+根據(jù)具體的pH大小值發(fā)生不同程度的水解反應(yīng)。溶液中氧化鋁含量偏少時(shí)，在相同條件下，氯化鋁水解程度增大;溶液的溫度偏高時(shí)，水解反應(yīng)加劇;溶液的酸度或堿度偏離水解反應(yīng)所需的佳pH值越遠(yuǎn)，氯化鋁的水解進(jìn)度越小，甚至?xí)l(fā)生逆轉(zhuǎn)。當(dāng)上面談到的各項(xiàng)條件均處于佳狀態(tài)時(shí)，在極限水解反應(yīng)所需的極限時(shí)間內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，水解效果越好，得到的產(chǎn)品品質(zhì)就越優(yōu)秀。

　　2AlCl3+xH2O，pH=4~5， [Al2(OH)nCl6-n]m+xHCl

　　聚合氯化鋁[Al2(OH)nCl6-n]m是介于氯化鋁和氫氧化鋁之間的過(guò)渡性物質(zhì)。在產(chǎn)品鹽基度m(氯化鋁的占比)為60%~85%的區(qū)間內(nèi)，氯化鋁的含量越少，產(chǎn)品的品質(zhì)就越高。由氯化鋁水解反應(yīng)生成聚合氯化鋁時(shí)，反應(yīng)溶液原始的pH值高低能明顯影響終端產(chǎn)品的鹽基度。反應(yīng)中原始pH值等于或大于5時(shí)，形成的聚合氯化鋁的鹽基度較低，產(chǎn)品的品質(zhì)好。氯化鋁水解反應(yīng)時(shí)要生成一定數(shù)量的鹽酸，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到48~100小時(shí)時(shí)，由于生成的鹽酸數(shù)量增加，導(dǎo)致溶液pH值由5下降到4，并在這一區(qū)間保持長(zhǎng)久動(dòng)態(tài)水解平衡?；邴}類(lèi)水解的普遍特性，在溶液pH值為4以上的某個(gè)區(qū)段內(nèi)進(jìn)行氯化鋁的水解反應(yīng)時(shí)，溶液的終pH值都會(huì)穩(wěn)定在4附近。下面幾個(gè)水解反應(yīng)式能在一定程度上說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

　　2AlCl3+5H2O=[Al2(OH)5Cl]m+5HCl，反應(yīng)初期pH=5，反應(yīng)中尾階段pH=4

　　2AlCl3+4H2O=[Al2(OH)4Cl2]m+4HCl，反應(yīng)初期pH=4.5，反應(yīng)中尾階段pH =4

　　2AlCl3+3H2O=[Al2(OH)3Cl3]m+3HCl，反應(yīng)初期pH=4.2，反應(yīng)中尾階段pH=4

　　2AlCl3+2H2O=[Al2(OH)2Cl4]m+2HCl，反應(yīng)初期pH=4.1，反應(yīng)中尾階段pH=4

　　m表示物質(zhì)生成后的集團(tuán)性，m的大小決定于其中所含的活性凝膠物的多少和凈化水質(zhì)時(shí)的用量及反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短。m取值范圍在1~10之間，m值越大，水解越充分，產(chǎn)品品質(zhì)越高。

　　水解反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液經(jīng)過(guò)小于30微米精度的過(guò)濾，即可轉(zhuǎn)入濃縮和冷凝結(jié)晶階段，其方法有自然蒸發(fā)和造粒機(jī)造粒兩種操作規(guī)式。所得產(chǎn)品為金黃色塊粒狀結(jié)晶或粘稠液。

3、副產(chǎn)品回收

　　因?yàn)榇蠖鄶?shù)白泥中含有3%~4%的氟化鋁酸鈣Ca3(AlF6)2 和氟化鋁酸銨(NH4)3AlF6 ,在生成氯化鋁的反應(yīng)中，因氯離子Cl-標(biāo)準(zhǔn)電位是+1.36V，氟鋁酸根離子AlF3-標(biāo)準(zhǔn)電位為+1.21V，氯離子電位高于氟氯酸根離子電位。所以，在溶液中分別發(fā)生氟鋁酸鈣、氟鋁酸銨與鹽酸的重組化合反應(yīng)，生成氯化鈣、氯化銨和氟鋁酸。

　　在溶液濃縮結(jié)晶過(guò)程中，氯化鈣和氯化銨分別以雜質(zhì)態(tài)混于產(chǎn)品中。因?yàn)榉X酸不能單獨(dú)游離，在脫水過(guò)程中，將分別以氯化氫揮發(fā)物和氟化鋁沉淀物析出。溶液脫水過(guò)程中緩慢發(fā)生的化學(xué)轉(zhuǎn)化是：

　　H3AIF6 →3HF +AlF3(低溫沉淀)

　　將氟化氫氣體和同時(shí)逸出的水蒸氣，導(dǎo)入鉛制冷凝器中進(jìn)行冷凝，可獲得數(shù)量與價(jià)值都很可觀(guān)的珍貴化工產(chǎn)品氫氟酸。首次冷凝獲得的氫氟酸濃度可能偏低，酌情可將首次冷凝的產(chǎn)品進(jìn)行再次蒸餾和冷凝，當(dāng)所得的氫氟酸內(nèi)HF含量達(dá)到25%~40%時(shí)，已經(jīng)屬于十分純凈的化學(xué)品氫氟酸了。

　　利用氟化鋁可常溫由水溶液中沉淀析出的特性，在提取氫氟酸工藝后，將工藝淋出液進(jìn)一步濃縮后冷凝，溶液中的大部分氟化鋁，會(huì)以沉淀物狀態(tài)析出。為了提高生產(chǎn)效率，提取氯化鋁時(shí)建議冷凝溫度小于15℃ 。

　　需要指出的是，只有原料中的含氟量不低于0.5%時(shí)，提取氫氟酸和氯化鋁的生產(chǎn)工藝才能形成可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。