پلی آلومینیوم کلراید نوعی ترکیب پلمیری است که در صنایع تصفیه آب و پساب‌ها برای کاغذسازی و به عنوان منعقدکننده‌ها استفاده میشود.
پلی آلومینیوم کلراید
PAC در دو نوع پلی آلومینیوم کلراید صنعتی و خوراکی تولید و عرضه میشود. پلی آلومینیوم کلراید به دو صورت جامد و مایع تولید میشود که نوع جامد آن به‌صورت پودر و یا کریستالی است و رنگ آن از سفید شیری تا زرد پر رنگ در گریدهای متفاوت موجود است.
کلرید آلومینیوم بازی، هیدروکسید آلومینیوم، کلرید آلومینیوم پلی بازی، اکسی کلرید آلومینیوم، کلروهیدرات آلومینیوم نام‌‌های دیگر این ترکیب هستند.
فرمول آن نیز AL۲ (OH)n CI۶ می‌باشد که کاربردهای بسیاری در صنعت دارد. در ادامه به کاربرد پلی آلومینیوم کلراید مختلف آن به‌طور کامل می‌پردازیم.
کاربرد پلی آلومینیوم کلراید
آلومینیوم از دیرباز به عنوان یک ماده منعقدکننده اصلی برای شفاف‌سازی آب آشامیدنی و مصارف صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است. آلومینیوم به شکل سولفات آلومینیوم (آلوم) به طور گسترده استفاده شده است. اگرچه هزینه‌ها و مشکلاتی در رابطه با کاربرد آلوم وجود دارد، اما دلیل اصلی استفاده گسترده از آن، در دسترس بودن و نبود گزینه‌های کم هزینه‌تر بوده است.
آلوم بسیار اسیدی است و می‌تواند PH را حتی در صورت استفاده از دوزهای طبیعی به طور چشمگیری کاهش دهد. در نتیجه نیاز به تزریق مواد شیمیایی دیگری همراه آلوم به سیستم (آهک یا سود سوز آور) برای جبران کاهش PH می‌باشد. استفاده از آلوم همچنین باعث تولید مقادیر نسبتاً زیادی از لجن هیدروکسید آلومینیوم میشود. بنابراین، با نگاهی کلی به موارد ذکر شده، هزینه‌های استفاده از آلوم شامل موارد زیر خواهد بود:
- تنظیم PH قبل و بعد از استفاده از آلوم (با استفاده از آهک، سود سوزآور و …)
- تصفیه لجن (لخته سازی / آبگیری)
- دفع جامدات
افزایش هزینه‌های مربوط به مدیریت لجن، تنظیم PH و سایر تنظیمات دیگری که جهت دستیابی به کیفیت بالاتر آب مورد نیاز هستند، باعث ایجاد انگیزه برای دستیابی به منعقدکننده‌های مقرون به صرفه‌تر و کارآمد‌تر شده است.
برای این منظور، ترکیبات و محلول پلی آلومینیوم کلرید (PAC) با عملکردی بهتر از آلوم در نظر گرفته شد. نه تنها این هدف محقق شد، بلکه این ترکیبات، نسبت به آلوم مقرون به صرفه‌تر هستند. PAC تاثیر کمتری بر PH دارد و بنابراین نیاز به تزریق مواد شیمیایی جهت تنظیم PH را به حداقل می‌رساند. همچنین این ترکیبات به طور متوسط، با استفاده از ۳۰-۶۰٪ کمتر آلومینیوم عملکرد بهتری دارند و این به معنای کاهش درصد مشابهی در میزان لجن تولید شده است.
کاربرد پلی آلومینیوم کلراید
پلی کلراید آلومینیوم به عنوان کمک نگهدارنده و کمک آبگیرنده
شیمی پایانه‌تر (Wet end chemistry) عبارتست از مطالعه سطح و کلوئید شیمیایی اجزای مختلف، و فعل و انفعالات الیاف و مواد افزودنی، در فرآیند آبگیری و شکل گیری. در ده سال گذشته، روند اصلی توسعه شیمی پایانه‌تر در زمینه تبدیل کاغذسازی اسیدی به کاغذسازی قلیایی بوده است.
در صنایع کاغذسازی چین با استفاده از مواد اولیه الیاف غیر چوبی، به منظور بهبود مقاومت کاغذ و همچنین رفع مشکل آبگیری در این فرآیند تحقیقات گسترده‌ای در زمینه مواد افزودنی مختلف و توسعه روش‌های شیمی پایانه‌تر در شرایط قلیایی، انجام شده است. کاربرد پلی الومینویم کلراید در این صنعت باعث افزایش کیفیت کاغذ تولید شده و کاهش نیاز به الیاف طبیعی میشود.
منظور از نگهداری (retention) میزان ماندگاری الیاف، خرده الیاف و مواد پرکننده و افزودنی‌ها روی وایر در حین تشکیل ورقه و در طی فرآیند آبگیری می‌باشد. در حال حاضر، تئوریهای مختلفی در این زمینه وجود دارد.
عمدتاً این فرآیند هم شامل مکانیسم مکانیکی و هم شامل انعقاد کلوئیدی می شود. نگهداری مکانیکی شامل تشکیل تدریجی پیوند مکانیکی بین ذرات کاغذ است، این مکانیسم مشابه اثر فیلتراسیون است، به طوریکه تنها بخش بلندتر الیاف در الیاف کاغذ باقی می‌ماند.
در حال حاضر، تحقیقات زیادی در مورد مکانیسم نگهدارنده الیاف و پرکننده متمرکز شده است. این مطالعات در صدد آن هستند تا با ارائه مدل‌ها و نظریات مختلف، روش‌هایی جهت بهبود این فرآیند بیابند. اثر لخته سازی کلوئیدی شامل انعقاد و لخته سازی میشود.
فرآیند کم آبی مواد کاغذی به طور مستقیم بر کیفیت نهایی کاغذ و عملکرد دستگاه تاثیر می‌گذارد و با بهبود فرآیند فیلتر آب می‌توان بهره‌وری، کیفیت تشکیل ورق و میزان مصرف انرژی بهینه خواهد شد. بنابراین بهبود آبگیری فرآیند کاغذسازی یکی از موضوعات مهم تحقیقات در زمینه شیمی پایانه‌تر کاغذسازی است.
به طور کلی ، تقریباً همه عوامل نگهدارنده و عوامل خنثی‌سازی در بهبود فرآیند آبگیری نقش دارند که از جمله این ترکیبات می‌توان به سولفات آلومینیوم، پلی آلومینیوم کلرید، نشاسته، پلی الکترولیت آنیونی و سیستم نگهداری میکرو ذرات اشاره کرد.
پلی آلومینیوم کلراید در کاغذسازی
کاربرد پلی آلومینیوم کلرید در کاغذ سازی
پلی آلومینیوم کلرید مدت زیادی است که در تصفیه آب به عنوان منعقدکننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سال‌های اخیر، الومینیوم کلرید به طور فزاینده‌ای در صنعت تولید کاغذ نیز استفاده شده است. در اوایل دهه 80، در اروپا کاربرد PAC در سیستم خنثی‌سازی توسعه یافت و آلومینیوم کلرید پلیمریزه شده جایگزین سولفات آلومینیوم شد.
پلی آلومینیوم کلراید در صنعت کاغذسازی و در تصفیه و آب فاضلاب (حاصل از فرآیند تولید کاغذ) به عنوان عامل خنثی‌سازی و همچنین عامل آبگیری و نگهداری الیاف مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این در کنترل زباله‌های آنیونی و حذف ناخالصی‌ها کاربرد دارد.
الومینیوم کلرید به عنوان عامل آهاردهی روزین در شرایط خنثی
به دلیل کمبود منابع در سراسر جهان، مواد اولیه کاغذ سازی بیش از پیش ارزشمند می‌شوند. پرکننده ارزان قیمت کلسیم کربنات CaCO3 تا آنجا که ممکن است به جای الیاف به کار می‌رود.
اروپا در اواسط دهه 80 پیشگام استفاده از فناوری آهاردهی روزین جهت تولید کاغذ خنثی بوده است. در فرایند تولید CaCO3 می تواند به عنوان پرکننده مورد استفاده قرار گیرد و البته عامل کلیدی موفقیت این فرآیند استفاده از پلی آلومینیوم کلرید به جای آلوم به عنوان عامل آهاردهی است.
پلیمریزاسیون آلومینیوم کلرید در محدوده خنثی یا قلیایی صورت می‌گیرد. در حالی که استفاده از آلوم Al2 (SO4) 3 در شرایط قلیایی و خنثی باعث تشکیل رسوب Al (OH) 3 میشود. در واقع کلرید الومینیوم منبع جدیدی برای یون‌های آلومینیوم در فرآیند کاغذسازی خنثی است که در محدوده 7/5 pH انجام میشود.
بعد از اروپا، کارخانجات کاغذ سازی در آمریکای شمالی و بسیاری از مناطق دیگر این فناوری را به کار گرفتند و کاغذ سازی اسیدی را به کاغذ سازی خنثی تبدیل کردند. آهاردهی خنثی نه تنها با استفاده از این روش هزینه تولید را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد، بلکه استفاده از مواد لاستیکی سنتزی مانند (AKD) را محدود می‌کند.
البته با توجه به پایداری پلیمر آلومینیوم کلراید به عنوان ترکیبی معدنی، استفاده از این فرآیند، همچنان با مشکلاتی همراه است و نیازمند تحقیقات گسترده جهت بهبود و توسعه آن است.
کاربرد محلول کلرید آلومینیوم در صنعت
موارد کاربرد پلی الومینیوم کلراید در صنعت
- منعقد کننده برای آب‌های مختلف صنعتی و قابل شرب
- ماده نگهدارنده برای کارخانه کاغذ، به عنوان عامل اندازه
- عامل روشن‌کننده در شکر، داروسازی، لوازم آرایشی و غیره
- عامل آبگیری
(فروش مواد شیمیایی دارویی) و (خرید مواد اولیه آرایشی بهداشتی)
سایر کاربردهای آلومینیوم کلرید
با تبدیل تدریجی فرآیند کاغذسازی اسیدی به قلیایی، افزایش کاشت بذر به تدریج از محدوده اسیدی، قلیایی به نوبه خود، افزایش خروجی آب سفید، خمیر کاغذ تشکیل شده، افزایش حجم تولید و ناخالصی‌های آنیونی، رفته رفته به مشکلات اساسی تبدیل شدند که در دراز مدت می‌توانست هم باعث تخریب دستگاه کاغذسازی شود و هم کیفیت کاغذ نهایی را کاهش دهد.
تجربه ثابت کرده است که پلی آلومینیوم کلراید با بار کاتیونی بالا، ترکیب مناسبی جهت حذف ناخالصی‌ها است. این ترکیب می‌تواند با ناخالصی‌های آنیونی ترکیب شده و از این طریق نه تنها تثایر تداخل ناخالصی‌های آنیونی در خمیر کاغذ را کنترل کندريال بلکه باعث بهبود آبگیری آن شود.
همچنین پلیمریزاسیون آلومینیوم کلرید به راحتی در سطح فیبر قابل جذب است ، همچنین می‌تواند با بار منفی پرکننده‌ها جذب شود و باعث میشود که آن‌ها بیشتر در صفحات باقی بمانند. هم‌افزایی با سایر پلیمرهای آلی می‌تواند به طور موثری میزان نگهداری مواد و عملکرد فیلتر آب دوغاب را بهبود بخشد.
علاوه بر این PAC همچنین می‌تواند با مکانیسمی مشابه حذف ناخالصی‌های آنیونی، لایه رزین را به طور موثر کنترل کند. در مقایسه با Al2 (SO4) 3، کلرید آلومینیوم می‌تواند رزین را به طور موثر روی الیاف ثابت کند، همچنین استفاده از PAC می‌تواند رسوب مواد غیر محلول مانند BaSO4 را تا حد زیادی کاهش دهد.
پلی آلومینیوم کلراید به یکی از “دستیاران” ضروری برای فعالان محیط زیست و تولید کاغذ در اروپا و آمریکای شمالی و سایر مناطق تبدیل شده است و عملکرد آن بیشتر در زمینه تصفیه آب و هر جنبه دیگری از شیمی پایانه‌تر کاغذسازی است. بنابراین تنها بر اساس تحقیقات عمیق و گسترده و بر اساس تجزیه و تحلیل محصولات پلیمری آلومینیوم کلرید می‌توان برای عملکردهای متفاوت این محصول و بهینه‌سازی شرایط استفاده از آن در محیط‌های مختلف، انتخاب معقولی داشت و به بهترین شکل ممکن از این منبع جدید آلومینیوم بهره برد.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی الومینیوم کلراید
| Light Yellow Powder | Appearance |
| 30%Min | Al2O3 |
| ۷۵-۸۵% | Basicity |
| کمتر از ۰٫۵% | Insoluble |
| کمتر از ۰٫۵% | N |
| کمتر از ۰٫۰۰۰۱ | As |
| کمتر از ۰٫۰۰۰۱ | Cr6+ |
| کمتر از ۰٫۰۰۰۱ | PH |
اطلاعات پایه کلرید آلومینیم
| نام تجاری | پک (PAC) |
| ماده تشکیل دهنده | آلومینا (AL2O3) |
| نام شیمیایی | پلی آلومینیم کلراید، آلومینیم پلی کلرید، آلومینیم کلروهیدرات |
| کاربردها | تصفیه آب و فاضلاب، کاغذسازی |
مزایای استفاده از پلی آلومینیوم کلرید
نرخ رشد به کارگیری ترکیبات پلی آلومینیوم کلرید (PAC) بسیار چشمگیر بوده است. در بسیاری از مناطقی که پک برای یک بازه زمانی معقول به بازار عرضه شده است، جایگزین بیش از ۷۵٪ کل تقاضای آلوم شده است.
تقریباً در همان زمان که پک ساخته شد، پلیمرهای آلی دیگری نیز به عنوان کمک منعقدکننده به صنعت تصفیه آب معرفی شدند. اگرچه این پلیمرها اساسا به اندازه منعقدکننده‌های اصلی موثر نیستند، اما کاربرد آن در کنار آلومینیوم باعث بهبود عملکرد کلی میشود.
امروزه با پیشرفت در این زمینه و با دستیابی به نسل سوم ترکیبات تصفیه آب، مزایای استفاده همزمان از PAC و منعقدکننده‌های آلی، روش‌های بهینه‌ای را در این صنعت به ارمغان آورده است. استفاده از ترکیبات پلی الومینیم کلرید با بالاترین سطح عملکرد، هزینه‌های کلی فرآیند را از جمله هزینه‌های مربوط به کنترل pH و دفع لجن را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. همچنین محصول کلرید الومینیم به ساده سازی فرایندها کمک می‌کند، زیرا نیاز به تزریق سایر مواد شیمیایی را از بین می‌برد.
مزایای پلی الومینیوم کلراید
به طور کلی مزایای استفاده از آلومینیوم کلراید عبارتست از:
اثر تصفیه کننده آن در آب‌های با دمای پایین، کدورت کم و بسیار آلوده به مواد آلی، بسیار بهتر از منعقدکننده‌های آلی دیگر است، علاوه بر این، هزینه تصفیه ۲۰ تا ۸۰ درصد کاهش می‌یابد.
- پلی آلومینیم کلرید می‌تواند به شکل‌گیری سریع لخته (خصوصاً در دمای پایین) منجر شود.
- دوز PAC نسبت به سایر فلوکولانت‌ها کوچک‌تر است، که برای بهبود کیفیت آب تصفیه شده بهتر است.
- این ترکیب با طیف گسترده‌ای از آب‌ها در دماهای مختلف (در تابستان و زمستان) و در مناطق مختلف (در جنوب و شمال چین) سازگاری دارد.
- الومینیم کلراید می‌تواند با طیف وسیعی از مقدار PH= 5-9 سازگار باشد و می‌تواند بعد از پردازش، مقدار PH و قلیائیت را کاهش دهد.
- پک (PAC) نسل جدید منعقدکننده است که خصوصیات ویژه آن از عملکرد ماده اصلی تشکیل‌دهنده فعال آن یعنی پلی آلومینیوم کلراید ناشی میشود. ترکیبات PAC به صورت محلول در آب یا به صورت پودر عرضه میشود، که عملیات حمل و نقل، ذخیره‌سازی و کاربرد آن در دوز مورد نیاز را تسهیل می‌کند.
از دیگر مزایای منعقد کننده پلی آلومینیوم
- مقدار آلومینیوم باقیمانده در آب تصفیه‌شده کم است ، به طور معمول ۰٫۰۱-۰٫۰۵ میلی گرم در لیتر.
- آلومینیوم کلرید و آلومینیم کلرو هیدرات در آب با دمای کم، بسیار خوب کار می‌کنند. در صورتیکه در دماهای پایین ذرات آلوم به یکدیگر می‌چسبند و فلاک تشکیل می‌دهند. در حالی که لخته‌های تشکیل شده از منعقدکننده‌های پلی آلومینیوم تمایل دارند به طور مساوی در دمای کم و در دمای معمولی آب مستقر شوند.
- استفاده از PAC لجن کمتری را در مقایسه با آلوم در دوز معادل، ایجاد می‌کند.
- دوزهای پایین‌تری از کلراید آلومینیم برای دادن نتایج معادل آلوم، مورد نیاز است. به عنوان مثال، دوز ۱۲ میلی‌گرم در لیتر پلی آلومینیم (۱۰۰٪) برای تصفیه آب رنگی کم کدورت نسبت به عملکرد مشابه به دست آمده هنگام استفاده از دوز آلوم ۵۵ میلی‌گرم در لیتر مورد نیاز بود.
- افزایش کلرید در آب تصفیه شده بسیار کمتر از افزایش سولفات از آلوم است و در نتیجه افزایش کلی در TDS آب تصفیه شده کاهش می‌یابد.
- منعقدکننده‌های پلی آلومینیوم به طور معمول دو برابر قیمت مایع آلوم هستند به ازای هر کیلوگرم آلومینیوم. با این حال، دوزهای پایین‌تر از منعقد کننده و دوزهای کم باز، قبل و بعد از تصفیه آب می‌توانند استفاده از پلی آلومینیم‌ها را اقتصادی کنند. محلول آلومینیوم کلراید (۱۰٪ Al2O3) برای نگهداری در دمای کمتر از ۵۰ درجه سانتی‌گراد برای ۴ تا ۵ ماه پایدار است و برای استفاده زیاد و دوز فله بسیار ایده‌آل است.
روش تولید پلی آلومینیوم کلراید
تولید پلی آلومینیوم کلراید
پلی آلومینیم کلرید، از طریق واکنش PAC 18٪ با سولفات آلومینیوم و دو نوع پایه مختلف تولید میشود. این واکنش در شرایط اتاق و بدون تشکیل باقیمانده جامد- برخلاف سایر فرآیندهای تجاری که نیاز به تصفیه دارند، انجام میشود. این محصول دارای پایداری مناسب جهت ذخیره‌سازی و دامنه pH2-3 می باشد.
محصول نهایی این فرآیند پلی آلومینیوم کلرو هیدروکسی سولفا، با قلیائیت قابل تنظیم بین ۶۸-۶۰، شامل یک پایه دوم به عنوان عامل توالی است. این عامل توالی‌ساز، به‌طور قابل توجهی ویژگی‌های پلیمر را بهبود می بخشد. از جمله آن می‌توان به افزایش سرعت انعقاد و لخته سازی، حتی در صورت کدورت کم و دمای پایین اشاره کرد. همچنین قابلیت ذخیره سازی محصول نهایی را افزایش می‌دهد.
پلیمر به طور کامل در آب تصفیه شده هیدرولیز میشود و باقیمانده آلومینیوم، کمتر از ۱۰۰ ppb با دوز ۲۰ ppm به جای می‌ماند، در حالیکه PAC 9-10٪ HB استاندارد تقریباً ppb200 یون آلومینیوم به جای می‌گذارد.
در واحدهای تولید PAC 9HB ، میزان قلیائیت برای محصول خروجی از طریق سیستم کنترل نرم افزار تنظیم میشود. به این ترتیب، می‌توان فرآیند واحد تولید را براساس خصوصیات مختلف فیزیکی-شیمیایی مواد اولیه مورد استفاده در مخزن‌های مختلف اصلاح کرد، تا در نهایت میزان قلیائیت مورد نظر به دست بیاید.
خطوط تولید PAC 18٪ در مخزن با واکنش اچینگ دسته‌ای آلومینا با محلول آبی اسید هیدروکلریک انجام میشود. واکنش در یک راکتور شیشه‌ای مجهز به همزن داخلی صورت می‌گیرد. در حین واکنش دمای رآکتور کنترل میشود و در پایان واکنش محصول واکنش به مخزن نگهدارنده تخلیه میشود.
محصول تخلیه شده در همزن نگهداری میشود و آلومینایی که وارد واکنش نشده، با استفاده از عملیات فیلتراسیون از آن جدا میشود. محصول شفاف به داخل ظرف‌هایی انتقال می‌یابد تا محصول در شرایط استاندارد نگهداری شود.
بدین منظور آب، اسید هیدروکلریک و یا سولفات آلومینیوم با توجه به مشخصات بازار هدف، می‌تواند با محصول مخلوط شود. پساب مایع، که عمدتاً شامل آب‌های اسیدی است، در مخزن نگهدارنده جمع‌آوری می‌شوند تا پس از بازیافت مجددا وارد خط تولید شوند.
منعقد کننده پلی آلومینیوم کلراید
منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید و انواع آن
ترکیبات پلی آلومینیوم کلراید در گریدهای مختلف تولید میشود از جمله:
- PAC 18٪ :PAC مایع با قلیائیت متوسط ، حاوی %۰/۵ ± %۱۷/۵ Al2O3، مخصوص پساب و خنثی‌سازی. این ماده به عنوان کمک منعقدکننده اولیه برای هر فرآیند شفاف سازی / لخته سازی مربوط به تصفیه آب‌های سطحی یا زیرزمینی و پساب‌های شهری یا صنعتی استفاده میشود. PAC 18 با توجه به میزان بالای آلومینیوم منجر به مصرف دوز کمتری و در نتیجه کاهش حجم لجن و لزوم تنظیم PH میشود. همچنین باعث بهبود حذف جامدات و یا فسفر نسبت به منعقدکننده‌های معمولی میشود.
- PAC 9٪ HB :PAC مایع با قلیائیت بالا، حاوی %۰/۵ ± %۹ Al2O3 ، مخصوص آب آشامیدنی.
PAC 9 نیز با توجه به میزان بالای آلومینیوم منجر به مصرف دوز کمتری و در نتیجه کاهش حجم لجن و لزوم تنظیم PH میشود. همچنین باعث بهبود حذف جامدات و یا فسفر نسبت به منعقدکننده‌های معمولی میشود. - PAC 30٪: فرم پودری با قلیائیت متوسط، حاوی %۰/۵ ± %۳۰ Al2O3
PAC 9 HB با کارایی بالا برای آب آشامیدنی
برای به دست آوردن نتایج خوب در تصفیه آب آشامیدنی، که در آن باید از پلی الکترولیت به دلیل خاصیت جهش زایی صرف نظر کرد، از میزان کمتر آلومینیوم و با قلیائیت بالاPAC 9٪ -۱۰٪ Al2O3 استفاده میشود.
معمولاً ، PAC 9 ٪ -۱۰٪ Al2O3 با رقیق‌سازی PAC 18٪ Al2O3 در یک پایه مانند Na2CO3 جهت دستیابی به قلیائیت %۷۰-%۵۸ ، تولید میشود. این ترکیب و فرمولاسیون مشابه آن حدود ppb200 یون آلومینیوم در آب تصفیه شده آزاد می‌کنند که از پایداری محدودی برخوردار است.
برای خرید مواد شیمیایی در صنایع متعدد و همچنین خرید پلی آلومینیوم کلراید می‌توانید با شماره زیر با کارشناسان بخش فروش دکتر کمیکال در ارتباط باشید.