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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾. K1 M/ j4 I2 ^+ H3 O
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092); y; H6 d/ j' B f; D' o7 P# R
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
! U9 `* w2 W/ m: P* i) E# P4 J液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
& B, X t# I- Z) z2 V& ]理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用+ c% N+ Y& i6 l: q" _# U8 h$ a3 ?) z
水、生活污水和工业废斜管填料中。7 X2 F3 z* G" E) s
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮2 i6 X) @, c) F& d" T' i0 [
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
! t' E6 M! R7 ^ v投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量' _2 V! p/ L/ @$ U
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉# ]# g* {: B3 C3 ]* G
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
7 [' [. D4 P& p( Q值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国3 P) X) S& l: R! V, ?
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研2 L$ s( u2 b! [& ]: t2 j0 o
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到# \1 L$ K2 e* B; U( B: S7 m
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
# ?6 U4 l5 w `6 [ ]- A: p度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
# d, s0 D/ L3 V' x" {; Q. G和探讨
0 r- `) u% p/ R, N3 b9 ?1 聚合氯化铝的制备技术* t0 R6 o( x+ s# f) o
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料& x% c% K# U! X8 g- O ~2 `
1．1．1 酸溶一步法
5 Z3 L" N, {) y* B将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，: F& n$ I& f" F3 K4 _1 T4 i8 ^3 i' ^
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．. ]& T6 r1 R& e# B
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
9 Z4 \. l/ P$ \$ L; `/ B放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
) I( H* s9 E" [8 K/ K水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放# ~& i$ b$ {* x: F7 D1 j% L
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
) O: ^! d2 K1 ^7 C# W( O不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度" b: ~. D- R5 \ I/ v; ]4 [
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺5 `6 i4 ? m% C. r8 s, ~
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
6 `0 @$ z2 c- }, g1 q, [较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设3 G5 j5 f% T. R' S
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
! X% b6 l2 J, h! b5 Z9 ~& g金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
- l) Z; B) f8 M3 w! Q利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备4 y0 _& {, Z7 |2 G9 i
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚0 V8 T( n+ G4 c* |* @. k; N8 [
合氯化铝标准溶液。
" k# B7 l/ K0 ^2 i3 @6 E7 y6 v1．1．2 碱溶法
2 d4 b) \- ~: B! y" T先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
" [! u: d2 Y/ Z; w7 f5 y用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
- L; w% Q; L9 p1 f的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
7 b8 M. S0 e, w0 i6 p含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
- H, K0 Z" p L1 L* q, J4 P1 U+ a' _化生产成本较大8 K* P/ }0 L3 `1 C
1．1．3 中和法. q. l+ ]) v! w$ x- z2 h4 Y
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别3 P% | z9 u# x% `; y2 _9 F
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即; t; M, B- H7 @# X% z" n/ |. A2 M
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶& _7 X# j: y& v4 F
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与 x/ ~+ a5 W8 N
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分# C/ p( h/ W" s
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再! m$ D. M6 C7 F
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得- L4 ~2 F) k; i& m: n2 L j
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
; c( y5 j+ x) `6 c称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
! ]8 c1 K2 }: [$ j7 [9 |" s& ?: t1．1．4 原电池法% H; i6 {3 Q- t$ |$ ~8 ]- R$ M! C
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
; k0 L$ O M$ C* E( [- p) H, e: H化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
; ~0 U) G/ Y& c$ N( N! N; A2 G桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
! p$ ?# u( `* a7 h筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进% z$ G# M4 p6 x! G; i8 W
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产4 G; W% Q& i4 G$ J
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅* C, N3 C% z% i, P4 ^: i
拌，大大节约能耗 ]。" ?" O# i4 x* t) w% }6 z
1．2 以氢氧化铝为原料
2 ?( c, I/ P" L# G0 G" F5 W将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的' x4 y J( x' [
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
( h8 Z9 Z, Z, V0 h该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
4 P- [& }- Y% I% q/ o) w遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
" S$ H D! a2 X1 r" N$ R酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
, r5 ~2 W/ |; p( ^' N1 N# e# w不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多) A, I, w! H; W
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸" Z; f7 _; q* x! X$ B9 j
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
! s' g5 k" V8 o6 {, Y质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制- o3 l/ a2 Z: |0 l
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
4 U0 |/ l$ m' H5 h酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯" A. @8 L' e* F- _7 }1 E) M+ q5 {
化铝。
% H1 m+ j5 b+ M& ^2 c* P3 o1．3 以氯化铝为原料. ]5 m& d6 a0 J% h/ O
1．3．1 沸腾热解法: O5 ]0 T; ~3 g+ g7 _# C
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
6 p; q% B7 W2 \1 |5 v2 M- e& ]氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
( f# o+ a% b: j9 G$ Y r" e! U( I搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚& k8 o: b, d, n2 d7 M) }' z
合氯化铝固体产品。 y6 V3 Q. c+ B
1．3．2 加碱法' O" F; s3 _/ Z- P) ?
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下8 M" ?7 m$ x5 O* |; p. S
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，+ n @) }) W: \" N$ `
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产2 d5 Z- e9 }: M
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
' g3 r& ^/ ~$ R/ H* q9 ]2 O! H! ~3 n品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
# J% P9 ]" ]+ b5 ]- `1 {9 s通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
$ a3 N# o0 b! ?& DL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
1 `6 B# e( \( p k/ I* W道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到& E% X H8 d. v) }: `# C* t! w
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
+ t! y3 w; Q0 l% p量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
$ B" H" ?8 ]7 s9 `* d, E滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
* y$ m, U0 q+ ?+ F( z7 F量也不高。: _" M! `" s1 \/ N( @' h
1．3．3 电解法1 O* [7 k) v! D# `& O. G& t
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
; X. y: x/ w- H: \不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
0 s( Z) C' `% ] [1 k/ y& i% u低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
K( Y! j! ^) U3 G1 o" O等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
. X0 g( i. u1 f: J2 S; e. x$ X氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何* @) k7 H2 F/ {$ M' _) N, j
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且: Z$ t$ |8 S- @7 J
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
E& b7 }2 H" r( G( j* P5 d' L5 D倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
8 W, c! I r! L& b$ S; D+ H过程中的极化现象。7 y+ y* d: O9 O9 t1 G. }
1．3．4 电渗析法" b- u. l& u; L+ f U
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
. g& e. l# @( L5 ?液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁7 V. Y/ R4 P, h2 E- g s
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应1 n9 I! I" E+ I$ l, m2 v! t8 d& U( j
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
4 j: G9 Q& O8 P9 ?1．3．5 膜法2 n+ _7 ]. G i0 Y5 o
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯5 ~- I# O; ~5 H ]: y, R3 w
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
' k/ I1 e! M& ]3 Q! \通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
$ N, ~$ J6 V1 C/ IAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜! W( B8 y5 d% c0 @, f) @3 U, p
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％0 j4 D6 `9 z! c% t8 k
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化 D) c8 Y+ [# Z% o. o3 I+ D& U
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。. a" q6 B" Y/ R1 z2 p. f6 v. L1 q
1．4 以含铝矿物为原料
7 N8 u" u# `' j; s. r8 y, c- [1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
* K9 D: I/ e6 C2 }3 x铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主% X8 k- \( _& R+ {2 }
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这% O/ z6 {" L& u. S+ o2 _/ [' d
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
' Y7 Z6 n5 v) C- [ F般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
+ [7 q% Z7 [! X( S% }% T" N的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
9 x8 ?# m! E7 e分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二" T, } @% V1 g: d; ~+ |
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为7 {# {3 f# }+ g R' t! s) ?8 d
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，/ H2 o1 F5 o" f7 _4 b/ b
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。8 m' M+ y/ A. s" q* [
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚& i# P+ m7 L3 e7 N m/ c
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物; X1 K6 y4 M# t, @+ U2 q5 j$ w
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。6 [! {* ]* u3 m/ c
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
; n% Y! i1 t5 m5 T9 i2 R4 p生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
& M0 T; K( u) j* ^大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
1 o; l! L/ X9 O& r渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的) f& o% b8 J4 E. y' H" s4 h u* R
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需5 p: L- p- o; _
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石9 p7 q, r7 i9 V: E4 N5 ^" R* i
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
% O! x" F# v4 ?% J! W$ z4 i溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
3 z4 j7 s# j; {' h5 |! D高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为5 T; y! r/ ^' y8 S( V$ h
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
& s' b2 x8 r+ V k7 M* m氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
! d& d4 Z: B! f氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝5 C, G' j8 D3 I. z/ ~
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于7 _. ]/ j7 g5 p9 H' R$ d
30％ 。
+ y3 r( j! G/ m% k+ ~1 N) r一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法; H% v. U2 \. L/ ?+ D
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
E+ c2 R* m4 u" X% O需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或7 L$ Y6 p0 z+ S! o: p2 k, O
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠) d2 f6 D! }4 H, L6 b
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备4 T7 k2 I( g* g" Y
复杂，成本高，一般使用较少。( F- q" _9 k; L' V7 c) k! E
1．4．2 煤矸石+ ^+ m I, ?7 A$ F) ]
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
7 j, u- h8 t- n物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧7 p# f! |: [9 ~, _+ c& G
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
8 k: o! e* {; J7 Z3 d1 {% G& u* f/ p料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
+ u+ |, u: X5 Y6 b且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
- \- m0 E1 Z9 a1 m数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和# h8 ]# h0 C( \0 D% F6 t% Y
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合/ v9 O, s' _* w% ~' S4 c, A: f, p
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
+ @3 k6 V5 {% w已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石9 A2 S0 A. U6 h, ?9 ^+ \3 i
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小. x6 w! D' f$ E9 |" Z; A2 Z
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
0 G2 l8 U F1 H处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
/ g/ i5 T3 N/ J结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化" `+ e" Z; m5 p- ]$ D; D9 m
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
# F% ?. s* r. R基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为3 k# P1 v& }" F2 P9 V4 g& E
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。. v& k5 o1 A/ V' ~7 r' q
1．4．3 铝酸钙矿粉3 L4 Y7 v1 F& @4 L) o
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
& \* O5 M% ~) K/ y* X煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
: R7 Y: Q2 A# G+ G2 I! d7 ^* I9 M不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。) u& X+ n1 l, D
(1)碱溶法
# h# k9 }% B( t; a' c& }8 D用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
& }8 Q2 h0 t: m9 e液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
5 c* K7 `/ M" J; `# `: R A* K在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
' X* J( I$ o" I" J' I) Z值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
8 b9 j( a6 n! R4 D4 _8 M反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会' X: r, h8 m0 ^' ~4 A; F" b
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中3 q8 j# u: x( W6 e" j1 R
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
2 f0 l; i7 D o& }! O状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
& G% `0 W6 [. r9 a9 v% P. ~铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但6 }! n& I) B+ J/ T, y
生产成本较高[19]。
3 D" e+ T5 ?9 v' Z, _, ?(2)酸溶法
* p' x- h- t0 K1 J$ n# K8 Y把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
\1 s7 l9 n. b% s( P熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简. u6 H: J$ {% h/ b
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不7 a. ~4 g' Q& b
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常: r7 n/ T+ ^# k* s+ |" B5 C
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
: k" w2 a7 g& R; ]- P6 A& M铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合4 l3 S0 k1 Y _9 J1 e
氯化铝铁。; N3 J( G- H) ^6 B
(3)两步法
# E8 N5 M6 w: i0 O* T这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
: S7 ~3 `3 P0 X, n艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量% s0 [# d7 c) h: z! p& r
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是5 A+ h1 d8 `, s( S) r
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
8 ?% x# j$ z& l& @6 A0 j这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
G' J E4 i. W6 p. O第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
6 @. h" D6 n3 h6 V6 h: _ V铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回. h: r4 M9 O/ e, b8 C! z. [5 _
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝5 V" a# W" J6 Y( f' N9 g% n& l$ o% [7 M
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化1 l0 X8 @! | W; g" j( {
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
6 |$ ]' }( n1 {( k合氯化铝产品。
/ |! Y: L0 g) ?( s5 [1．5 以粉煤灰为原料 Z0 I# c" z: r T7 [
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体/ U9 Q% c( g0 ]% T9 \- D7 D6 L
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态． M: L( C5 B9 w+ P' k5 I" A
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通8 {$ W7 S6 X! n8 e5 k# F
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
Y9 w- y) N3 ~* y+ S' N' R- N, V高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有2 g* o9 ?9 P: W! h6 j
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
! V% b$ j' d" \* c9 ]溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
+ z) l& m: K0 [6 z3 n2 Y9 p用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用$ }; l$ G' {/ n, _" M5 Y
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
9 F/ l* E8 W' M* P铝产品，据称能耗低。( _8 w" [5 Q6 l1 U
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
* v6 C& ]7 l4 c解决建议
0 J- m- h. h' o' W2 s我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随1 i% m1 z4 t9 j9 z
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
' ?0 `: m$ Z3 O7 v内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
- d) [* A& E$ d& d' S但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最1 T+ q' b/ i. U# h1 Q
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
% f. C5 T$ A7 W认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方" C4 c; k/ {8 V9 D3 l+ g/ z
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
7 |2 ?3 ^, f; n- t1 I, f& P. n究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度# t5 ]8 k8 M0 c
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、% _5 L* W2 }) D
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
9 k2 H5 W& T, S$ F) o2 l子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
+ [7 V& c6 o3 Y* s- Q' n入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
! c; _) l4 L0 N# ]+ r1 T( ^, s" Q以下难点问题7 @% z/ \( P; M: d* G" _3 p/ o. K3 y
2．1 产品纯度问题
6 }+ Y$ q6 @/ m, S2 Q氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通6 O. q( ^" ?; Y5 Q$ e5 h
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我4 q( h+ `0 z+ H( j5 ~
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
3 n p5 _) c9 o: b& Z( f5 {产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝- x! j5 N9 m9 D' W- N
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
3 p2 |% k; m) P9 ^4 k: Z: u1 v. Q1 V品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化0 ~" \ o3 K! i7 `) D
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
; p$ x/ g9 V& I, k盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
, r2 K2 o7 L7 N, x" t求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝7 M4 A. i9 b6 ]9 P7 G
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
3 s1 A7 l( H- p8 o4 I: ? u一' n7 Z+ z; w( K% h5 ^3 ]9 f' G9 f. Y
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
; u( K% A9 p* L0 {3 i9 T广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
' l9 H$ @! j7 \3 I" Z( g1 m. S7 V产品开发力度。
4 ~# E% N7 b0 Z4 u( D0 }2．2 不溶物的问题0 V5 e* U# L5 I# R9 z/ i$ S `2 |8 O
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
1 V7 ]# s) Q. k明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而; j2 t' D; m4 @9 f7 ]
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加) S4 w3 u0 b. C" l( N
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
9 t+ N: n2 {6 n应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
% w/ f( h* C8 _. K# R+ _不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
4 _1 [1 b, H7 S. M+ ^决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
2 ~! d" Y' \ T) Z( Y" y果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
) ]# h. B6 H' j1 ~" @$ t也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①, i" L1 s0 Q' M. a1 u y% Z( d! E
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积; ~) o' ~1 k* C: I' K( c1 I
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
* z7 g' h6 v4 Q9 b) c- T7 n- a高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
, p9 ^! U& w- T' F6 a# E0 F通常会取得较好的效果。
: F/ A% ^9 h- _8 {+ t( Y# ]2．3 盐基度问题
5 e3 c3 @) o. e+ X盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可; j `4 n4 K# |" D! V
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳! g }/ O6 ^- o; N
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
( P2 a8 _* k1 x2 Y: L虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
4 c; Y( k1 j& {" A铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
6 L' W8 @0 _7 |+ b! n# ?国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
) h3 D5 N3 }3 j2．4 重金属等有害离子的去除问题
/ G' |. w' e+ k3 ?7 I某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
" {3 I# n+ e: R3 x在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有4 |' B# C- A/ k5 Y1 F% n
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑! j% ^1 G+ E [; s
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。3 Z; M' M" g( t8 S6 c2 f
2．5 盐酸投加量问题
9 f. `3 S h( o' B8 @' Q/ ^/ P" ^$ U制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工* P0 M& U q& B- i2 t. b* z
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成- _, K) ]7 A2 B3 g* Q
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶! S7 r3 I v* l( [& V0 G
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问+ d& H b ~! H. [6 C
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
" \5 @1 C6 L& J4 c( Y( Y ?7 p发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数9 @/ y4 v& f; s/ j5 f% X/ L2 v
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
8 ^2 t; Z% A2 q- l8 e4 Z8 L1 G低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度! Z$ N/ z1 b5 |+ r
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。$ y/ }$ ^1 Y: E) i) Y5 G$ m
3 结语与展望
9 `3 I' x/ T5 z9 ]0 j/ v聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产$ L+ [2 i/ X& F$ B! [+ A
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水7 t8 ^& \% L. _1 g
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上: _' O; p+ u) M' ]3 ~ \
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
7 E4 U. m' g$ f1 B品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
+ j5 W- {& V+ `6 C5 V5 Y品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
) M a7 ?( k* Y) J由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利9 {) [0 s* x2 r6 Z6 N- U
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
9 j! i0 m l' e' U此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
* W1 z- }' a1 V氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
6 K4 z# [/ U' C( R( x& e5 } u含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业0 g' d) S* j. U3 R7 V+ @
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究8 e0 b" n- o1 f& @- u
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
; N- r9 Z8 k: ]! t聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，, z+ C( W4 N3 I2 r; B$ [( o* t) L {
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向. ~4 ]+ h, K3 }- W: m- A4 c) c
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
% C, Q; s) d' Y8 e配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
1 p. B0 b# W- U H! @; Y6 z剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
* g- u! q7 g5 J( Z6 z1 q围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
1 }* |9 A1 }1 h- t子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
4 h8 C" T, m7 U$ U1 |/ P- |/ hPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料6 f5 m; z3 I: j
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产- y3 a2 t' Q8 a1 H' ~# w
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点 E9 l3 }$ w( n6 v
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% K1 \$ P k E Q- Q4 g& e. Q作者简介：潘碌亭(1964一)，男，安徽蚌埠人，副教授，工学博士， 主要从事水污染控制技术研究与聚合氯化铝研发。 |
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狗仔卡
发表于 2009-11-16 07:21
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