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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
: q1 f7 i# J3 l(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)4 f& \. |; Y i
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固, L u3 k# C2 k( H5 `9 p4 h
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
7 i7 O) X" y4 W: S+ G理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
' y8 |% e8 k. |: `$ @" K# D2 h& t水、生活污水和工业废斜管填料中。/ ^9 A9 e. A7 k$ |1 m8 P& Z g$ X& Y
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮2 `+ {" p8 k& Y: s; h7 x O0 f
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
- l$ V" z9 I& B投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
0 o3 L0 z5 ^' l4 u. a% k最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉' S7 v2 u/ N6 V/ a
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH1 I, |: ~- J* g* O" `; {+ b, C0 A
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国' ^! S! m4 z7 R! e2 U
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
% e# Y* D2 M* e3 d# Z4 j# {发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到/ j! w2 z+ F7 M* i7 `
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
6 |7 P6 [) X+ G3 ^" S度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
( [" Z6 C# {0 G) R ~和探讨
! A& g2 h4 R' j1 c' S1 聚合氯化铝的制备技术! }0 B. c! p% n# ]2 z
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
5 D; [" P3 k' ~1．1．1 酸溶一步法4 f |5 n) p5 \4 m
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
1 L5 M" Y- x8 y: u5 m, E在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．! W, n) W3 |9 a* [. P/ n
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为6 x1 f7 ?3 q0 i* q4 b* p
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，& n4 u g( z7 m, f' B- R4 j
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放5 u/ v; ]. ]- w& C
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
; D5 F& A1 w& d6 _+ r4 m不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度" o4 c# M0 k0 r
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
# c7 \7 s) Y' _$ n" c8 H$ }2 N i1 [简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
; A" Q* x" ~ Z0 T) W较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
& c$ ?# j' i* U+ X备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重# X, P. m A) Y8 H9 ?: D+ @
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
3 H7 q4 r) K7 T+ i利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
2 m6 L9 n' T3 n; D8 ?- Y出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚" m* E; i: }" t6 P5 a& P
合氯化铝标准溶液。3 F. u% z0 r' X
1．1．2 碱溶法: W; @9 W4 l$ B& x! z5 i
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
5 ~% D ]* x1 g, d8 {; P: a. E- F0 G用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
- i# `: C5 M; h2 d的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠% D. c# F& _7 S* \/ _! S( Q
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业+ o; l% ~& t' N* t: E$ R% G1 ^
化生产成本较大
" Q& j6 Y4 |* v M( [" ` K- l |1．1．3 中和法0 N. y8 E+ m6 u+ }/ ?+ u1 G; b' J
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别8 f3 n/ q1 M5 ^! Y- g
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
- y \& h7 x# p1 f# @制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
& x- z7 b& Z* \物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
, F2 i3 J% j# N$ d: w铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
8 L+ z- Z* I+ S2 @4 G用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
; |) v ^- o5 Q2 M把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得9 y3 m! h6 U8 ]; H4 G; p
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据% |' t5 t. F6 y7 G2 _
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
; b& k/ ?: U0 a, Q" k+ E7 k1．1．4 原电池法* ]$ q, @9 ^$ k& @; P r. Z4 d
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
; P6 K& H6 p7 ?7 E5 E o" N化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆& w1 W5 Q" z2 q2 @
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
) y0 r3 p. H" g& h3 Q; |筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进7 ]3 _9 R4 D3 F# `- ^4 ]
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产+ n% V, R v* F2 ?9 ~
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅. R! ~5 N6 U8 \) m% q1 B$ U0 ]
拌，大大节约能耗 ]。0 e" @& P( D$ {& p/ J% M
1．2 以氢氧化铝为原料
. `5 Z* X( x' ~8 U# s B将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的# q+ U1 k! B: a E, }* W' l
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。( ], t. b6 N3 X7 s
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普" i0 S7 \, f) a& `- x
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
, Y6 Z& y1 }3 z酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
( F4 T' F% i3 T9 r& t不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
0 R; T4 b' S: h$ y/ s提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
6 E4 }2 j1 ^, @钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂( u* s, t2 @2 x* y U3 H/ O5 r
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制: a$ ^9 r: G- A) F! K
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝6 o% D7 U, A' g6 C
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯! A1 R/ V R* B5 d+ \2 ^
化铝。
+ p1 k& U1 o1 D1 r& z1．3 以氯化铝为原料8 G3 e; Z; Y4 Q! Z
1．3．1 沸腾热解法
0 f. J8 h! R. l& f( D( s用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出* \0 N$ Z, o; c" z, z! ?( e
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
3 Z) } O# e% V( l2 H: n; {7 F8 m' V搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚9 s/ N7 V0 b+ t. X+ ?$ n
合氯化铝固体产品。2 y3 v* P; G1 r1 ^$ }) Q
1．3．2 加碱法3 a2 b6 o- a+ Z) [
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
2 Q. x& h9 b! m9 C X强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，5 W; q6 }- e/ } y
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产4 ~6 r/ W; I1 l4 c' `2 T
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
1 c ]2 U. ^' f! P$ X品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等0 H8 }7 ]+ z/ G1 R: Q8 H
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
0 }3 ?/ n9 j3 uL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报$ \9 o: D; X% {' z4 v
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到/ _) q8 v2 Z* z2 B+ ~: i4 u, y- c
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质) Q2 ^% i9 d( x+ i. A& C7 i
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐 r( w- d) c0 y6 e5 O+ P. R' }
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
& t( L% c! C- A. D T9 v5 L: J# x量也不高。$ T, |" L' d/ `# a9 u
1．3．3 电解法
# [5 I- a9 J# U- z该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
. G) X; M A+ p6 N, c) Y2 g不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在# M; T7 q/ @# X2 U
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉) `. W; R4 Q2 r1 T4 y/ [
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合4 X7 b5 }# `! S5 \& Q, A m
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
, v5 |+ X# f9 w" w" d! H6 `% d$ h锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且# s5 E( a" {- N! q
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的8 g, {* E0 K2 `" B5 ?
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解0 d- G7 \9 R9 e. F( V
过程中的极化现象。
( w( m* k* ?! C0 V& D4 W0 i1．3．4 电渗析法! V- }& S8 U1 `( ~+ ]
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解7 B; Y0 A: i1 r7 V
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
0 i/ Z6 D( m' O, l# K3 H板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应$ D/ U1 ^1 U6 Q& P8 F3 T
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
' G1 M0 W9 m- F1 u/ O1．3．5 膜法
6 ^" e1 ? d8 K1 k, N3 L该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
- ~0 D" W/ @8 y2 D化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液: ~7 f/ ~% Z. W, J
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得4 o y% @. p* ~
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
* B% O. t( J! y* ^% Q5 S- g制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％/ d# a0 k' p7 X& |% t
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化$ m" n, R* w. Q3 u8 u# N% K
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。4 G$ o3 h/ P# P
1．4 以含铝矿物为原料
# w7 `5 h# N! i7 o" o1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物! a C# o' U0 V
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主2 N7 Q0 x: y" d; O6 z; `9 ~
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
* Z3 F) `! P( _( j0 x几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一5 A- w* Y/ K6 H! D/ g" d7 o
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
3 [- y) h, i; y5 O# o S) t的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其! I, Z' I: G: D& r4 Z- ]
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二, G. Z' X! `& F! X3 p) }# R- ~
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为: d) |: Y( f/ a. A
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
" ^ G; C. ?7 M! J5 y可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。2 [% y5 |. z* A* ^3 i4 [1 V
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚$ G8 t, M) `* }0 R# l; Z# o' H
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物, N" Q6 a' ~& A) e4 V2 u9 o1 i& T, D
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
* l7 E6 ~- r3 ^& |9 T t' `酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。( s2 u% ?( u+ G. N% x) E/ n6 A
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
8 e+ f+ Z1 s7 A5 F \+ m大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
/ _. o/ [1 o, ]$ Q$ a渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
! z. @7 w+ [) V F" U+ Z/ U3 b% j: d: c粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需- }! A4 j2 C2 d2 ^' R
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石* r! S/ _( U }
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
/ q8 ]8 r+ ~/ L" P- j( U5 u q! c溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越0 K, G, s: \8 i( d0 J& R' P {0 q
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为) }+ s/ Z2 H" E
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合! z: C) O( c/ O. e. I
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
% @& q4 f, E3 V! Q+ r氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
% d7 i% M/ c( u# p铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于/ R+ g z3 \, L
30％ 。( j; H1 e" B" ~0 b1 o
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
' f# k4 T) s' Z制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都, n2 o& O2 D! o" ~
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
: H) {6 [2 A! g# t) r8 D9 c其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠, g& \4 P% S& ~5 i; L
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
& f% ?" i' Q6 M5 k9 q复杂，成本高，一般使用较少。
# e5 d7 i2 ?3 `7 @+ ^( n, k/ u: K1．4．2 煤矸石
" o: n9 I- l1 I& `# U9 N& M煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
O; {2 H/ i$ n& M5 p6 h物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
0 i. t) p3 o3 j% g! ^- R增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原, a+ Q- G' K' l) d8 z8 g& g6 t
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而5 t) V& q9 g7 k; `9 g
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分0 c% T: c0 S7 ~) ^- u+ a6 K6 D
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
( g* o# I6 J# q) D$ A8 C d5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合% E& L3 ^* u: i% V! k2 e: \
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
! Y9 A @+ C+ K7 g! e9 c4 F& N) H已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
/ n0 s( y% i* \+ ]) c经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
, j6 M, S% ]( L" m2 y: ?7 M$ [时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当! T0 s- ^1 N+ C/ W9 e7 x
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
9 O) W! F2 w7 F$ l, }结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
! [3 E5 e- k2 T3 {, F5 J- \/ z) T铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
' b1 P# U: Z, K0 R( I2 v基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
3 {! c: h8 _4 l原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
5 m& p( u: U5 M7 F1．4．3 铝酸钙矿粉
, h- t3 u. n; a% q/ q铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温& e1 W/ w! [9 V- [0 V
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
7 s8 u! Y' n+ u5 y: ^不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。( D" V& Y+ k y% G- ]
(1)碱溶法
6 _' E/ ~5 u& h. y% D8 k l用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶' N& D- h( j) y0 w7 ]2 r
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后: i. G" Z% K* c/ [3 d6 R
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH$ A6 j: m( D9 w0 \8 h# k
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止$ F- `# J. y% n! P, o! J
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
% J; m9 L9 s) y# a8 y E形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中+ \+ U8 {! X ~$ W
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠: f: n- c% y8 L! h
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
* `4 U3 p1 |: [7 ~: g铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但* X& \6 P2 `& U7 q0 F7 i) w
生产成本较高[19]。
/ `4 B# S, H6 N/ W(2)酸溶法5 N) s. x# H8 s/ [
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并( Z8 Y+ T5 [5 m; o0 Q
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简8 w" \! T: C' R0 s. z
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不6 S! ~3 b$ i" Z. m
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
$ R9 E3 ]/ {9 v9 C U9 E; ^不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，% B: ^2 Z1 f2 T+ v) X
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
0 b$ m+ X0 |) e% s+ O* J+ \9 ^+ B氯化铝铁。
7 a6 W- Z2 u8 O7 p+ L8 L! _(3)两步法- w% i/ a5 q8 L# b9 M9 h. j1 b) {8 }
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
9 q2 o* E% p! L$ C艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
! D4 q( d, u( x8 o3 A2 E" }9 z, s比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
: Z: Y! {4 p/ v5 q/ ]把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
6 L3 Z& g- D! C3 i这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
0 W# h4 O3 B% Q+ ]7 b第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
; Z2 o9 l/ |1 Y/ ] T0 c: g$ f+ N铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
7 b& K; @; U9 S& C" }% i `$ R流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝1 ~$ z: ]/ g$ o
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
& k6 Q6 {9 q$ h- C铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
( R9 o. u# g9 ~0 Z合氯化铝产品。4 M4 f, p' k7 B8 z+ M
1．5 以粉煤灰为原料& ]/ M& M5 P5 C; n8 B
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体3 [- {) B5 ^8 V( e3 E/ Z. R S# N
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
8 _% [: t# A' |3 b4 O活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
4 Z0 t5 J- y p7 K常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性9 x, s! H n- O$ x3 ?/ o
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
! c2 D/ ]) {, r8 U人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
. l& n0 Y& r& a0 }1 {: F溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再" x; [1 W8 D q5 M$ {; O" |
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用. F' y% v& o2 s7 D: ]; n. X
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
6 H; ]4 t! x9 u/ Z) D铝产品，据称能耗低。* d8 d9 e _' Q! Y
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
d' e9 i6 T* _# v( `2 C6 U解决建议
( r+ [+ ~. p3 N, Z2 l我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随' t9 H$ d. L; D# W$ o
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
, |, n* k& ?4 d, z( ]内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，" l0 {( k# j. A% _6 i( D
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
6 ] Y p+ v$ \+ {/ j+ a9 K7 a佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
0 j1 ^) T/ A7 ^$ ?4 l) [认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方$ J8 q: v1 V) {6 Y: X$ U. ~
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研! Y4 ?/ L3 r9 n3 B* N3 {( @# o
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
) n, ], H7 ^8 w# \5 u反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、. m8 g7 @5 S& l$ h' v+ K, Q
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离: S( U$ k7 I( @! _ k. {
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
, O+ |6 {4 b$ u, x# h入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在. q' u' E" F- z3 D
以下难点问题8 `5 r$ E8 m6 {" `# w& J0 h2 m
2．1 产品纯度问题
% V' S- S' R5 d( r h1 ?' x氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
( E3 B. C1 g3 j9 C* r& E常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
$ t7 J# r' |/ i0 @* r3 I国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列2 ]% |# `2 G! V" N3 C5 t9 m
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
1 D2 S3 M, l& A1 U4 _1 o4 S( f酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
" j$ _7 W: I H/ u8 c品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化! P$ Q! s; i3 f* @* a6 w' m& q
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
3 R' v2 z; ?9 E& [, v& [, g, w$ F盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
, j& d: g7 a+ @; n8 a4 x d" \求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
. J4 Y. Y# Z* ?$ X6 U2 O9 f$ ?产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
( Y* [/ {6 m9 ~% U( E% r! `4 [( i* Y一/ c+ a8 L& Z( K6 t/ X
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推, ^( S) W1 d' r! D
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
/ [# w. X% U5 l5 {产品开发力度。 w4 g% N L% Q( O2 s
2．2 不溶物的问题2 X4 f/ H8 i3 D. W6 r% [
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了 i5 f. C0 U$ n! O* D4 X2 |
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
! M0 U* K9 [# T) N) m5 ~) V矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加* _- W: l1 _: P4 o) Q
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相0 s2 }6 d1 a n( p% ~6 V
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
/ x/ E+ H$ c) q* l不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解/ G& R7 O& S, U: F
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
1 K: `- n; B1 j* p8 ?果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择6 v$ Y: \) }! G: d( J: ^9 G1 G
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
9 L' D8 y- V& _; t自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积 V3 s+ U& n% x J9 A+ D
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗3 j4 V" r! p, l9 G' C
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，( J% O& e4 J7 `
通常会取得较好的效果。7 g6 A: v/ N) K
2．3 盐基度问题
. o4 L3 V0 t) F& \7 k盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
3 Y* p' x$ G! r( }" A- k# u7 e7 c1 A在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳% z h. \$ U* F, r) v$ H+ N
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考" m! x# a% P4 [: ?& ~# f
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
6 A2 h) @7 T# @) c0 h9 H5 n$ e: b铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前* T6 Y- ]- k6 w! m* V1 a
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
. V+ y* R+ t1 l2 z& T2．4 重金属等有害离子的去除问题0 h) R0 F4 g# k, s* h
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
0 C0 W+ K" E9 d' h在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
8 o& X9 `6 S9 o( C |/ h7 g f害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑$ j2 b5 O) |9 U! Q: Y: O$ N; A
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。4 V n$ [$ M4 o7 p
2．5 盐酸投加量问题) S+ X8 w1 p2 c% J( v: P/ h
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
# g7 `- D7 c O4 u+ i5 d( E& q7 z业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
, @( z1 M; x2 s' [3 b" ~本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶9 y" {) l+ t4 }3 u7 J' H+ V
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
- ^9 ?( Q( W2 `5 k; [/ ?# q题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥: h6 H+ ~! i! f4 O) z/ |. P
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数4 y( A7 t, ^* i- j* ?
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率6 \" [4 Z2 h" D1 y. E
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度- P0 M. O" |7 C5 I7 `
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。: O' p% K; y6 D- H; E; Z) L6 o* ]
3 结语与展望$ t8 K5 h) x( _' y( P6 N8 g
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
~3 C$ y$ G0 W; T品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水8 {" C% M( F% n# e
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
+ { A6 |; u+ y) c有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产' v& Z. q: E' B. F% V: m5 q
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
& D: \! b3 V: ~8 g品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
* I% w% U+ v/ I7 d由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
: _* ]) u; M: i; }# F2 j! A用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用 s6 [3 f' t/ t0 b @" J6 b4 m
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
; A) R8 W4 T1 ]* ]+ N H" l氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
+ y! n6 ]& {* H3 C含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
5 Y4 F- X5 z! [% q8 p生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究: K1 a# W5 p' w) B
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产0 k' g8 p1 O& ~, q
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
9 G7 b' @5 g9 s: k* x5 {. P% I7 l+ ^* g/ ^是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
4 D9 G0 B1 L: Y) L6 h是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复: U6 U* y) G2 }' g r+ P7 G3 b
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝+ |* g- v6 t" E3 H
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范5 S( C8 z3 c. m0 L1 j
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离# a3 D2 S1 ^) f/ a( Q2 u% L
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内' e. `' X7 M+ u$ R( v8 R* n2 Z
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料) A1 Q5 m2 c' ?; P) q
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产0 T, _* g2 o5 ~/ K/ m
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点; ?/ }* {' j. N, }, S0 G* }
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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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