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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
: K1 D! u' e1 d' f) @(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
& H3 t0 v, x. w# s2 N在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固7 c4 \5 l. E/ R& ~9 R. e9 m6 F
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处( E% a* k/ l1 y# n# Q+ ?
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
6 v1 w: K# b; u- g0 G: x. s( ?水、生活污水和工业废斜管填料中。
4 i6 z/ |; s4 K聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮- c# {8 c; Z4 [
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
- V( ]) z. E) j4 c5 h" b4 z4 B1 t投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量8 p1 n2 T+ i0 t; |" q
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
0 A% ^8 w, C/ u$ Z淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH5 V# R: t" u0 i6 f" E
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
$ Q" k$ t6 w6 k# d从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
2 j1 E# J8 S4 x% x1 A发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到# M1 {( u/ ?" X5 U b
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角6 B y) C3 Z1 z! @8 D
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述- R# e/ |3 J; u7 u5 |7 e
和探讨
: H8 q" g6 u5 y- C4 q1 聚合氯化铝的制备技术7 L" }& M+ A+ m; c/ T9 C# ^
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
* {: P# y/ v q+ D) t: T1．1．1 酸溶一步法; U7 k/ j* f8 X+ o- [
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
" T w1 p. a- V* f在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
* j8 u0 M( Z- S放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为$ i5 Z/ w2 z5 ^9 m
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，, P; x# x7 I% [$ o# }
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放7 e. ?: [2 {. d3 h
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至3 F& c; x% r# I' k( C
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度# V3 c# i, q4 P; W2 l- x& I) P
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺8 g$ b6 m4 c. U
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量) i) N" u1 a. R
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设/ e, G+ _" H# G+ J8 O
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重5 a1 x' [) X* Y2 l! O
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?$ o9 D7 q ~2 r" {* Q; @( L
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备6 [# w( J: Q5 ^/ W3 r* V6 a4 A
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
' y$ R |9 n/ E( J! P合氯化铝标准溶液。
0 _& R' B' M- Z1．1．2 碱溶法9 S- D3 G3 Q; p* @. @
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
) C* L* l' J8 L$ @. V# q: i用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
- F( b6 U& y: C2 ^( _( E的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠3 b% ]& P) h/ \8 l a2 |; k4 {: w
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
2 H/ W/ _( ^/ J6 y5 a化生产成本较大! Q* l8 s j; \% s7 W% ^: S% q8 v+ c; I
1．1．3 中和法1 w# u2 Q7 k% }9 `
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别% k% s" p B- G$ v( Z
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
( ~% }" u( ~& P6 V; y- \8 x! V9 y制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
% A9 G, d; `) Q9 f物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与4 |, }7 f' t* _% G W m. S; r
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
7 S3 C! S: g6 f* ?& n用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
0 D9 E m) _/ K: z4 }把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
/ u w' @" _: D到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据( p/ ~4 a) {2 }/ Z) o
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
, g4 d% @ X0 P- f1．1．4 原电池法. |9 P7 H" f3 e! W7 X
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电+ k: v7 @" I2 V* n
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆/ S* W! E) c: Q* y! S" w }
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
( b* I& t) [& ]4 z筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
/ u3 Y7 c$ d& T' G$ y4 D: k/ X行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产/ F$ K4 e! b$ G) L" w* n, C
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅/ C* j& K) E8 K) K& [& K' [1 J G
拌，大大节约能耗 ]。 |* `/ d; A! p5 a
1．2 以氢氧化铝为原料+ n8 J: x6 h3 b0 I7 X
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的" F8 W" l" L/ t4 z+ y
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。2 B \) w* K' \- P5 e# E
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普- [% }1 Z% ?, F5 t4 n- v5 _
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故/ k, d; e( X i/ k0 J5 t# \
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
& s6 ^# ?2 I- R4 f不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多' Z) G- ?" b) t7 e6 K: }
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
- l- M7 b/ `" v# z- \钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂6 h4 m2 h2 z! }! `$ a' n8 l
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制/ u% l1 \3 S/ c9 A! ?, x
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
- v0 H" f% e$ D% ~酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
* N( W; m% ~+ F. H/ I化铝。
/ _ S9 u. k$ x9 e: H4 o1．3 以氯化铝为原料
: H! t! Y* M0 l7 ?) a& |4 H1．3．1 沸腾热解法! X5 N) q( Y6 b
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
8 _. B; P1 b3 k* b7 }. |4 [氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水% J8 R6 M) J: ~" K4 x- ~ u
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
, h9 U1 k& ^& F- y合氯化铝固体产品。
! V; @ s# F+ w0 Y1 }! |6 l0 K" Q! S5 v1．3．2 加碱法
& [- `6 Z( Q' _* h: i! u先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
7 Y# y: }$ `: ~) |7 L) E" |/ @强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
5 w- X+ r4 x; Z9 ^1 [反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
* \! }. f: N8 v品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
- f- |8 _9 \; D- y品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
/ `# j+ H2 y5 r L* m通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
3 ~3 ]6 D T9 `L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报5 j( H0 d* o$ _- y+ A3 e
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到1 r/ L! H9 A3 i
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质; ~# x, \# A. C, ~
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
/ W5 x# h) g4 x/ F' s7 O; Q5 J# j& E滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘5 u7 b, T$ y( o7 u# g1 ?0 V
量也不高。
5 D8 T; a+ \; F7 V* D' w3 D, F1．3．3 电解法) A+ ?' H" J) @7 A' g4 `. a/ X
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
- i; E- k N) f8 p( o5 S8 R不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
: T. s6 |& y( h0 f- Z- b) K* A, X低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉2 i0 e4 x8 ]& N
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合8 a; k( M5 N, S2 Z+ H
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何, ~6 m1 n8 Z( _2 v$ v% m- `" j
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且, B+ g) c+ a1 t M/ A B
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的& e0 r6 L: @( g
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解; r; z) r' h8 t' u4 k0 ]" p0 E: P
过程中的极化现象。
}1 P3 Z i2 D1．3．4 电渗析法4 v4 J5 w2 N# M, d/ e
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
" }% q2 a; R* x& J6 g2 f1 c2 y液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁% a, ^7 X; _$ B
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应) S6 R* f& l* p( @9 v$ I( E# s! k
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
; J8 l' j# C0 U* d) S1．3．5 膜法2 [$ c+ Y" D. b% Z+ a) H. m
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯1 k/ u' F) V2 E, W% r+ j5 o
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液7 d7 V+ m; z% F( y J
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得6 I: Y7 A: x2 M2 `0 v
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
9 @: D& ^# o. P% b3 C8 W# n制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
3 {. o- T" z& \" v+ o6 K以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化8 H) n ^( i' K$ R' F
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。8 D$ W( J6 E3 U/ d; l$ P
1．4 以含铝矿物为原料2 j R+ T: S' q# h% }7 x8 c- z9 n
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
& ^/ l0 w- g' J9 [' f; X/ _6 h铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主* k+ \+ P5 @/ s6 h
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这' o) ]( L+ o- i6 I% u- h4 }
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
5 ]' I, ~$ _) `, ]% N& j: b! m- o般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等3 s" {( O! ]: w# J/ j+ h
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
' N. f( a3 X$ \2 K$ [分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
2 Z. ~2 s8 U. I+ D0 h& b0 [! \3 _氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为' x, [2 {3 L" M6 A, `8 T
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
% i/ e5 e# T# }2 {2 U' u可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。, L8 X3 G$ M* o' |3 K. s. t
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
$ Z# D6 P ?. B. B& y1 v4 Q8 t合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
7 k+ U1 l% `$ @2 B7 Y一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
3 G# }! n O, P酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。1 ?# W2 @" M) d$ O. s$ U( h
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
+ Z' I3 l" @0 s* t+ Z2 s大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残: e0 u/ _" P" z- r2 Z w
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
- \. ~* Y: d2 A5 F粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
& _- e- v D( F, x9 h对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石. i6 e( [, G$ W9 o; Y
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
$ k- E5 A u3 l7 l$ s溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越) n. ]5 r+ ]: x( x$ e( Y
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
t7 \5 s3 G1 Q2 ]% e- c' R: s20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
& n8 r$ j" H1 v, w: a- N7 `7 F氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
% u+ p6 U3 P/ Z) T( e3 B3 [氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝 J# T k6 F) Q& t
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于* R4 F [. w% f+ ^: Z; N, {
30％ 。' R* Z. ]. U' ?" q$ q' K
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法1 g* Y& n( C9 l7 w
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都4 M, R& D: S- |+ w/ C
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
2 K( g# g0 W) y& U其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠2 n" l; z- v5 {9 j$ h! q* |3 o
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备8 C9 [7 Q; w- ^) @# Y
复杂，成本高，一般使用较少。
: W! Y* p( Q P6 L1．4．2 煤矸石3 i* L4 p: y. Q0 u) U) f
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
) ~! u7 B5 p! j/ H; y- B物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
0 E+ i3 S5 G3 g增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
9 a2 k) I; w" F* ]料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
2 v% q$ ]! w o7 q T6 {# G且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分4 Y9 { d* }5 b- d
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
3 Z: L1 N! `/ p) g4 ?8 @3 M$ ` @( M' y5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合& C, }5 S( s: X& o; i8 s4 |- e% Z/ }
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
* K+ X B- t2 D* ?+ N n已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
& D1 A7 w4 j' E0 S" J; p% O0 Z# Y$ n/ B经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小& G7 K( }8 A8 \, {/ M
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
0 X3 [, p7 U( ]7 Q3 ?处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
, }8 _2 |0 P+ @& @% \# C G结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化+ [# D7 x' }( t' y" z
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐5 W; n8 P2 [5 G
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为1 f7 F: [* N& T3 f' r
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。1 C3 y+ Y# [- t( r8 r$ m. ^& A
1．4．3 铝酸钙矿粉
1 z) K6 d( p4 k& X$ f' g1 p铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
. C8 ?+ i* ` t- B# L" C, t6 E煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的 S" D: e4 D6 g; x: P/ h( n( V/ \8 @
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
5 x, R' L9 x9 b5 J0 x4 W(1)碱溶法
8 b# O; L% K/ a- W1 ]用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶5 B9 G; e: a0 H. X) K
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后! O% f( ^2 t2 u& Q8 u [) |
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH9 X' G. }. q/ R5 c
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
; n, \* l( e4 {7 ~' ~/ G- Q反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会; C0 u; i, j7 t/ r* H+ q6 e1 L
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
) W s% @$ I1 I加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠$ ]5 j0 ]5 \3 `- o! ]% `! L9 V
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化) J& j1 k+ L6 N
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
8 b- U9 `8 A' g% `+ v生产成本较高[19]。
' A+ m& G) B5 |; t3 J3 t7 x3 m(2)酸溶法
, u3 u! r: A6 I" i3 Y' r0 Z4 l把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
5 \& t- Z' v, W2 y( Q0 J熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
2 Q! J: s6 }/ X单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不5 I/ I6 y" i0 M, ]% U; l
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常3 P# U$ Q' E7 ^3 y" { |
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，0 `# x" a6 x4 d! O
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
! U- |2 S- B& Y9 _- l _) b氯化铝铁。* {9 |& L9 ?! U( }9 \% V
(3)两步法0 A7 W) u6 C7 M8 Q) B+ t9 }2 L8 ^0 E
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
1 A2 P+ s" I8 M, R艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量 X" y5 q; Y9 P9 _7 y
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是# J4 u; H4 H# T
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
' z% l' _( l) i# @/ m, }这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常/ j' T' p+ k% n6 E6 F) _ s
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化' ?' x p1 P5 B: ]. ^2 \
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
1 k' t% q" X9 M% i7 | W, m5 D流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
8 C; M4 |5 G% m' Z: i9 o酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化2 T2 s( c! s( k' f
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚/ Y/ v0 Y6 R( C7 X+ g
合氯化铝产品。
$ R, A% d, j$ u3 n1 p1．5 以粉煤灰为原料
I1 {( L8 J: ^/ b粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体( a, q2 ~: Y& c, o/ a$ s
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
# S8 r0 @/ Z: _/ s4 K8 n: z& {活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
9 ^* ^ J" g% N k& x/ Q9 Q常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性$ x" ]8 G& K" S0 ^& f1 g
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有& o a+ ^$ B3 ^ z, f# X
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
8 g9 y7 S3 o$ [9 I+ v+ \% B# i溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
* O T; _- r# }! z% q+ v" `用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用# Z$ j% X9 `5 {- m; x! `) Z7 ]
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化& Z6 a/ y I$ C
铝产品，据称能耗低。
4 }% y6 J; J- |4 N9 w. j- I2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及: s7 C8 l* O8 T: |. P1 h; J
解决建议/ i; C0 t5 X9 y ]- A1 I4 X0 q
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随8 |% O5 `$ b$ f* k( Y7 _/ @% z0 n
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
, T f1 G2 F% o/ p2 ?$ Q内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，4 o; |2 l- ^" G; c( P" | h
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最& i" n: D2 `; B# o0 H% t2 e7 k
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
j4 n3 f8 A9 w: J2 j认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
3 s" Y& d: K$ J: l) Y3 G/ L" {面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
) Y5 N* J4 r, a究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
- @ c9 j6 V- D2 E' z反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
: t! C5 S* T8 j6 I5 S% n3 Q* U/ g4 A硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离5 l) w8 n; n# T" [' w
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深1 o* W9 O$ C, g* O
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在8 T$ d9 @+ F, v m' D
以下难点问题. F) c- m) U8 |/ D, H- j/ _+ I+ \' n
2．1 产品纯度问题$ E1 d. R' {' ]' x& _
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
8 o" L8 g( F& |. ^; Z. F8 q常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
0 o* I+ n* I/ ]& w8 r国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列; p; f3 P6 g$ m) E
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝* t2 I4 m4 H7 B# k4 T5 o9 J
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
# B6 Q. @6 N/ G- |品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化- }5 L U0 N B/ m3 h R; s
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
# B6 O: E" q& s% D! V盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
6 |6 i7 `$ {4 F; L) @ } n求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
2 y9 u: @# Z6 f4 S, y产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之! m% ]- D9 ?8 F& d! K
一
0 F+ E, Y; J( l H5 z) F8 |* N。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
! r2 A9 M( b: i c" K广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
. {' G& x H4 U0 y6 x6 S/ b% d产品开发力度。
) C. d+ T( b1 a2．2 不溶物的问题% Z/ o; {: `& l$ [
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
' ~0 P" y) f' S7 P- E. P/ j明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
/ Y. m9 z6 C3 ]6 b矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
) {4 x) Z) F( O4 K7 ` K成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相& p; }, @' ~; s8 s2 d: [* O4 v
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低, ]; `0 t% x M
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解, y/ u7 d" n1 O( t+ F
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
0 `! D, s+ q* D+ `- V& }. i8 S4 J |果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
/ R' C: x& y" p3 i' A也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①+ M# f) k: |# d2 ~) X: Q% s
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积 O& K2 p9 x, j* v( r2 g! Y
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗$ a2 Q5 o0 Q! x" I
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
* }- O' H- |( p/ T7 |+ W通常会取得较好的效果。* F5 I: |" P3 c7 N
2．3 盐基度问题
, f. l. J* ~: j盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可# |( s! _3 ^" i3 o/ E; v
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
+ G4 {4 g3 d) H _& x6 m酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考5 N: U3 U/ h/ [! Y- g6 Y0 c5 H
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和0 o. x% L' d5 B0 k6 U% t
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前. h) Z2 B3 d0 ]# E! @+ b: b
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
8 H# l& W g) f5 p2．4 重金属等有害离子的去除问题
! ?- s9 n" p, P1 u8 J某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
& V7 ~3 k& R% p( r6 k& D6 ~在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
/ M* `' a' A1 j# @$ A害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑6 U) B0 [! m* t n
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。$ v# ~1 b( w- z. h7 Y1 H8 b
2．5 盐酸投加量问题5 x/ ]- Q& s P
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
7 r7 r, Q# H6 o业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成7 W1 N$ x1 v9 V9 ~, {; J
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶( z0 u8 ~2 m5 ]' I" v
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问) \2 | `( }) f
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥, ]# G( w" ]+ k" t! v( r H
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数7 q0 p" O6 e& l* K! _
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率8 F# C* _8 m S3 H
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
1 E t' E& L' S/ c7 i低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
$ f/ u7 r1 t9 C& U$ o3 结语与展望2 u+ S7 x8 o. C5 r& w
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
9 b4 T9 M8 |! ?7 T6 t品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水4 v( I, I) U/ H8 U$ o: Y( c
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
1 a# H" Z, f" ~6 G; ]! Q6 S# i有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产) c; l* u4 m. [' Y& A$ {% W
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产4 ^( e2 x. Y0 ~
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
. f& F0 z$ l( ?1 W' K由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
0 E: q3 ^! `5 r7 |) P9 U用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用" I. O1 P( H! H7 r2 R4 H5 c# h
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、& s. K; x# B2 V' X( K
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
% ]. T% J7 M/ M! V0 v含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
: `2 g, g- l. y7 ]生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
) N; R. p1 I& u2 W应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产7 I2 x- U/ D: A& m
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
. p/ [! \6 p9 C0 S# o! z$ v7 V是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
6 d. e5 R/ _" g$ X是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复 m$ ? e% m m A) o- Z
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝: H; b8 N" p/ X: \7 Y
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范$ ^% h! P/ _; Y! Q+ x* r
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
- ~- `1 g! }8 v9 w: `子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内3 y$ Y! L3 u* ~0 x6 \* R: e* j
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料/ U" _ v Z% }* l
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产6 o4 ?5 g+ W, x; Q9 F9 A" Z
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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2 ]4 N$ U+ k9 y( {: K( T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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