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潘碌亭,束玉保,王键,吴蕾+ G4 R) m1 y* s9 P+ w
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)8 A N' {* I. B* n( H" r( B
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固' O# g* k* b2 D& _" e
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
8 Y& g1 x$ p/ @理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用, x4 x9 J0 f2 P+ N5 `. K% ~
水、生活污水和工业废斜管填料中。/ e7 b+ |. s. L" h9 s* K' i" A
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮' ]9 H; I7 G- O
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代6 v! F, L- G# K. ^
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
3 X: f0 D: l8 Z% D* }5 W最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉7 O8 z) R8 [0 k$ K' Q
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH* W6 n0 o- o% ^/ [2 I- \
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
2 D1 B7 t9 X6 ~4 c/ Z2 {* n p8 v从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
( W L8 T5 u! {/ ]发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到: d6 I6 Q2 y& e, M" e; E
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
, A! I+ h/ F( P h0 W0 c度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述; p# W6 E7 {# N
和探讨
: `5 m4 \3 U' w2 g) z1 聚合氯化铝的制备技术( t( j( Q- o! B4 }. l+ M6 a; ?0 {9 _" E# S
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
# ~- I: d/ o& L8 _* M& f$ V1.1.1 酸溶一步法
; N+ B; \* T" D: b% W$ v' l F( U2 m将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
' W0 V0 v0 u: O: t在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
/ E$ K6 A6 @# i放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
Y. B' J2 V$ d放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
4 b3 S3 @* p# i, { \! k' x5 p% G水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
4 V0 k" `) O) i) `( a出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至$ h( T1 H; U' W& z+ L$ o
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度* j" F I w- K) }' f$ @
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
: c5 p" u# C3 s" x简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量" g* q }- M; g/ v
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设+ t' G9 W: k( U
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重) h" J# l: u9 u
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
* e' B# j0 k! b! l& ~, ~利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备9 o6 H# E0 |( c" o% R( t% N
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚, k* H% s) i! O0 `3 H% p
合氯化铝标准溶液。$ N8 [- Q+ ~ X4 K1 U# ~+ Z' c
1.1.2 碱溶法
- w( l. j v; d" b先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再) q# s \3 E, ^! X4 ~6 `
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法6 u' {& M9 ~; K7 _
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠; c- A% f* F8 b' h
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
* K" S5 Y% e6 u1 `6 J3 c& W" D化生产成本较大: T, E7 `" \9 `1 R
1.1.3 中和法. _' m' w' s/ C/ j
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别1 w) c# }! U/ q# C8 m# N
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
& r; r0 H; D" E$ B4 v制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
- c8 a+ Z# l( N8 k物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与) J+ v7 N% D; ?/ }
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
`3 @9 F8 R3 E2 [- c用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再& n4 _' m! G6 o5 m
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得" }1 g/ h! |& r% Q/ Q$ [
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据& l* e; v, i) o( q% f+ A
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
2 d$ }) R2 F, ?1 s# t4 u1.1.4 原电池法0 {* ^4 x6 f1 I1 I
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
; S. Y) B, s6 y ~化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
6 m- ]1 w! E' n& K: P$ {* b桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
: o% K; x4 x9 V; u* _& Q筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
2 l! ]. A" a% J; G n行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产7 P- M' D4 U& [
生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
1 u. K) o; q. l, X6 X$ a拌,大大节约能耗 ]。
. M- X( i9 m7 X9 W9 @( u# x% f1.2 以氢氧化铝为原料
7 q. E# y8 f. j, S0 r将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的2 _1 Q2 A) K* v( i/ e* N
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
- r: B% j0 F; M5 o. A0 `8 ]该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普* t2 z3 O( T4 S8 X$ y2 ]
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
4 U: j2 E1 S; }4 H4 R, \酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度: i2 [5 C4 [$ w, K) m9 @( G
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
% G! |! A, z2 z5 S提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
( p. H! Z8 n, L9 h' z# h钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂% G5 Y0 X1 ~( C+ L
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制; ?2 j7 j) ~! r
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝: t0 T( d6 @! v+ u& q k# [
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
# Z4 F) p; ~* M9 ]2 l化铝。
+ ` D# S5 A6 T1 V$ g |1.3 以氯化铝为原料
& h6 a3 x+ f+ n N8 x' v5 b1.3.1 沸腾热解法9 }3 f/ a; y2 O/ v
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
0 O3 j& H' X! Q4 e* g( Q氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
% I" _+ j6 S3 q9 P w$ V! s搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
7 u5 f) j; e: i& t; b合氯化铝固体产品。0 N- w6 X& ]1 R8 `$ N* o) x
1.3.2 加碱法
" C% m" L8 k. N- Y' Q先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下) @8 ]# K/ N( h$ B
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
2 n8 u G, j1 l' \反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产 [& J- K; C2 x7 ~+ d
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
& [ c* ^) I) }& f2 l) ]品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等2 c/ U* i( M/ z3 x0 z3 m
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/( [7 k. x+ ~ x+ e4 }
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报3 k/ H, e; [" R
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到, v% ]/ ~% M, s U, D. \+ }/ [
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质. _% e' n9 ]8 i4 y& I8 {( r
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐4 r; H' h0 _. s0 H' {7 }, s& J. Q
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
) o( T- ^! k: l量也不高。
9 P l2 y2 C+ g6 v# m$ _1.3.3 电解法
/ s6 I6 N3 E/ `该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
- Q/ {( m+ }% h/ O: f不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在
+ N8 p, O' u* g9 L0 j低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉' s: X( e2 S, [$ g
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合7 Q1 I/ M# b( S l
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
* D/ |, V* e" D4 a0 J( A锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且$ N" d' _1 @+ H. P0 I! K
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的3 C- T. X: E' v) a9 v& }
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解 V) E; A) j e& Z# c" c& x+ z
过程中的极化现象。7 g/ O7 y. \% r: M& C c
1.3.4 电渗析法
0 Q5 x& `1 @% K3 w, g# U路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解; V( A4 l% G1 D. `% B
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁. I& C* B- ]4 @- P- T
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
J- p* v) K9 u+ F5 o室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。. u6 t9 ~2 t, z+ j1 _' p
1.3.5 膜法
- X' z5 K5 j% X/ Q( n, v( J该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯* M) e& c7 @5 k2 a# d5 {
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
' ~5 |% {% l! {4 a# b3 z3 T* G通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得) W/ b" x3 }- ^0 W! t; ^4 e9 {
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
5 |; u# ]- X* ^& P; D5 ]: Z" D制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
% D* U- P) c( i g5 z3 w, v9 Q以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
& a7 z) H# I) c铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
# ^; A. w! D7 k" Y1.4 以含铝矿物为原料! O+ \4 S* p% E/ X9 R# u
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
; N% O h" Q; B* q3 [/ Z铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
1 m/ g1 l/ j0 |5 Y- \3 @. d要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这* k+ @+ z7 l; ?# ^7 N( U
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
& S5 F' _% R, ]; j- O2 ^般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
( S6 c+ e# v. T8 j" |' |1 ~的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
$ U& y; i d, t" N( t分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二/ K, m+ _+ s* D
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为! [' i# l, J9 W% W6 Y1 r/ S3 @+ F* G
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,' f: y3 d8 y3 w
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
$ O) Y3 }! u7 O4 _9 _! P4 i8 E霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
/ G& {! v6 _5 Z" V: |合氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
4 k# K7 h" _9 g, v) j一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
/ z# x$ G1 L1 h. N, u* q9 ~酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。% t. b( j2 r8 \) o: o( X/ t6 ]. R
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较 x" T( Z4 E6 Z
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残, M# O( _- E, ]8 }/ x; ^/ @
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的; H; m( K1 k- T
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
& f& o v# L$ Z5 R' l5 x% U# L, [对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
2 L H+ ~0 W" \; @# K种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸9 p: T1 P/ ~7 |. y
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
* d6 ^' s+ x1 Y; E; M% j高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
0 B5 j0 C- O, b$ n: @0 N3 v20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合3 L# l7 _- n$ L0 h4 {! y
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
& K$ Y; t4 e- V R7 O, {: K& @氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
) A7 Q P5 _4 [$ K q u! P铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于' |1 X1 [* U$ p" z! N. i
30% 。* @5 P" P7 d) b9 I
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法' H5 H N- W* G4 `5 W7 a3 a9 H
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都4 g2 n$ P# O- g# f- v& ~) X. Z
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
: H: d, X$ v/ x, ]其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
& @: ~- R7 y8 `+ d* y) x9 P和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备! b0 f+ g7 k" }
复杂,成本高,一般使用较少。
" ]6 {" |. D e4 H1 O7 m& I1.4.2 煤矸石" U0 z2 P/ `3 c+ D
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
! l' X; S+ r" {7 Y" [1 @物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
! W9 m+ {) n: i' c( z4 Y- D, Z增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
: X j. j, h) W7 V- D1 i6 j) ~7 M料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而" q& _( b% e2 `; r5 i
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
( v3 X" N" y% B1 }5 U6 ?+ A1 c数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
$ p& ~) e1 n% a5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
9 B1 E9 Z: b8 ^* }6 i) ?氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,! q. t/ N4 G5 F( S: a
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石: N# U' R* B7 l6 X) ?9 }5 f
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小1 K( P8 j& \ _5 g8 S1 Z( \
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当4 Y7 z0 L6 [; }! y/ @
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
, Y- H/ o E: B2 Y6 \结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化1 ?$ F6 `8 v2 s
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐( w/ \* e! I1 {* D4 n* A
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
# B( \. T8 F4 c9 x$ U原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。. s/ U& v" v& n" Z* L- {
1.4.3 铝酸钙矿粉
- s6 ?" g) P1 f% j" k% J铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温& H# x$ ]( D$ V2 S7 X
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的$ Y2 l0 t3 ?/ l) P8 W- V: G
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
2 O+ X3 m+ u% p! q: B9 I(1)碱溶法% b% E) Q3 h4 L& Y
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶" m& A9 u' n9 L* P9 ?' x2 A- U
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后0 v5 H/ Z/ z+ X% S% M/ \
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH a" H- V: B' ^8 g; U/ ?
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
9 ]" }' ]5 l0 i; P7 p, ~, N反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
* f8 R V- u- @0 W( b; F) G9 s形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中4 k5 z, t3 l @/ Y
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
& ~- O0 Z; f% Q& l状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
9 i P' D8 i+ E' Q7 o9 o* W铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但3 X/ E" z9 W# ^2 t+ G
生产成本较高[19]。4 g+ p; a! M6 F
(2)酸溶法
: [* p. q0 B. A2 I把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
# t' Y& R7 t' z* V& _熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简5 _- W1 j+ v& x4 y1 Z- J @+ ]
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
l. P# @ e Z; ~( G7 A$ L9 d& \7 W溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常: b4 n; r: ^9 [& A# U
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,* L u9 D2 {/ l. t" M' y
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
2 D) D1 p8 e" n* _" [氯化铝铁。
2 W' h0 r+ j* y. x' U( F; t(3)两步法
8 `% b5 `1 V! r4 o2 x1 T, i4 \$ x这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
5 a, u$ O) W* R1 W, K1 S艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
, a, X. M* }4 F3 r5 }. ?! N, H* F比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
# V, ~ j: H+ N! Y把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
$ K$ }0 L0 V* I, w, H+ i这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
- ^7 u* W3 Z' W! {2 v第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
: D" p6 N& A s: v铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回( T# h( M% E* v W' o) l4 z
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝* I7 a; H- J3 u$ }) O# U. H3 M
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化; q% c$ o0 G# o+ e6 p( {
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚) r7 v. H0 |( p/ @2 w
合氯化铝产品。* D3 Q. g. P+ W' c/ |0 i3 L3 L
1.5 以粉煤灰为原料
; a* y; }( b) i7 ?( ]粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体$ [1 P& E+ A) \; z" Y7 Z* W8 x n
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.3 u6 Y3 ?% s0 V( H
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
# a* D9 q& J; S常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性' \# L, `& `, h& J; @6 `/ [+ L
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
; ]9 ]: T1 n" W人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸% a3 \& z, D2 K
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
( B$ i4 U6 k5 t用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
3 J" \' L* }' B/ c粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化* X/ }* l; K" G: h
铝产品,据称能耗低。6 X `# x8 O4 `' _/ J6 |8 F- R( Y
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及, ^& R/ m! I% o1 v! I0 Q: l
解决建议
8 q$ O: Z7 F8 B g我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
( D% E9 o. L: C$ v4 @着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国& v' q, I3 ^: n6 g* x
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,$ e2 d4 n' q& ^' A
但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
- G! y$ i# K$ I佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者- S( O9 q# T9 K: J0 Z: E. l
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
6 }, V- l6 H( [4 ^( S面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研' V% i7 }) d$ q* l) b
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
& q" i7 @4 l0 x% F反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
7 G0 K D) ^7 R6 K* G硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
5 R. P: i6 e" K- C/ c子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
n& p/ A0 u$ g Z0 x! B8 Y入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
' F Z7 s7 I% L+ G以下难点问题
, K5 W" @ u5 y4 C( t2 J2.1 产品纯度问题: i+ f; R& F* e- k
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通3 S% Q$ S" D% p/ }
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我0 c$ b; V# y$ t9 a1 C; K
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
. T# Z- H( `% D产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
1 h" P0 ^/ O( U( u酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产1 _: |3 y: ?; G
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
! N9 T+ x8 Y+ X! f铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝; {7 t$ t/ O% j% ^: }! Q
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需# Z) Q& T: R* y
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
: _$ T# e! {6 i% C" v$ u产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
7 a: m, b, r* M0 v3 i/ N一
; F! I# A9 j6 f, x。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推3 E. |* d- ^3 v+ ] s" c/ X) @: r* H
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新5 K$ s! L$ e6 {+ x' O5 f
产品开发力度。
6 |6 B7 ] s- y2 l2.2 不溶物的问题
" K6 \8 m: W8 X/ O国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了* R8 s. s) d F0 m4 j9 y0 o
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而0 K @8 }/ q: g _9 j- _7 N
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加& T1 q- Q7 o. E+ \# K
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
4 Y. J. a2 a# k J$ t8 t7 N6 m7 M- K1 V应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低! K- c2 t; L- R9 b% x
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解) `" z& f: K. [+ j7 J
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
, H( a( U; V9 `$ s果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
0 e0 t3 Z; @4 k3 h也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
2 o, _8 r- t* O1 _自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
/ n. X' b8 q* ~% @小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗2 b1 y, _; p' T/ f- n; W, y' \0 p5 b
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂,控制好投加量,
4 Y" l3 V+ J, J% b6 N7 l" A: Q通常会取得较好的效果。
+ h% v) n& B( i% z9 I8 D, o9 j( t2.3 盐基度问题
# r5 N1 `5 f2 i N$ ?* r* q盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
5 k/ P$ j4 H! Y* K$ _" ^3 h* v在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳+ A6 m% ^9 P1 U! {, v6 |
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考7 a0 G) p, K0 o* X b- B/ e; f
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和7 _ ?5 J4 K7 e& f/ p
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
8 S7 I/ w" o" l: e# j! I国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。1 T+ {* J4 b) w4 ~! }8 e* u
2.4 重金属等有害离子的去除问题" A$ Y/ v$ w B" f7 C. o' g* S+ A
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以; v' G' W$ \: B+ v1 L5 z$ z2 v
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有: v1 ^0 F( V8 a8 F
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
+ k9 V; N7 t$ Z置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。2 Z4 r) {/ H( ?- V* R. m9 K
2.5 盐酸投加量问题9 O9 z, k7 d! Z5 _) j/ A: m- V
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
, v. H! F' U$ o. ?$ W/ [: V4 Z业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成' z0 d& k( ~) ? \
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶7 }- l f! A$ J+ h7 F. M/ v
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问4 i" r0 f' m1 X
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥: U% g" U% G; A6 h* u
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
+ G7 R8 A2 S" g2 ? N通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率# [5 {# m0 F# M& G
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
* n: {/ l) L7 L) X3 L% N' X$ a低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。# r' V. j% b& q) N; H+ ]8 v5 W
3 结语与展望2 |3 n# ?; C9 r( Q; j$ L& l0 B
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
+ V1 [$ }. t8 r7 q品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
6 M7 ^2 g5 p# @ c2 y/ u处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
/ A4 q! A! h, j+ L* Y有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝产
! n @( h F" k. `/ Q. t* o品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
( R; N1 r4 @- f品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
1 x) I* R1 v$ c4 h$ C! `5 c由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
4 I. s3 }* [. |1 v. s! c用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
& a. J H0 [2 f此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
6 C4 q' M4 P9 k4 N7 U氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用6 I9 n+ F9 N! w5 r/ u! f# x Z* x
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
+ t) V+ R8 x/ g# \5 f+ U8 A! q; E' {生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
; d. n/ j! s/ l7 B: I: G4 A应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
) d/ b' k) q% h9 W2 s) R8 K/ V聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,2 ? u2 ~$ F! j( |- `
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
0 l& S ]' _7 J7 G' Q; [是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
& r* W: w. C: k8 q8 t- u配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
, Q1 x/ i+ h+ @剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范* X4 S5 R+ @8 q9 t) {) \
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离; w9 M1 q4 |5 [: k4 x
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
$ f( g( Y- Q1 n c8 {PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料& L# f B* Y+ u9 n& k
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
; a* x8 A* k, X1 a" f+ c+ ~! s" Z) t工艺,必将成为今后工业生产研究的热点, y( f$ C1 F D/ R9 f4 P
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9 ]9 b7 N7 R) G* W3 x; j5 I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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