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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾" A$ N* k) f" }: @. V
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)& R9 q) j3 {' e, {$ `2 p- J
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固+ u# Q: ?) b8 f: n1 p) |
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
8 }1 k+ s' ^7 d3 h. ^2 z0 X理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
/ h* ~3 ] z" x; w! y水、生活污水和工业废斜管填料中。* f9 m/ v+ U4 v+ P8 f
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮; r6 U$ ?4 R9 ~8 ]8 b
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
) i! O$ @9 s. w2 m, U# X投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量- Z2 u/ |$ a7 M: P
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉1 K+ C. K# s- L1 t( H, b
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH& Z# q: a, u6 h( I, _
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国- X0 E& P' C- M1 G
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
, g, Y5 A. S) @- ~/ l5 G" K! i" a发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到! U+ g9 n- b% V
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
1 I; K7 q% j1 A度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
& d1 |0 z2 d2 d5 w7 a和探讨# ]+ P8 ?& y. T1 F. X2 v
1 聚合氯化铝的制备技术
" W$ K `7 B, Y: W2 T. Y T1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
$ y4 g6 V) L0 ]8 r& y9 }# c1．1．1 酸溶一步法1 B) D/ v; X5 o0 D. C
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，. t ~$ W6 r2 X
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
! _8 T& @0 O7 Z( `3 N) E" T放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为# N0 E) {) g9 C+ Y0 T' B
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，7 J, {6 U' k& m b
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放6 y: b) s8 j$ [. H% w9 ]4 j" k8 N9 M, ~* S
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至# d; s- x- }, d) {- q
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度2 D& o5 X' Z% B, o' L1 \% r' g
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
[* K. ~& _' s! E0 C3 p2 R6 s简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量1 w' A$ b! r* Y' s0 l
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设8 \2 R0 O ]1 q( F4 ~
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重9 U* u( [+ t+ \
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?1 P& E: k8 {; D7 K
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备& R6 b& x# P f5 f* t0 M: _* m
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
|( Q9 I" v% x& M7 w合氯化铝标准溶液。. G8 {6 e6 l ^/ r$ l
1．1．2 碱溶法6 [8 K. R) o1 X( ~& w: O
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再/ A4 Y* e b# X! e& I$ A
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法, [5 u; b! B+ ~
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
' V2 F1 y0 ^7 u2 v K* S! U- o含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
2 U& n+ n% |' x! q8 i7 y8 H* y化生产成本较大 _3 K# \( r* y8 J3 y/ T1 d t
1．1．3 中和法5 s* U/ G% w r. `0 x4 [
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别! \# l: j& u' y+ m
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
) G. U" p) @# a6 G% Q p制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶' J) b3 K# ?( f$ S9 F# H7 Y
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与8 F$ |) j5 t2 U" |; L
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分! y5 l5 S6 s) b% }4 m
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
+ r% j) i6 W% _3 L: J7 u( q( z把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得2 r' b. W/ V! q3 r8 S& _) D
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据. _- X# F1 j) e
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
. Q- S3 Z8 _7 t5 L4 O1．1．4 原电池法
. r/ V' p, s- V9 S- @% i/ \该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
2 \; {* |8 ^8 }/ `4 @9 }9 d2 T化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆+ m9 V, z7 ?) l' X
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
" \" N" \8 J4 F: S; q$ t( G& b: W筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
7 ~6 c$ G$ ~% ~ }" H( j/ Y行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
* E# R6 Y. ]/ i7 N7 R$ f c. b" X生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
2 j7 q+ i; n8 |6 s# f: Y7 _拌，大大节约能耗 ]。4 T! s! d Y B6 ]
1．2 以氢氧化铝为原料- W% `6 O7 y3 k, S
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的- r9 t7 i% e7 x( M" C3 U6 e% }2 @
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
: V3 E& O, n) t该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普( ?! @/ {* J; s3 K" a
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
% z6 }5 j0 n, o J6 k0 _2 p: |+ P/ h酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度; m7 J, r# ?! b; f ?
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多- q( O6 {, ]2 t/ N) D+ \3 z
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸7 u( b0 d- b" z* C& g
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
: t0 u& J# T0 a: F1 X9 P N质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制2 `# g1 ^, G- W: |5 j
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝% X! g: d" {9 ?) x9 u
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
% h0 |) V: z* @+ ?# S: E化铝。
* L* [% W8 W6 E7 j1．3 以氯化铝为原料5 q d0 v$ ?' v5 [! E
1．3．1 沸腾热解法( I$ O( q4 h9 m, d3 P+ c4 Q# [
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出* y; z: X: M9 D1 r- J B7 z
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水) _! K1 W+ t6 ]2 ]/ _: {7 n
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
! W3 T6 P; ~0 M( Q2 M# y合氯化铝固体产品。
y2 ^% p0 s, D) D2 I9 ^8 u# I1．3．2 加碱法
& z7 U6 e8 N* o( s先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
3 D" w: T/ L- ?! R强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
! z) M5 Z' n6 s: a反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产( Q" l% n+ F2 h. q$ r. b6 v1 E
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
1 R* L% c6 k$ f' q品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
P+ h. Q7 Y: G' ?9 [5 ?% H' ^/ m通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／! h' x& ~7 F1 O$ t
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
) s Y; N% @5 g+ w# x" n$ S道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到6 m+ q' _! F7 n( K
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质4 V/ j1 K& j+ n* `+ b- r" T
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐: t$ z2 ]. _( U8 V! \% i* ]' u
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
' q2 e+ u# A% C' O/ ?量也不高。 S, R5 p! r' B$ T L# [
1．3．3 电解法
2 e8 ^. X" ?* M( ]" U( T该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以1 ~; s. L7 f7 W
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
6 p/ t& a3 ~6 E低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉7 R# K, J* T4 O4 D0 x4 a
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合( V% W2 Q/ ~ H+ X" A9 y- H. R
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
1 c* Q% I S! d1 A' k) r1 ]/ ~锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
5 q$ x. d0 X0 g% `! z8 A可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
1 m% M* a1 y5 f9 S% k* T倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
; z- ~. [' W6 z( B! c: C, n( i过程中的极化现象。5 _5 q& ~2 a$ L3 ?! g2 s c* @
1．3．4 电渗析法, D" V% W7 G. E0 Q8 ^* D$ m9 n
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解: R6 @1 _- [: E" M( j, I
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
1 p$ N( o6 P/ \; N1 v; c板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
7 e) A7 k- N% j/ I: G6 Q室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
% x8 [1 Y' S6 M0 s, D* i* |& D1．3．5 膜法
7 ^% z! m7 {: T$ n) L4 w3 ]该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
. W2 d+ S2 G% n7 @# B5 B- f/ l化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
! e, |3 s& Z- U, @* Y6 S通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
! w' _, Y2 k, r( J0 OAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
i2 F" b, @0 T. n/ U* |制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％4 W& @) y1 f# U; v x
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
! i/ v' K: l F' z+ Q# x铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
9 B7 T ~8 i! y% p% x( P$ h1．4 以含铝矿物为原料
: n: A g- b# \* [. u& b1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物8 [7 d0 J2 h* \. I+ k* r5 m
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主: |- H3 G+ ~/ k
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这: Q0 A, F( O# r" O
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
2 _3 n% j) a. z! L2 L& h9 U; M般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
9 }; B" o; F5 ?: K: G的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其" ?* b3 Q& V" j8 l
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
. Y0 w& }3 g# _) W. j. j, J' Y氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为' |+ d: K# }6 y# O, b- x y
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
7 @# X& G N' P' {0 d$ j. _) `8 B1 V可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
" V; e+ y6 R9 Q8 y. r. T霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
4 U q% G @- Z0 L0 D/ S& i合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物+ W9 y. R' p6 c2 j" a4 w; c
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。6 k% ~$ U) ^0 _4 ^3 u
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
! F) o1 x8 J; E. k% u* T* K4 |2 ^& T! {生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
h# l- G; R R$ k9 S大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残8 ]6 u5 G: M9 h
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的) C9 k! y; v" r; L* c( c
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
" a# g' I9 g7 \6 {3 e' F! k对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石* \% _4 j$ I& W' a! {& y3 `; |
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸0 t- a. q1 g7 c0 [' f
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
2 {% J0 y6 w% |2 A4 C高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为4 h4 O/ F% | t! a2 K$ [. P- ~* S6 E
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合, k7 T7 E* |( q
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
: ~2 R' j' e8 j# b5 w" [8 |% \氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝& a( \' w$ O: t" U @; D
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于% F! ~. h6 M5 ^3 L# V
30％ 。
. e& Y2 A) \: ^' M' u! ]一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法 R3 A( L( N0 d$ Q3 @. F' [, {
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
' b3 c1 U, V; v6 f! ^8 t: O, `需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或4 ~% u' o4 P, d9 Q1 \/ K
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠" P- H4 u- T; e" R, H7 V
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备, z, q5 O/ }7 g, }6 f
复杂，成本高，一般使用较少。' \9 a8 I' U& I3 @# S- u# k6 G
1．4．2 煤矸石
6 D) T: Q! u8 y q- O, z2 ~' U煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃7 N4 J; k% q6 O% }9 M5 _7 Z; J
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧3 |$ a/ K/ y4 y6 A6 b6 m* ^2 l7 v
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
9 E& g: K. r$ a- ^5 W9 e2 e料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
. Y9 ]( c0 ^; A) Q$ l且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
4 Z0 z' P( Z- `6 @6 L/ c/ ^数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和4 c2 X" [5 x6 B+ u/ P; N1 D
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
8 r7 v6 o* n6 P4 U+ ?1 B氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，2 R! g( l2 t' L# T8 a8 n
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石8 \( A/ t% a/ \- Q; A+ U$ I3 h
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小6 b8 X7 W+ i1 w% ?2 z+ g
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
4 o" x) {( j) i( K. W3 h处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
( }% `& r f0 {+ |. B结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化( Z8 X9 N: u! m. i L
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
, ^5 |/ I6 l/ S- a/ `: D* O. K基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为" @. X- b: T- X) m
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。; p* ?& r/ j/ J/ s2 u) n
1．4．3 铝酸钙矿粉
0 G, F+ ]: b2 V/ B4 z铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
H$ }6 _) f1 Q4 m" f6 T3 b煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的. w6 {4 ^3 ?2 ?+ f5 N* y+ `# {
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
; f' ^8 K$ j* b Z(1)碱溶法8 e' ?4 A* e0 B% s1 L
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
8 I7 `$ G. K; T B; W液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
: b5 o# o l& k/ }$ b在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
/ n$ b+ A {8 ]* [, ~) K6 W5 X/ r值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
0 V' D( T2 ^5 h4 L3 a反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会# R# j v9 A3 {( N/ |$ _
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中% ^: d3 N* a. K S
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
# d( L# [, @1 @+ g& J- S状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化8 B; j8 ~7 z7 k- N+ j
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但9 p; A9 B' F1 ~3 b/ c
生产成本较高[19]。
- V* a" d$ X6 `( N(2)酸溶法8 s( ~) q3 l. [0 B, `- y5 [4 G
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
8 _9 x$ g b, j' i: G `3 B" f熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简" G2 Q- ]& ~; E- t5 I. D
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
8 i: y! I' v1 K) Q1 K; a& c5 d溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
3 s* F$ A/ U5 [1 T4 l: P不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
: A- j( M" U: V. R铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合) T1 m& @ E* I( H
氯化铝铁。
* b3 v: \7 P3 s# m4 _) p2 u# \(3)两步法$ y X0 o0 c0 S6 ?
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工& R0 ~4 x* M) ^3 }
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量" j7 M+ A2 h! r. o2 X/ l
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
/ e7 P" I7 t5 s9 C! y把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。2 K x! i M6 _" E+ I2 Z0 b
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常. h# ^3 `; P+ \7 V2 o
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化1 m5 H" d ]7 E. D
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回$ g- `3 I, J3 k
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝 W: _3 o) h0 M) i$ _8 J
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化. ?9 }# R" ^3 V5 Y8 B9 k" l G0 ^
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
3 Y4 X" X! }& V3 F2 S合氯化铝产品。* e1 u( |8 F4 v
1．5 以粉煤灰为原料' K0 E) C8 R% }5 O3 w9 n% Z u2 [1 }
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
/ \8 T9 r- J9 @: ]; _6 B废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．2 L" f5 ^0 u" V- a. T: D8 r
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通! b R% p* S6 W8 Q, @# ~( U' E
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
8 @) L6 M" x: `9 {高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
) i7 w" z, v3 L7 F5 W3 q4 v人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
: t6 ?7 U$ Y* Q* U0 M/ E( m' e* k溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再) ^4 T o8 ?8 Y/ [( }/ j% V9 ]' v B
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
. P! K. d c9 C# m2 j粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化/ {% `. K, M! a1 y6 B0 \
铝产品，据称能耗低。
' u5 v7 F: _7 e: ~" m1 o$ o2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
9 \: H5 r0 x+ A. i/ l解决建议0 X# \; k' Z( v* `6 l+ m
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
- ~! U; k4 Z- C. A6 R着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国( B. e2 f% J4 {8 c0 `5 o! t5 u+ q
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，; d% s3 X8 J3 E0 w
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
& h8 P. ]2 M) q& D a4 ]" Z佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
( W, }) P2 L% C( O) @4 Q认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
- r" n5 d" O+ P/ R$ A; B面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研! P1 _! }1 a$ _: g- a, u# [
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
& e( m: t6 f* Y. J3 |- S9 e. e$ C7 E# Q反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
# I8 \, k7 k7 D' x1 f硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
" o6 Z- L7 i! r' X子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
4 ^4 A$ V$ F2 p入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
& K6 Q$ F: Q4 e# G1 X4 f- y, E' T1 }) i以下难点问题
* Q8 r% u' d- o$ S. w% c2．1 产品纯度问题
$ ]' m, q" n/ \6 Y+ r5 Y( R氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通& v/ d4 K& Q& o1 G) W/ U- M
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
& | v2 N1 W6 J8 q1 `国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列3 y* Q5 |% I7 g8 z7 m9 Q- s8 _+ g
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝2 K6 p( k% p8 A9 |: {7 H7 w
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产# C+ b: y- X) _* p1 N
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化- M2 R) U0 z! T" q. ^9 q
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
3 K0 x- Z1 w8 z( N( m [盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
- B' j, p* G& c求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝* d; q0 v9 m. Y
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之* |. R+ u% [/ ]; q/ A; l5 v' K
一
, a( j9 d2 r& D. u。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
% X2 u8 P. W: c% }( J! u广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
4 a! a3 H/ F8 x% c# C$ w% `$ J! H产品开发力度。
, b) z. k- K) e6 ? m' A- d5 R2．2 不溶物的问题. R- `; Y6 m! R
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了9 w. l, h: }- x; A
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
/ `% n9 c3 X2 K7 z2 H+ n* b0 ^矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加7 t: N! F6 T' p9 U3 X0 ^
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相' g$ Z. k. \& r7 o9 l0 W
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低, D6 Y& c, {8 A1 I) a
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
' q6 l; P Q V& ?" S决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效3 H& g% z) S( n: v% l) i: z7 ?
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
. I7 M" |& P4 K$ g* Z* x也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
6 l* I w6 E9 T自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
+ ~2 y/ ~( q: k. t小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗/ v( W# ^# [$ E- m
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
: V8 k$ X8 I# D/ b: d) [$ e/ ?通常会取得较好的效果。$ t0 y2 p' u- V
2．3 盐基度问题9 |4 P6 k' e$ b' N2 }! E5 F
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
% j1 S/ o$ N2 m t: V% C在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
' P# j+ G5 D5 H& O酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
7 ^) c* L6 ]: v, A. z& U7 f5 n S3 g虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
0 A+ U o2 U/ [6 t( t铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
" t* K( p( t4 R% D国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。& c9 S& h8 _6 x1 U$ t- A
2．4 重金属等有害离子的去除问题# K0 L3 u% {& m5 H6 N% D- X) ?
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
/ R: B5 q/ q4 h; s& A7 ~在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
8 q5 u7 u. D+ J; M( y害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
# g" s# o' b! L3 c' j# e置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。 {1 u, {/ A+ O
2．5 盐酸投加量问题/ D4 ~! \4 J0 r* n/ M" [3 y
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工* h) z& l9 P) v8 ]! Q: _
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成1 n$ ~9 v( w. g/ N8 H" |, a. P
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
$ M' a! A) b7 F1 e% j+ u* N法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
f6 \7 b0 P }* ?4 i题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥$ z7 r) U$ |9 R
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
3 i2 A4 ?3 I2 t+ O& I通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
+ }* U7 e5 D% I8 [! T5 X- l低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
, H$ @5 X4 Y" {. R低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。7 C- H: Q: k: ^! \- @0 ?
3 结语与展望2 M7 `, y) S9 u% {; G5 H/ p
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
" q8 O3 p: u) K! I- b! M S X6 B品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水# C! n) W& }" L
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上1 g$ Q+ b& G2 D- E; C: n
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
( u3 s2 J: E% Z5 M* ^, `品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产/ Z9 q3 z# P ^2 [6 `0 T! u) S
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
2 c2 L% d$ _' B由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利- [" i( F- d2 D( j. O
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
9 {9 i. F* C4 z8 @/ _8 x* S此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、9 H8 r; r' n) ~: M& W
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
1 L( e3 O) _ P; g9 ^含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业2 E* b% ], [2 y/ } K
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
/ _3 O9 y* W+ [3 e) z应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
: ]: D7 M( C1 n( ^ Q3 I聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，, Q9 F, J: c2 M3 L5 F& P
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向" z7 i% u4 P1 o$ {! A$ W
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) _, d& z! S3 z5 @' k* Q
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
1 U/ g1 H- f! @$ d( [8 S$ p, W剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
* v2 U8 E% g* M8 @& B$ g围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离2 Z4 R" r1 U. C- K$ ~+ F. Q3 b
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内$ w8 {* J- m4 V/ p/ @
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料" }# }) Z' }: z( ]# _
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产# J; ?3 O! ~3 }
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点/ n$ v) P' `* M% }
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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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