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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
1 `' R* K @* T3 f(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
, u, `! U `% B' N在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固: m7 v4 V9 t, L% S1 U; ?
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处% g, }3 Q& w$ M# ~4 H* y$ O
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
% F8 R- ?1 n1 ?0 u: }6 b水、生活污水和工业废斜管填料中。
% E2 ]* y( b1 H6 g8 ~& H! g聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
$ x2 B8 G' p, S1 e! j |8 F凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
9 J# J n& m a9 W投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
0 R# R* p# y& ?5 u" A7 i8 ~1 A) ]5 y最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
& E3 C0 I+ n$ H( C# k* y8 h# ^淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
4 x2 X8 q9 R, ? l! l! X& @值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国2 D2 }" I# i* M, D9 Q* [
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研: m( ^4 M$ Q; O3 q4 N1 M
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
4 `, ^; C5 X& ~% {7 K) T. n% @5 q, Z了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
" i" v( d" t2 }4 A# Z4 I度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述$ G( e( \, Q1 x
和探讨
. l" n A. a1 Z; e1 聚合氯化铝的制备技术1 i( y+ E0 m, r. Y h' X/ f
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
6 B1 a# t# Q' N b8 O1．1．1 酸溶一步法0 Q7 M: F6 R: r1 h6 D7 h
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
) Z% ~4 p5 F2 [: p6 I4 D; S8 F在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
g0 \6 S6 S- P! r' l放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
9 f$ I2 D7 J5 J: ~放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
; m: b/ v. @& n6 d+ w水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放2 R% {& s0 I% A/ `; z8 ^: T, J& x
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
" i+ y2 N8 c# u9 g不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度3 C1 t- ^ h2 o5 D! s ]! S
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
3 M, ~5 C4 {. x, x% B简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
" o! @" ?9 B- L0 J# J; O# T; A3 m较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
9 P9 L: m9 B8 L! T! B6 ^6 g8 Q9 S7 m备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
$ K1 ?9 Y j" A7 Z$ E5 E& j金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
$ M( B( h2 H# \+ H1 o利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
1 R3 c; i) H8 _/ y+ g, x8 C出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
4 g% F- C; {( X& v+ X: {4 z6 B' k/ ?; \合氯化铝标准溶液。
9 S, y, c- i8 n1．1．2 碱溶法
& Q, X. a) N. ?9 o8 P3 r先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再. x, H- O) m- x4 i# i9 V( d
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
8 c" T) K# q5 j# y7 L" ?( \; Y的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠3 {6 n, ?+ ?! i J" U$ D$ A" w& O3 y H
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
/ h3 ~6 N1 G$ n& G) k9 I# b( I. v6 S化生产成本较大% ^" k+ ]9 X$ G$ U2 ]
1．1．3 中和法
q+ u5 @+ y9 x/ F0 A该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
( P. h4 A% j0 J# X, z制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即& \' y( f6 N, f. W; b9 {' M3 E# `
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶4 F) v: R% y" {1 S ]
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与; e# k$ F9 B! g. i$ m3 c) p3 }
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分 ~7 @7 R" P5 V& w
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
3 p" M, x, [( o7 V; U4 ?把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得- K/ W1 j. _$ `( t3 J
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据8 Y2 L4 N5 U4 n. T4 O2 c" V
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
# D7 y& |) h' U- }; j1 j) Y1．1．4 原电池法% d/ |# {' ?8 C
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
2 x( p7 ^8 x0 A' \$ U6 }3 `) o化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
/ U$ E4 s- N4 ?7 o. s2 J6 v桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属7 ^4 d d2 M% D4 }- s" M S
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
+ Y- R+ P; P& _9 M* q+ _ l行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
3 K& c+ p/ _6 c G- {生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅3 G, ^$ T5 { E" V! l& R, Z
拌，大大节约能耗 ]。
2 ^+ A A4 k, f0 Y( _( f/ w1．2 以氢氧化铝为原料1 ~* _, ~3 V) M) [( T: P4 M
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的* S0 l# k) y" u1 t7 k
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。* P4 p* P! c1 A6 Y) g' c
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普' Q& O4 s1 e" H4 O! g, ]' r& ?
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
0 e. a6 j# l! p# l/ Q5 Y4 `酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
$ U; g1 U% I: q( A6 \% x不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多3 E8 |- d& m$ b! F$ ~
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
- j2 e$ e4 v6 a8 z1 @& N钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂5 x" l# c* E' q/ a
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
2 d# k/ C0 |% U4 a Q' I得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝/ r4 R6 i/ g- N, `; v1 E
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯/ [6 p; y7 y5 A# v
化铝。5 i, x8 e. t& y! v- e. u
1．3 以氯化铝为原料6 T, W, [. M! a- I" c6 U
1．3．1 沸腾热解法; w9 e. @4 ~% _% H: I3 P+ X5 P
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出! O" }: C( d* W( [
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
6 e2 I# l% Q" e- g- T3 ~搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚( G3 x* ]0 [. d- S5 _5 N7 F1 e- W
合氯化铝固体产品。1 t# U7 j: j2 Q9 p" R* i
1．3．2 加碱法
& t( S& C( f* C# h6 V先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
0 b5 h. a' ^) p# C9 I强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，, ?$ W3 R- F: r3 q1 |
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产: Q: \, L: v+ u5 D! f7 i# d
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
( h& G4 c3 _6 g0 M' q( H品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
* F) O0 P3 O O0 z9 o' ] Z5 x' ]通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／0 v& T( J# W5 w/ P1 v" A
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报& a) F1 C: v' ^% T t
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到9 g9 X+ ?/ l, B
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
# e2 F. O0 a, f V3 z量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐7 L; z( H, }: X$ x
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘+ R: E6 [6 G" H" _7 n' P; b
量也不高。
: r G8 p# [6 E" V' P1 S1．3．3 电解法
$ T0 {$ ^7 ^0 N+ L该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
) G0 o6 T' L- F8 P: i4 g. x. Y不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在. t3 }3 v4 S6 L) M3 r* ]& ?8 I+ @
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
& g; Y ~4 i* M' G等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
# v5 O/ X' g$ V; b3 ?; |3 s \氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何$ J, y, |; l0 S0 d {' ~" v
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且0 s' I$ x* O' L/ a4 ]0 S
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
9 I4 x: M+ _+ I# H倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
% O) a& [& r( M) s, k- o5 ^3 P0 s7 R过程中的极化现象。
# Y% D! }4 T: ^" G* d9 G2 f1．3．4 电渗析法6 c: A; y1 [8 g" y3 z
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
" ~: d0 ?) x- [! I6 N8 Q5 W3 X液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
$ T+ n, w% B6 W$ q% Z板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应, K" w6 ^# o! V. m) o6 @
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
A. s1 [# y' h5 ^ |1．3．5 膜法) y, u5 s" e8 n' }+ c
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
: a# k0 \$ {5 Q' x化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
6 b) x: a: @% v, e! y' [, ?通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
: {. D/ h- u& e2 X3 C- m) SAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
2 ]1 B* w9 l( ]* j; a- U制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
: ^& _! g+ `4 W9 N+ Z以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化0 p1 e l1 r- m1 I/ x
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
$ {0 y( f4 p1 r6 ^: j: R; c1．4 以含铝矿物为原料
9 i* ^4 n( g2 F. n, }. M' @1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
5 r' ?4 @; F6 s' p7 ~0 {铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主" ]; N7 f9 ~" Z! F6 Z
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这; _+ G, H! A, _: [$ }
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一; @9 g* B/ f% m% h* G$ Q- m
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等' u% k! D; W; h# E
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其5 x- s# l) L2 F' j7 T- j% f
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
) }& a3 n# D- K" U/ Z0 |氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为: c7 j) u" o3 J4 _! c
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，* ~$ W9 E" U3 y+ j% }: ~1 P
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。& v% Z6 z% }& p' }0 u) p
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
" k3 X/ @# W& D: m/ Q+ x合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
2 S$ T5 y7 b/ o2 {一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
3 q) m, t5 b4 ]" I0 I酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
" `) a3 M7 b# b, q- l9 u. l生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较! b( \5 {- ?7 s
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
, F( a% }3 ^3 Z y% B3 s+ E7 X) f$ s渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
6 F% e( ?3 _& x$ K' ?% A8 F粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
9 V/ [2 o9 N4 |( K4 R% P" v对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石 Q$ [0 N) Y3 H* K
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸3 ?0 F& @! G' h/ i- q3 u, G, r. ]
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
; h1 u5 h1 A& ]高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为; j5 W, Y: m0 C# }2 D8 x
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合4 G3 ]6 ~2 @( P) r- _
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，1 e+ X' }" }# a
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝) b g/ j! J+ v; N; j0 M* @( V
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
. Z4 r& U$ t- o6 O30％ 。4 A" R N! {& k) E5 q3 p, N
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法9 G. t* D# B4 ]5 U5 Y5 W
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
& q" |3 w2 l/ k2 K需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或# S: c K; V- b, w
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
! n0 O2 t# T _, m' S和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备& U( H! i* ]0 Y0 R! M8 ~. Q
复杂，成本高，一般使用较少。* F5 E- y2 e3 i
1．4．2 煤矸石5 j; r! ~7 Y' \8 n2 F) s, y
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃' s/ Y- \2 e# u' Y9 d. h
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧2 M' M, ?0 @" E& N' q
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原+ Z6 }. i0 x3 [3 I0 y# D
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而5 b! Y C6 Y! s7 h
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
6 e5 l: d' N# u+ J5 ^, I$ w4 i数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和1 ~: t- J0 Y; h& U" a+ I
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
' k* p& P2 c C5 C* K. u* N氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
" e* u! s" j" F& ~已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石) L) f2 M2 A6 b4 j* `
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
5 y$ k' A1 I1 [- }- O时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当! i8 s1 h9 C' h* r& A( `' R* [1 ? k
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得3 P' N& A" c/ m6 K3 q4 C6 a% l+ i6 [. T
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化0 E2 i' Q3 S! H6 t% Z$ n% n1 W/ p
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐$ I0 y3 g4 V q$ @) y! n! X$ K% k
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为9 w8 d2 P2 |- y4 d- k6 g
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。/ U, p3 b# Z" }0 N+ q3 Z
1．4．3 铝酸钙矿粉 T9 _6 C2 ~/ b, f) K. f9 _. U$ Q) p
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温5 g/ Q. B1 [- e% f# Q+ y2 M/ X5 y* b
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
$ s, t2 J9 y2 F: N不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
4 i( a0 \! [5 u Q, z(1)碱溶法9 W5 q) v5 k2 y8 h: B8 M0 S
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
$ N' K3 L+ ~8 [液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
4 b' E- Q f: G% X" w在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH4 u s9 a, l7 W" P0 n
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
8 U0 n/ ^* K2 v; ], o反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
" Q% e7 S# `# ]" }" t2 W1 {" @) m形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中. T0 r* y; h1 L
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠0 h9 F' _3 E4 X$ X0 `& Z# N; \% a
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
1 T- X, x$ m4 T0 i4 ^铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
2 R* n4 m/ W4 M' [6 c( v& O生产成本较高[19]。
6 B" B! h* s, x, t(2)酸溶法; p+ N# m% l6 m% g/ i$ ?5 X3 Z
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
" b0 _1 w. u1 a6 R. N熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
. j$ _# n8 D: Y5 h0 l% B& u单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不4 m. [ g+ F, M% b
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
7 H. N! u( @/ G2 b不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，. G/ ^/ B* \) Q# O% ]7 L
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
8 o) k7 }7 z7 [- l& ^( Y/ U氯化铝铁。
6 p7 J: u+ u! `2 K/ {* o) K(3)两步法
( Z- B% x0 |; l9 t0 e这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工. n! u; z- Y* s9 }5 @
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量" t' v% _3 d- r D' B# F
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是% h& w3 O" d( ~0 ]
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。1 I+ F* h. d+ O9 k0 Y% Y
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常( \' t9 L' d2 u3 q( X
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
* N9 g3 B, m3 `8 o, l8 S) K; h5 }铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回 o- R$ M& _, I& A
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝9 u; p7 W6 s d a7 V& T a
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
' t" ^5 E2 F) P7 h9 ^ ]% Y4 y铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚7 {2 t2 r, Y* e4 _
合氯化铝产品。$ K1 r* _5 Z! x7 ]
1．5 以粉煤灰为原料
/ l8 F: m4 d6 v* K粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体' c* ~" n# N2 p! M& i% W8 L _
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．) h3 x0 h6 v7 x# q; L7 X
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通" p' `; h5 G( |: o. e& r! R4 b
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性9 U3 \! o8 g0 U& n0 p k9 P
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
) {9 D5 @, k% A: W+ ~人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸3 v9 R. ^0 l# s' A
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
+ z5 j; N7 e5 U6 L用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
# {6 ^8 D1 l9 z* p N粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化, v* X0 i! F/ w) I: H4 F" u# u4 t
铝产品，据称能耗低。
) l6 M/ X5 V# u/ Z- N2 ?2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及% t* U0 b) M! X2 P2 x4 p8 H
解决建议
: O1 B# k7 L- e8 l我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
+ V9 v! z4 K5 ?, t5 f/ m着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国0 l9 ~' _) B+ I) K2 K
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，$ j( E2 P& P8 X- k! v! S; c" D
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最; k' R3 l1 U, F& N
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者2 E5 ~4 _3 E6 O5 T1 }5 J; M
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
$ }( {" o! B2 R5 c面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
4 q5 Y% e* O- l; j究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
% V& ?0 F }+ c反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
+ F5 Z+ L7 t; X- E硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离$ Z1 l" _6 g7 f
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深3 I, u& t1 n8 D
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在9 [+ W! |' \% s; @7 V- x M# c
以下难点问题
3 a" n, d; `- {; z* ~+ y5 ~, k2．1 产品纯度问题) C7 ?! E4 A4 N# E
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通2 q1 \- X; m [) Q4 o% ^! N; V2 u
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
* m4 D2 H' m4 O# l8 j+ M国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列1 h4 m/ S/ d6 g) a! V
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
, e( t F/ N) R; Y' Y0 e* o- k酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
1 M) f0 x% L7 V8 ]- w品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化" m9 |' N# L6 ^! D6 K& y
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝+ d* G5 {9 ]: C, Y: L: d- |$ W
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需# {3 B+ g( w) }& A
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝$ u3 L* x8 G S" R( B; o! w
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之! Y) F- I1 @( F0 d) c
一
) |( f% J- o- v6 f3 k' r。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推; ~; D9 J) A- V: |* S- n% s
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新- p# c1 K6 Q' W$ j) Z7 U
产品开发力度。" M0 Y8 s" T! [+ Z; S/ j* p; r
2．2 不溶物的问题
; H9 m* E5 E+ H/ M: H" o' k国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
# u; ]8 G4 c# i# l明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
( I+ h2 ?3 A; G( |" b+ g矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加. k: ]' E8 g {& T5 q5 o+ B
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
2 e; T) ?6 \# r5 g5 ?/ m应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
5 o2 T8 L' m: L不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
& g ^$ N3 b' B决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效0 F! s, x! u! c: N7 R) F( a) b
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
, _- Y" Y$ k, B7 ^也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①+ {1 E4 G6 I o" v! V
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
. F0 ?: H; a- \. b- [小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗: U' h! D) H. ~$ E
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
* V. J2 w% R& r; [" B$ u. M0 `通常会取得较好的效果。5 u q& W) g+ j3 l
2．3 盐基度问题
0 @$ \$ o5 w* U9 W8 \# L# c) T+ M3 d盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
, m2 W) F( z$ E在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
7 b- H5 T+ C& m& g酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考5 N6 a% E0 n1 l% F E# V+ S- P
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
' a" ^2 E4 }" Z% b0 V8 m铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前7 p( f) \$ E) ~5 I4 W1 m' A
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
4 h! z' Y& w8 }. f6 ~) I2．4 重金属等有害离子的去除问题
* c c8 `! K. Z* R# p; \某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
2 ^0 m# G7 p- I在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有6 s+ U x* a" h: C6 W4 n1 s3 Y
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑2 U l" Y5 Y1 c) I6 n
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。. H$ b7 t8 @( ?8 z
2．5 盐酸投加量问题3 u' A/ W& o3 G: {
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
8 z: z8 n( p( e5 m! x1 c6 f业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成 M2 W8 t# ^4 ~3 t
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
. x; T% b0 Q9 R7 K! g法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问# D% K1 [. t8 w
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥6 E- C8 k7 |+ [7 y
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数, L7 {8 ^8 w# [4 u
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率* z6 P8 I- F- f* {5 P, ?; O p
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度, m; g- Z* ?3 A1 p t7 U# S5 h/ D
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
; e: j- ?: W5 Y/ J# c4 ?) Q5 L3 结语与展望# m. @& X. W- }6 y p
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
- j, x' W# E# I8 g! I- K9 N, g/ y品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水- d' ~# @$ n# Z
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上0 }7 i! K& U, b$ q
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产% T$ W, J9 g- T7 W/ m2 q
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产8 g, B$ p" T2 Y e' r; T: |0 s
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来4 b* k' V- F- m# q# q2 j* A
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
: p6 H5 f6 e% U( t5 e用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
' ^" f# R! g! I4 }& X; L+ I! `9 e: u此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、2 h5 ?: R; K. e8 @
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用$ H, q: }9 L8 ]) L
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
9 V' x. W9 H" ~6 h2 a( o6 H生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
( C+ d2 c* U- R N+ K8 [% `! g2 z应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产0 [4 R0 X9 D% P! `+ e* W4 o |+ M
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
' g0 n+ _8 p% l2 M) ~是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
# v d0 j, P1 \$ t4 E' G5 Z: 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
5 x/ `) m9 u3 C f* V9 I2 J配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
. o! m" e, v. P0 S, Z' g剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
% w& |0 z, I* H9 L, {+ \围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
# H. N" P" A$ U; N! X* ]* S子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内5 v4 C/ v1 _6 p7 n# i' R
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料7 g. j" h# q6 B! @; y7 E
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产; x" M3 Z2 h1 w
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点+ N1 N/ Q! w! y4 S; f6 e; ?3 n6 D
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% ^2 i3 r& a' \! J4 R, E, s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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