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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾! L7 o; m6 u( P
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092); F: c7 C3 Q8 E9 W5 H4 n( B1 t
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固1 l1 D+ q# ]' {( d2 }
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处5 Y3 j: c' r9 D2 v% e
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
3 X. V% I0 ~3 {: W o水、生活污水和工业废斜管填料中。
! g3 q, _- y4 N$ W聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
( u2 y5 }; h1 t" P5 X, l8 ]% a凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
6 U) ^0 @1 d% P T( S) _' V投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
$ _0 f5 ~7 d, u最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
% P0 i# p1 Z; B淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH8 `$ ~( I3 q( H w4 T' J
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国' M; C8 `3 d) I- c
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研, u3 @% Y6 w" Y/ r
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
& c, B, X4 }9 U6 Y了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
2 I! v% z+ P2 c6 Q1 a度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述$ P# b# L( V0 U" U
和探讨
$ V2 h( E4 \$ E) K2 V1 聚合氯化铝的制备技术
! {7 r1 w. w7 n2 n: S# n1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料" J/ c# U T. `" |% X% O1 \, U2 _* z
1．1．1 酸溶一步法
$ v* w* f# y9 x6 g* T4 Y将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，; K7 ~" R: N: [6 v
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
# F# c6 @9 t9 o; [' G放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
1 u4 ~" `2 s9 N) D9 O \' ]0 p放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，: I- A4 F% |. X6 u
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放/ {( Q; r2 t1 E8 v
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
- P; q+ E2 A/ a: w& y+ _# k不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度. R7 ?3 `1 e) O: u
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺& u$ D; p6 c' r5 z
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
1 k3 P4 A/ f7 C+ I较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
+ d, {" w1 Z+ y+ P7 M, ?& T备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重; E& z" `. R% c( _2 m
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?1 g4 {! F9 M! M
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
7 c. v$ _; E J. _% y出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
2 t9 r& l9 E4 j0 U6 Y5 z合氯化铝标准溶液。5 q, m/ U2 D5 b9 W5 Y( K l2 R
1．1．2 碱溶法
% ^+ A9 R' e$ H! w g) }+ X$ p先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
% L0 n# O6 i3 b0 p$ d& h( y9 R用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
% M6 s$ f6 ^! n U的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠; Q- g- m& Y. O9 W# Z! ~( d
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业' }/ C2 v* r) r% u) t. e" K
化生产成本较大. k0 r2 @# Z+ E6 s9 s
1．1．3 中和法! E B F& _4 U* p! H; i- _
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
7 i8 }4 X; _1 h: i" e制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即( l$ |6 w! x8 L- a( R- m0 Q
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶7 E5 Y- a. X: Q5 [
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与8 g( K: I: |" R) \# a& m) b) b: c; C5 H
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
3 Z: C' F1 `1 f( i7 r用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
( w: Z& b$ ^ i把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得" ]& N; p9 O& F& K7 _; S
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据! g+ Q z6 ?3 _) g% f8 Z! S
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
( \' S- w' {8 C! \5 }1．1．4 原电池法1 k" K' b" f% ^* i( {# F+ j9 v
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电! n2 u- m$ l4 m7 g
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
7 ^" M* c E5 J6 x6 i" E) A桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属0 M- p9 H7 t5 S. a" H4 k
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进/ g0 K$ |3 i, `3 E- o6 T5 j. Y
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
5 r; p' J; T: v- z+ q8 ~生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
) A; k" E3 {( b" Y1 I拌，大大节约能耗 ]。
1 R% W) I m5 `5 h b9 a+ W1．2 以氢氧化铝为原料
7 ~$ |- ]9 I# l# _, Z9 e将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的4 d- |- {/ p2 o G
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。7 d0 p, I2 T; ~" y7 r6 ~: ^
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
& E9 K G) h$ V* L0 ^2 D! F遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
9 n7 f8 L+ Q6 R' d: ^8 |* ^. f酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
! v% ~$ [6 g: V7 {9 j不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多- U" K/ P K, |* Q
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸5 h, R5 O: D0 j* Y& O) h" Z. P& i
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂9 B& ^$ `% r$ K7 f
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制2 g! H. Y2 g* b! o& f
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝5 n7 _3 O' @$ e8 p# Z. j6 U
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯* f8 @) z5 q4 x( ~
化铝。, T7 x( ?- g# Q1 |- \1 z. G
1．3 以氯化铝为原料
1 l2 f5 ?4 Z% t7 |2 o9 {9 s1．3．1 沸腾热解法; c# a: u' Q1 \+ d9 m
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出; L, j( D, H+ W0 P1 O
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
- y* Q7 Q/ c/ i搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
2 W0 \( F$ d( C2 D( J合氯化铝固体产品。( b# E7 M" d3 I
1．3．2 加碱法* I8 F7 c7 D% d# k3 |5 j- n; h
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下; Y/ |) C ~! m0 u: M, g6 g
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，8 b* T" P; T. d2 W6 w$ W
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产+ i3 ~% f3 z+ e' [
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产1 h6 _ P8 I' B# E
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
: u3 k" _; X' F8 u9 Q" P2 @通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／* G4 w( V: ^* a7 X9 S5 a8 c! e
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报1 w: ^+ { k9 L" k5 S, j) D, s$ Y% E
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
5 k" F8 G( N* Z' u+ j# wAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
9 t* O6 @" F1 X1 \: o3 U0 n量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
8 l- D4 ~3 A4 V: f, |滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘* h, ], i4 G2 `# c+ |8 v
量也不高。/ W9 ]$ l( y. o
1．3．3 电解法
( G, g" U% S- T# z该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以. _& t/ X( r% M( l
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在7 H6 |! {9 p- Z# e" H1 }9 ?8 V
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉! I; }! p' A4 \- L. u1 ~/ q
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
( T* Z# n# g( q2 F7 A氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
% F, |# i0 \, h4 @* v1 `. K锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且* q @: ]7 _, ` \
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
7 c! S6 v5 N6 @( |$ p% W倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
: b q9 ?4 I) H: A8 }过程中的极化现象。1 O2 S, x/ e- ^" ~
1．3．4 电渗析法
4 N' h. {5 R$ z, H: v" ?) K路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
3 k. D' R5 Q: q* ^1 t3 R液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
' j' F' D* h `4 q板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应* ?$ t; D% g: K
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。2 ?* f, N* W, I) [2 A
1．3．5 膜法
% D1 }8 i8 w# B该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯! Q0 T/ c* }: w7 b
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液* ?% M- I2 P$ K
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得 }7 \* X% `& O. g' E2 r9 s
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
) N' o; J7 e% R) h5 ?9 D! h: }. v" r制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
, w6 B& t0 `* l& a# |, G' B! Y以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化/ C1 Z# w2 ?4 V( W3 u% X( o" |
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。0 }0 Q4 T. M' L) Q+ a$ O" W" |+ p$ A
1．4 以含铝矿物为原料* r+ `% @" O( J, x1 P0 L$ ^( G
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物7 g* X/ M+ g( W9 K* H+ l
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主% n4 j8 n, Y/ f' a: P3 |
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这/ ^# D8 v% K# m$ J
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
0 c4 o' T5 s- z" F+ t' j2 G般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等5 ^5 w0 X5 K# Q. f2 O
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其1 {7 r/ Z' G1 c2 }3 A
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
2 L- x) z1 b4 U2 J" V8 v氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
+ H6 V3 d* I( w% f( n1 g; C& `丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，1 w: D; \4 K+ {! b
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。4 Y+ n2 E8 c0 [$ D
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
. J Y/ J2 w" j9 _合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物' K5 B1 u8 S1 R5 \: q0 l7 e* m
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
. e2 |, Y. m6 K酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。$ V0 y1 K; F! \. e
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
/ `; P' Q3 Y+ I; g$ d/ h0 W大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残: D" w0 U0 [ K& n5 f4 n, \6 `% [
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的; q) _5 r5 d* d6 T9 j$ N! m2 i
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需0 C0 \* W/ U# a5 x, p' X
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石' O. B8 k# t1 U
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸5 s0 O$ U& k# A3 L) Z% r0 a* T
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越2 B' K0 V6 R" u
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为8 F0 R7 @) D) {
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
$ x! C0 i% O* r/ N4 v6 L* ?氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，& i) e: f- f% ]$ r7 o& H6 r2 k
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
' H& Q+ E* S1 \- b+ @" M, f铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于+ l) d# } h% k+ R/ a1 z. L* a5 X
30％ 。
/ z; Q1 d7 D1 t. e6 Y% O一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法( ?* H: {$ C) D# i
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
' r9 N& [1 U: [% [需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
) S: J+ C5 b& h1 _$ d& J其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠0 G, f* v8 ^) q" }6 Q
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备. D# s4 A' Q* k1 m8 Y
复杂，成本高，一般使用较少。
8 a* b5 n9 U- { v5 w, h1．4．2 煤矸石: G( k) h! v( D( \7 @+ T; o
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃6 \, o# K# i* P" r2 U% {
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧" V) ~8 i9 V6 W( k9 l
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原$ Y& K Q8 L( _" O8 r) W1 ]
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而/ S0 F+ R" r L+ q F0 z4 {0 H
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
- f8 s5 g7 |0 B' Y5 t( s数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
* ~" n" w# F u- k2 C( u) q5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合: E; ]2 K& ]% A8 I# ?1 h. m
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
' X+ Z) y1 \. R$ d; u已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石, |- z; H' m2 k: {5 u
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小" G, K5 p) e- s
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当+ s9 k+ g; g; h0 y
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得1 c3 ~" l O* v# |$ o9 t! b r
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化( e. P: p, k9 f' v4 ]5 E) U8 f
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
6 K$ e; S9 [' u3 I基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
4 _9 N) ^3 o4 L原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
9 `. |; j8 L( A- G( m! K1．4．3 铝酸钙矿粉9 e8 J( H0 A5 |- ^# M$ M% p1 U* U- B
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
0 T7 d+ q: o7 |9 x- ~% b煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的8 M: c+ }! ^- S! o+ Y* _- g% v
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
( A4 z4 Y- h% x/ L( U9 S: b(1)碱溶法
) C/ s: d& |6 m& f用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
7 \# [2 V; N' S" i, ]液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后* P, v; V# u& p: y
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
' s7 z) T h2 y3 j8 ]5 w8 m6 x值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
: s4 p; Q5 y. \! g: E4 Z( s2 s6 ~反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
0 j$ \/ y4 M1 H. S9 J3 ?! ^形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
6 l3 @* d$ Q8 H加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠2 C( [& m1 \$ ^8 D0 H
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
7 w/ W a+ R) c; S6 b; r& E' m! R铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但- v/ d, ?- C" v
生产成本较高[19]。
' B( I4 E" A% t% z- R(2)酸溶法
3 S; e/ B. I- M9 y0 o+ E把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并) X6 |$ x- e0 [( ]; i
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简- H5 ]' z+ n- [+ j9 g$ I6 b0 t
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不- k1 ]6 Z2 z9 g$ i" `
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常: z# d! Z+ S' ?/ j' B
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
* k, |) |' J1 j铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合7 e9 ]5 X4 R5 ?3 s K
氯化铝铁。
" G9 |" R3 T* k, d(3)两步法
j" E9 _% u% G. V7 p U4 ^这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工; l- ~* W" ~: n
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量" u- w2 ^$ U6 |1 E8 c- g8 i0 l$ R
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是% i2 ~# R% T# x4 A$ s
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。8 A( @" ]) d2 S4 A4 \
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
( v0 ?3 q7 x* r R, h. s3 X" F第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
- `# V4 P9 r1 s: R) N$ b铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
! h+ L4 k! b! b. k0 V流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝$ D0 ~- `' g2 g- ?/ O
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化' M$ z; M2 y/ l4 J$ y+ O
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚+ } Q ~8 }% V {
合氯化铝产品。
[" P0 i* X6 l& D1．5 以粉煤灰为原料/ n" u& B" w/ `. p' U, J9 ?, N; E, s
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
7 i$ M: h# b2 ^$ `3 V" C6 a废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
# q* S `5 y" I9 M5 ?% }+ i) ?活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
3 h+ `' C( |7 }常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
* u: g- R- I) g/ o高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
; k, ]2 B, G$ b' R/ ~8 I人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
9 X! Y2 a1 q' p6 q溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
+ ]' |; F& S6 N# G+ D7 O用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
9 @8 L" N& k, T7 Q粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
+ r& e- b8 C( Q* F6 B# D铝产品，据称能耗低。( J( C; G/ ^, I) b: c4 N. q
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
6 l1 Q, C$ d4 F! ?, H5 q6 a解决建议' f' n" R3 m& K8 H9 q9 a
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
! i* G4 [( Z# G3 A2 c5 Y; Y7 _6 p着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国6 J$ r0 E' t; P4 u( }+ j
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
6 n) b2 L, O3 R" J4 x) s但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最9 J9 J' C+ `( x2 c/ d- w
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
, o& B2 K' w" b8 X+ e1 p( P* ]/ G1 s4 p认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
. G7 G T$ F* B3 `' B9 g! v% O面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
& M" k" K& _/ t, _$ h# {究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
, ^* L* k" ]- u* u" S. @3 _ d反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、: e& W) W1 `) n- {5 M6 `8 `5 G
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
. q: I/ K; Y6 ]: w7 L# }子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深( D: u N g1 S5 Z
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
" x1 f2 u; x3 v: I, y1 F以下难点问题/ g. C; S/ a' e- ]5 A
2．1 产品纯度问题
0 S0 O/ d! W; ~' l氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
- d' H# Q' M/ ^: q常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我. F1 S( q' D' s9 C( C
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
8 ^! J1 I. B2 b( `" ~" ]2 [6 I; x产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝7 f- h- \2 a2 x$ W6 { @! {
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产" x' V+ f, p+ u; O# |
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
3 Z& p0 n& ?1 k5 t铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
* n# M# D% P; [8 ~盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需+ ]" ^& V* ]: A+ l3 b; S
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝( _3 f5 o4 N: B3 S& G$ Q! I
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
5 X9 K$ @( m/ I一
; \7 H5 n% ^; ]- e! B) w7 Z。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
9 M) k; v0 ]1 ~) d) b广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
* L; b# \3 ]0 ^' v7 x产品开发力度。) I, W6 |# W2 U% X4 v; Y0 J
2．2 不溶物的问题( T0 u& n6 A# M% C$ W `4 ?# s5 z
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了& {" z, `. _ ^0 T0 b% N
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
+ ~* T6 B' n: Z4 T7 U4 G7 |$ b2 c5 u矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
2 B6 f( q" P2 a1 E成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
& o' l: n @, b应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低. Q8 E, }3 e; k9 B
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
* B# o; [# H& ?! y决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效 u L6 F! a( W6 U" {0 w
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择9 l* n' y6 T t& v
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①" t0 L2 q4 z |5 ?: i
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积6 q2 w' u* I+ a6 V( |' x& Y" z9 `
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
* N1 n+ V# D8 v6 F# J高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，$ q; N, V' [2 j4 B; k2 Y( s5 U/ V/ J
通常会取得较好的效果。6 d0 ^* ~2 q( T0 P2 b ~6 M
2．3 盐基度问题
: p. d6 J4 k+ c; Z盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
& p" A" S9 Y" c! Y, C! c在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳9 t% m; H {! O! N/ ^2 }
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考1 {) i/ N1 G4 ]$ W
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和0 n8 c! `6 o E- `$ O
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
! e6 @9 p$ a/ C# b' `4 h) {( H国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
* `6 i! L% V! }3 S( d2．4 重金属等有害离子的去除问题
: @+ j) [: R3 O8 s某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
- X8 X3 z: h1 `在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有 `8 n$ W9 y6 |
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑. q6 Z9 M# T! e8 ]" Y6 }
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
a$ L% F/ ~9 g2 q# r# J2．5 盐酸投加量问题& D7 y3 ]& Z& E" V( F3 W
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
/ U" p! y8 O" q9 Z' n3 H# E4 ] b业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
1 t* v, r o1 t- n _本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
; N6 N0 O) c, g6 m) X法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
q( S/ ^0 u& m& s$ N4 w9 \题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥& B ^4 `# Z. H. J; k
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
- r# g$ Q R1 A通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
) R1 e$ O# z9 K- x低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
* f, t0 S/ y( b- A) J+ R% T; l5 @低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
( b4 Y, E; K3 `4 m- }; G3 结语与展望
9 e# h4 c: b+ G& _: m聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产( h6 z- {/ S* k% d/ M" B
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水/ }4 K: F+ Q7 `; q4 E
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上$ _5 c# U% o3 g9 K
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产% q* i; u- A+ x, {
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
' v e* w! H1 N. f3 L; \$ [- ?' D品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来. D7 D! C) m% r+ ] W
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
6 `- R$ L3 F z& |# W8 d用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用! K% Y0 r# _* Q
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
) K$ w6 P; Q- ?; S# [氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用( W2 a U! J2 \- I. {- K, y& O5 ~
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业) {, r1 g5 ~6 C; S
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究* V; @! X3 U2 ], X7 I- L( M+ Q @
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
! d r2 h! u X& V% |( L聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，1 s: d0 Y3 j' Q8 H4 [7 m% T
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向" O) N- ]" u, q7 ~
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复1 L" x& f. T! q1 o
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝+ f0 v- [7 G# G: D7 i
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范3 N! H# O$ i6 z# c
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
9 f3 i; [ y! _, [, ?* _9 S子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内, ]3 ~" P# X, k3 e- S+ E: d
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
. W& ?0 w$ ?7 K V( m+ b& o! i利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
+ R; i! J1 p" H工艺，必将成为今后工业生产研究的热点* X( I0 N& |( w2 [9 p# i
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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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