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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
8 _4 k6 g" c& L- W h% s% l3 y(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)' Q: \. l, r- f
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固9 b! r1 Y; ?$ z s: ]
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
. y1 Y' K- }3 Y! z! v0 E理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用, z) ]% V4 W/ S
水、生活污水和工业废斜管填料中。 d. Z' ~: U% V( I
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
5 g8 _6 k( {& V5 o" t+ ?: E凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
% O. w) V7 V/ X4 V5 g投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量3 z3 Y& N) Z6 E( O9 w' c
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉: {& ?4 r! L5 A" B5 [& S; {
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH* w6 X* E( y9 V* U3 H9 F* U6 W& p
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国3 s, [ b( U8 u6 q+ @
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研 i2 B h+ c d# I3 N3 i& W
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到' T: P4 C9 x5 r# o4 G8 q+ Y
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
i3 S* o" v: N$ q度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
. z" g, c( A1 [9 Q, W和探讨
6 v$ Z5 O" L) @1 聚合氯化铝的制备技术
0 v% m4 x `0 [* d% F1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
- H! L$ c( h" M1．1．1 酸溶一步法
9 ~( ?- P& T% M3 g- y将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，- n+ X3 p: S y* Q& v
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．+ C. a: r) \' {
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
, |5 K/ l% ~1 V/ s3 } R; b' ^8 \放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，6 Q' b; F- [; W4 ^
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
6 N+ f$ n# y7 W K: W出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至/ l& Z/ c; u0 G# ?5 N
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度0 r6 M+ |* z k6 F" L
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺3 \1 F5 h. {! x. b7 J
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
6 G( X$ j$ v9 S d较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
$ R; N7 H M7 p" K& N备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
& {- `' |! W/ j金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?) S$ L8 Y7 g% B' Y( v; M; d
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
2 ?$ P& u& K) I出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚: f2 h& S; M& U0 e9 C, [
合氯化铝标准溶液。
1 Z; \2 @* M& w1．1．2 碱溶法
+ Q; R4 l4 L8 ~% k先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再4 J( D( W* [! x/ u1 B
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法& `- @- U/ o! ~1 q# c
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠. `0 Z. X' ?. v8 a5 a2 l
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业8 p$ o+ K9 X8 p2 f' J y' p
化生产成本较大
6 o3 ]5 ^. a U" J1．1．3 中和法
& P6 h: y0 `5 B2 j该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
+ A* U( o+ W# l制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
5 x# w8 f l0 M! z; u! F制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶3 F7 T; q! D- ]& I* D" A/ W
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
M2 ^* k2 j1 _% B' x铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分$ L# W- N- r- R5 e1 U
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
* z4 S' O" O9 P' w* B& y把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得$ U% |, U3 ^2 |3 p
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据3 J! T. r3 u% A; I8 g
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。* ~, v9 r; F/ e2 V- [6 w% ?( k
1．1．4 原电池法! ^* ?2 V+ G# Y2 W6 Z
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电 a/ l2 e% x! v6 G
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆7 U( d7 T$ ^( b; i% \9 @8 T6 ?* W
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属3 h# w8 E `- {, l2 `* j
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进/ V3 r7 Z& M! z1 F) `
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
. R3 Z5 }/ f% ^7 F$ W生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅/ B4 }0 p8 n, F1 ` o1 g# W
拌，大大节约能耗 ]。) p2 B! y/ V! }9 H8 b* k, t9 O
1．2 以氢氧化铝为原料2 z% z9 k, U$ b2 X' I- ^* ?
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的3 z) b: U, }- ~+ f6 T# v8 g
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。4 {4 K; V4 P l
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普: T3 k% u8 Y2 u3 D4 K Z, |7 Y. B
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故1 w, n3 b& _8 l: G m& @
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度# C0 _, n. K8 j: r* r1 ^: `( v; a
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多$ F' U2 `+ f9 \) `" g- v
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸" x% x: t; L; v2 X& a
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
. @; Q, e( l/ {2 A) q# E质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制; q% m0 e! a/ W' \8 ^3 _' j! ]& s
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝- z% b) A) d) b# T) K
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯' E* K; ~' x# K/ |1 }+ X8 I, s; n" o" ~
化铝。; V J; U# O1 C; s1 P0 E, r+ D
1．3 以氯化铝为原料. Y. x- X& L! O% C5 W1 J
1．3．1 沸腾热解法
9 E5 U7 R5 o' B! n0 N2 g用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
( J, k% u4 W, j. h- i/ n9 D氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
6 O7 @$ t+ z7 V: [9 W8 ^- q% @搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
( ]3 }) v; z+ L. b6 G+ U0 O7 H合氯化铝固体产品。
' G5 K; [* c7 I! [: T1．3．2 加碱法
3 F8 k% d- D' }7 o7 @# W, S) f先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下" s6 W) X0 d2 Y
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
7 A/ }' \5 C5 N反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
0 L" v( _+ U# M3 Q' ^品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
2 j2 @9 r, X9 O4 s9 z. A, y% P8 S品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等, O5 G5 C# G6 l# c; a+ G
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／1 S/ E' R. F% Q& c; G2 N( t8 C* ~
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
3 }/ j$ l" i5 m4 M9 E道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到/ c# x: m! }* H# s
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质7 `$ h! \) a0 i n+ h1 L
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐; a4 a( s% A1 N/ ~% c) n. ~; T
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
8 K5 s- y+ ~0 Z! ]量也不高。0 m" q: @" W' C, ?+ J( f* ~
1．3．3 电解法
2 X" v2 m* T! ~# U7 a9 D该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
9 z" H( e+ A8 g# `不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
+ i8 ^2 Q( W" p3 l; B' z: F8 W低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
' P& Y J# r/ d" S6 ?' q% `等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合& |6 c! n7 j k9 t7 E) I
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
; b. @2 _% c; {% t0 }% h4 _( }) O5 q锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
" c+ L8 u9 i2 B# P! W5 S# }可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
6 n, e+ c. k$ J I; r V倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
- ]9 H; h% r/ w6 ^. {/ j( G过程中的极化现象。
/ }7 V! }* x$ {3 p" D2 i1．3．4 电渗析法( D w3 ^: ] ~( h" e
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解% t! v1 A# Z) W6 f$ S
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
: H7 ^3 l# n: ~" b5 J板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
( g7 b. G8 g( i- }4 y室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
2 @# B& |5 b" U7 n% A1．3．5 膜法
9 Y( e8 r+ x. c/ s4 j- E. o该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
% k+ R6 _! G0 z3 N. s% G$ K4 _ `化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
4 {1 s' f% d+ Y# H; b. I通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得7 S: O: @6 q! d- p' G& ?
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
! {$ y1 r* H- Z$ I) L# M制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％1 p2 g7 d {2 Y0 g6 A) E, e
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化. |4 i( G4 m: R
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
0 f# J9 E/ z; P; ]; y) h# N* G1．4 以含铝矿物为原料! a* P, f5 T% n( R
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物; b; c7 ]4 }' {- h7 W$ B7 ]
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主1 u8 e: c" {( L ~
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
+ a4 I7 t0 m) \" \4 c$ s几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一/ J3 a; I& d8 Z. _% B0 Z% k1 `. `& Z0 h
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
( n- e1 ~% P" V" z$ X, o* w8 m2 w的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其) z0 j2 w: L$ S8 t2 |
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二1 L' M4 D: |, ^
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为3 _8 v- W) m2 Q! W' w6 t
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
6 x' q- e6 Y, e1 m" l/ U, \可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
' t1 p9 E" K4 ?, @: I, [霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚- b7 r2 B5 U ?: D3 z+ Y
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
% m n0 D3 ]1 {一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
3 c* B% G$ E7 f6 b酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。, ]* t: y" T9 \& v' j
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较* r: l! `' d8 F* _1 ], E5 U
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残/ U% T1 o8 ?, n z) m
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的- l5 F+ K1 k, ]# a; \* T9 y
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
: t2 z; `, M* v1 k对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石% \* _$ g) S0 Q
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
; y2 t# l4 z6 ^9 O) [- D* `溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
' Z. G- I6 K f9 Y9 U+ v高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为/ ^2 K% c) R* o: c" l
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
8 p' z7 h, q( { i4 O% J* _ C3 n氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，4 d6 E6 m' s* T. [) }2 d% f
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
2 n" |. H& N5 j, z铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
1 ~+ l5 N0 B6 G3 _: o4 k30％ 。
5 l) E7 r& f( c2 G- W1 d+ g- b一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法/ _8 @. H" {. Z. ~! K/ T5 ^
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都2 i5 f7 D, u1 U* E9 ~" d
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
$ v+ W/ b5 A! f/ b$ c2 z其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
5 x1 p2 x- L( x/ V3 t和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备0 ~1 N/ F! B4 m0 `) a: D- f% K' ?
复杂，成本高，一般使用较少。
- |$ V; Z3 z* k w9 M1．4．2 煤矸石
1 _; }+ m+ W9 [8 s2 V煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃+ ~$ O! q! p* k: w! H. h- c
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
0 {8 s# @/ {" @4 g6 u增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原/ C! P/ }) V& U
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
, d$ Q: V- ~1 j' s! v. {( H且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分& E3 x6 s( |( P& _" [5 n
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和3 M) I; ?* W5 K6 n/ \ {$ K7 |
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合4 s I4 _9 ^2 N: n" Y5 f8 n
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来， N$ V2 ~9 U: l# G1 G
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石5 C, A4 \% A; I5 |# k5 e9 V
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
6 M* e+ R+ V3 i8 P: r* q/ F9 Z" q时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
0 ~4 k7 _$ R2 P0 T( D& w处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
% h. @- Q' ?# G+ i结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
. @: W; G& w: h' i铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
7 X; \8 _+ I: ?基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为% `, r/ B$ I6 w0 W
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。6 c& e& I- b; i' H8 J/ T
1．4．3 铝酸钙矿粉
1 g1 n4 Y! E" |8 f0 w9 j& v铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
4 B$ [6 P6 h8 i( h; o! |8 d1 n/ S2 d煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
1 T9 T" h. P$ Y/ d( I! O" t- G不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
+ |# D7 t' n. r( |3 Q* X) i0 l(1)碱溶法 e f0 B8 }5 X% i# n, \
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
6 C1 Q8 T5 V, Z液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
7 n3 b' H. g" E( F在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
& u* c4 `& F7 W5 G' F5 ~; R值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
$ l4 r" h# a4 R* w' n; _- E) Q反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
' T) C s Q, @; ]形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中, L t- G+ t2 S7 G
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠; ~. H$ S) `+ ^4 r- u
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
/ R: ~- R( j6 v) o7 B铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但/ J" T) Y6 B) C, e1 V
生产成本较高[19]。
+ D- p% l% f m(2)酸溶法
0 q& \8 u# g! x3 i, O把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
0 s' ^) k& Z' z* y o2 q; G熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简. L2 o2 G& P) Y( ]' x4 _
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不) \5 u0 N! r7 _! Y3 ^. }, v
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
8 E* p D b; ^9 i! n5 L不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
( W0 v3 ?: ^" G- v0 T铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合/ \3 S+ @/ R3 S2 U
氯化铝铁。
9 e6 ]. Q- k3 q# P" }/ L& G(3)两步法
6 Q8 l$ E. G3 G& ?$ P这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工! |# _; P( @! S; F
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量- A& |: h2 {* p3 V: {0 m0 P U
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是# O1 B, u$ g+ y) \% s& M
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。( X& c; ~5 D& A4 x k1 I7 A
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常- D0 e- e! r" p4 p% H5 n1 E
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化7 b" ~9 l3 y5 N
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
! r! d: }( u: s" ~/ U; y( u: K& `流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
3 }4 y4 U! G% M% x* j+ L酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
6 q( Q% W3 {, \/ @铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
! q. l# E# f0 W$ u2 G$ d4 V( z合氯化铝产品。( s4 {* J# G+ w8 Z9 P; W# I
1．5 以粉煤灰为原料) B8 p7 y/ G6 x4 k0 H
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
) O# N2 i& Y5 y; f9 u' a0 c+ ]废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
7 K1 A0 E0 g$ j0 w: W6 W. |) `$ D活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通7 e6 m- p3 |. m/ X7 |: l: j; q/ [
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
# U" ?* l, d. A0 l+ R3 C4 z, c) I: B高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
8 w) F/ o, M1 R, A) z4 ]人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸( E& ^/ A( L: o7 H: G( o
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
9 r b+ D7 q9 [) [用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用( F, w' D; K) U% P
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化* o2 P: i2 w u
铝产品，据称能耗低。4 F6 D( I5 E3 e9 n
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
* z. M/ E/ c _7 p E# c解决建议% c* A8 ?+ u; M5 u# I( l
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随, j$ C/ V) F( g L- R& Y
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国- a8 h' h* z5 I9 @% Y3 H
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
2 p. l( j$ @6 \# T- K但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最& K% r, Q6 ]) e2 y, H
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
. d0 @+ F; Q8 {2 {2 L认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
/ J' s0 p9 Y9 t6 b4 n面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研1 c" p T, v* U6 E3 N( W
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
5 K4 r: I6 W7 J6 O反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
5 k# K: s# N& f硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离- X* o* l+ j/ P
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
" S2 [0 u) |+ f7 G入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在/ Z; l) S8 o; [. d' T9 Z
以下难点问题) V' m6 ?( d' ~8 Q
2．1 产品纯度问题# o6 v! n/ j6 z5 U2 M9 i
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
4 i4 q& o+ F* `# F6 T常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我/ d8 a& w4 G+ C! ^8 f
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列7 m. n: o3 I$ e( R! D5 W2 }0 c
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
+ R& p* @: M% J2 |& v( O4 B酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产; ?- S: I' A: i# L' M
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化; p# I" Y: N$ `
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
4 l; j7 e3 A1 `- g+ Y盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
+ i4 J1 i# ] z8 w; I求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝' V7 P: }- i J, i
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之( ^* n f7 i5 \: x: _; [ @( R
一2 Y) s! P" k. O( c
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
# o! L# x' C% Q' J3 F广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
/ i; F1 a* X" Z9 J" \. N b% _6 k产品开发力度。
/ N$ z4 X4 `! ^- E5 E& @6 \" E7 ^2．2 不溶物的问题0 ?5 t; d5 b4 W S* j+ j$ i' L
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
- X, D, A9 o2 B" |明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而5 u' |# l/ X7 e* }
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
+ V/ h' `' v3 T/ P2 Z成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
" {' o( u) p; d应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低3 ^; I9 K. K8 g% A" Y' `
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
7 L& K# V+ S% z" D5 X; `$ Y. l决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
7 \" `. O- O$ ^果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择8 \; F+ B* p9 `
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①* n& x( W4 s& @
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积* F' u w3 A" @( e9 x+ H0 `3 d
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗) J# f) t6 c+ O. e" [
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，3 \5 Z: f0 F$ y# q
通常会取得较好的效果。% |2 D2 U1 L0 C. n2 z
2．3 盐基度问题
/ S$ t7 r2 ?# H3 O; _* D" U盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
7 W2 Y2 u1 J. S: q! x在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
4 A2 {4 k: l/ O/ y酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考( O" W- B7 ~, O' L! b
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和7 C9 Z; z) R9 u3 r$ B
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前4 S& t) H0 E- U
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
G) Z$ z, w; c- E& _+ c* q2．4 重金属等有害离子的去除问题
5 _' R" \, q( X: v某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以$ \& K% M% h7 D% C3 ~+ t! I9 U
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有% \0 V/ c0 C% u5 J m+ a
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑- w4 f: y( D( x* S- A% B
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
4 T# v4 ]2 I1 O N& j. D2．5 盐酸投加量问题# H2 n. j$ e, A4 g: q
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工8 ?5 K( Y# U0 u9 {# b
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成1 u" ?0 r) c1 T4 D3 k, Y
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶8 @0 n0 v8 r) d
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问; k: L o# h7 J; K) ^: v; K
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
5 w( y% {6 _! R! F$ V发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
' B& u9 \8 j( h* Z通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
9 A4 z: F; t# x' c7 d' c低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
4 z' W% p D/ ]( I! \% ^* N5 a5 _9 F低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。' P& a" F) j" ~0 J
3 结语与展望. t9 S- W4 v) l6 r% S
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
2 T9 p l! f& g3 E0 s2 n品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水( c* R& C' I4 l3 L9 [
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上8 @$ B( N8 t1 a. F8 U9 e A
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产- b( _* s3 O7 v1 `) I
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
, G. M, G3 O9 f+ `# @- K/ m& O7 x品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来9 |& q3 s: J+ }7 b" v$ t
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
, \8 c5 F3 E: ~# H4 G用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用2 q+ U5 j, t9 H E, r+ h; Q4 o
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、, t3 ^6 ~4 \+ Z& ]. n. j9 y. c
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
9 K ?, v# h4 N3 o含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
/ O, u1 s) ^1 \( ^: o4 ?生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究6 ?9 w- K# z4 r7 G |
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
9 b4 K: O' @6 |聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
2 `1 }2 Q; `4 o3 Q是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
/ Z5 \$ {$ m U1 |/ N" i是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复( l( E9 O3 M* F" p2 L3 U0 {* p D
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝5 d% b! B1 ?% ~& [
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范& C: O% m1 E7 G+ s ~
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离- I& O7 ]! P# s; a5 C' I
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内% }' b8 E. S1 D4 w
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料$ v- b6 I c8 E+ V
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产0 @5 ?1 j' @" H, {! x% @' B" e2 e
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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, v& g/ l" j5 e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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