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潘碌亭,束玉保,王键,吴蕾" ^4 r' p( ]4 k/ `
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
0 W" \! A: L/ P在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固) ^/ O/ Y$ _) `" w
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处1 L% b6 I8 }/ ~& r# D4 }7 k
理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用- ~- b: I6 k9 H4 w: L' o
水、生活污水和工业废斜管填料中。2 e3 Q: C# s5 t* f. H
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
# N! M6 k" Y; Y' J1 j# w7 a凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代$ b4 X( Q7 A: o W# P; N6 J
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
* { m! ]8 s) a( [+ y最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉/ ~# }9 E* l* {* e4 I! R7 h6 y! h
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH6 ^0 {" X4 K* d$ x9 Q
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
0 O" s( {8 C2 L% Q6 @从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研' y$ k3 X5 U& j; \" z
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到* n0 k5 G: x$ e9 N$ @6 R( B4 J+ \; C9 }
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角! G& K* h: M& G5 F* I# }- x; i" Q
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述" Q$ }. T( ^/ g* a+ ~
和探讨
- ^' c$ \. }& [. {0 G2 k w1 聚合氯化铝的制备技术, a" W' Z8 x4 Z( @" h6 I: u- t
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
) y- C3 O7 \* H0 I1.1.1 酸溶一步法
& ? r' a$ J' E5 E( w; o* J将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
+ p! Z# h z8 T2 N. A7 p在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
/ }, x1 Z6 I7 b放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为! v3 s. L) N2 `9 k) w+ l. N0 G
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
0 ^( n5 g9 n* z4 ?) p' ^水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放. f/ F: v- X, t ? E! \
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
. Z$ }: ?5 z( [; ]$ s不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度4 M8 H# i/ v3 _3 [* k
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
- R+ W8 O/ P9 W J简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量 T. i+ \- u( c! }8 I
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设) A' M3 S. @& ` W2 `
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
$ j, N, R" t8 D4 {金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
6 ^0 o! T) S! M( l8 z利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
- A. h. {1 a: t7 s: C% ~5 j出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
' I; k* U0 o! c, g/ o* I1 i合氯化铝标准溶液。
3 w1 o) u1 L4 _1.1.2 碱溶法1 W- z! S% w3 o! D5 v
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再! Y0 j; m! I3 I0 O
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法! E# n. c; y: l' ^) y q4 h" q
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠- t- Y$ `! ]4 {$ p6 R% [
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
2 N3 R' I! R8 a; w9 R- |! m化生产成本较大. U o5 s, f4 q8 P3 ]) i
1.1.3 中和法
2 C5 s0 p) I, f5 K2 s; R8 h该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别* C! f3 J$ v, e q
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
/ R& X- Z! y1 e* T8 S/ J( y$ z制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
3 b1 p( n4 ]) n6 a, y物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
/ ], P1 u8 z" O0 ]# H& u铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分
" g0 O- X3 ?' |; t! h用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
, d( i) V i) L9 y: \& a: b把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
J- _4 @, g) {' _1 q, U( n, T到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
9 Q, k/ b7 W# y* ]# H' P称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
( U! d4 {( `( L5 \' e! W* w1.1.4 原电池法8 z1 M7 y# R$ \; J6 K7 U
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电: A- M5 S7 r0 {3 b- a' L1 w0 x9 G
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
, Y3 p' ?1 m) O. |- A: y* S' k桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
5 J% F2 [6 S6 V6 [3 ]筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
2 Q2 f9 A' m( P3 s! x2 g: S行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
4 J* o3 R; j5 o- g4 {6 @6 [生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
+ z6 f2 L# S+ M1 t# H拌,大大节约能耗 ]。& W. l: U# {9 }2 \$ x
1.2 以氢氧化铝为原料
& @% G. z/ E# N: s( X将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的
! U. a8 F$ J6 f, J, y温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
7 x w$ X! w( O# |该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普+ p6 g1 L" `6 _7 \. R; N% O5 u
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
4 s. U. Z/ q) ^3 Y酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度/ v! ?+ D, m- ?% v) Y
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多! d8 Y7 W7 J, k" x+ {- l
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
, r( m8 h6 z) G, k: w钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂# | I$ i3 E0 R# n( h
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制, Y9 F. { A! Z2 }( P( A1 ?% ]# k
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
- D2 Z& x+ P! U8 ?酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
, W8 `% }7 D% h6 ^2 C( a* _; x化铝。
9 F+ q$ n4 E$ D2 A$ e; r( y1.3 以氯化铝为原料
+ b' u* q4 s; P' z F( Y i1.3.1 沸腾热解法+ m, [, U# ]: L
用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出# u$ u, W; D; \; _5 [8 H- _
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
/ a9 T+ e' W g! U搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
* E/ v8 I: l1 u7 _合氯化铝固体产品。# s0 i0 [. l R4 b. x5 _
1.3.2 加碱法! ^: w$ M$ G, {- X; r$ P: ?
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下6 [; ], t% }; x* a5 S8 q
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
5 ]# u3 b, q l i( x7 V5 I反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产4 |9 ? F$ W1 {4 X
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产" [0 H8 D5 O+ u' o. _1 C i3 ?
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
4 i/ ?" C2 O6 s4 v& U通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/' n6 @7 `: u/ T' c- v
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报0 a; N. }2 P& c+ t
道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
" r1 D, X( A# p7 P& wAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
8 r4 C2 A( _0 M' P. j2 l$ [# N6 Z量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐* f/ L1 `/ b3 w u7 m2 C
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘% X0 r0 Z1 w+ O
量也不高。3 ^, F/ a9 M) q1 A0 b
1.3.3 电解法
9 M- ~7 Z4 w; C& w* ?, T该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以; `7 i2 U( v9 e- G; c- M
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在 Q9 n5 D" a- \0 H3 d! q
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉- X" R. N! Z/ r, ]0 F7 U: E3 `
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
! X9 d: f- A, n# x) u0 _氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
6 C3 p6 H7 G, |4 d" Z5 t8 ]锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且# p) R: U8 P3 A+ n5 ~" p
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的+ |3 j. U2 g; ?) A: Q. S! h ~9 _7 P; ?
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解7 T+ t6 H" f Y' ]! B7 Z/ ]
过程中的极化现象。
) X4 x4 s9 s3 V! y2 A1.3.4 电渗析法; W* ^& ]1 o' y/ p4 g' m; v
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解 Y- d0 F, g6 j& s
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁3 q; w4 q4 ~% T1 V+ i
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
; K4 r5 d8 p1 L: z( h室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
3 q# P' S8 z/ }4 e9 X1 v3 m( R9 }' y# m1.3.5 膜法
; ?9 o! P2 O- ^( ]4 q该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯; m: K6 @8 Z0 G- m3 p" B3 m2 h( i
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液0 P' S. Z! a# R" D
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得
0 p1 C& w4 E& Y8 h: f9 JAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜( E2 f& E- K; d0 \1 O) b2 o
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%; L; ]0 M) |5 U) R. N3 s
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化1 O# q$ T9 {% d" W2 @3 K, e' K
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。) g$ R' j) D: {) V7 p$ ?8 W& l: J
1.4 以含铝矿物为原料
( U7 M9 J5 m5 w4 S1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
: Z: S" }: I, t' A1 q铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主9 x% ~( M* s( m+ k) B, p4 i$ k
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
0 w2 E2 v1 v/ K0 [( T* u3 b几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一- z6 v% }$ ~% o+ B4 e
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等/ n k. W+ i/ r/ N; F0 c* U
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
+ [% t- e" I% ^3 ]: H9 `7 E! L$ X分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二/ E# U) h% @* R ]' Y( d
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
2 R. t; m! i% K: n `$ ?% B丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
+ y- H9 t6 y5 f8 k* S3 O可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。8 v# B4 g9 \( @/ V( e1 E7 k. R
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚+ q6 K0 M- U* X' |
合氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物' v3 C6 q8 |- U/ X' C# F
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。, a! L- O+ }: Z0 M/ ^
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。/ [# F2 w3 e G4 x4 M
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较( Q3 ?. {4 `' R
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残* O N4 ~& z2 c. G/ o/ f/ v# l: T3 {5 ]
渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
8 W f% b9 X9 \' P粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
. Y. r* S% L% U0 }! ?5 R对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
( n. y" m; B0 @2 f6 @, v种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸4 v( g+ |+ w* K* G, |
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
" ~1 O6 `9 X* W8 t2 F) T& L1 o高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为 l: _) W+ Q, O/ G
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
: k) ]/ x) d! R7 Z% D5 C) j5 ?+ ^氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,3 v/ r6 N' `8 V: V1 R3 f
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
) ^2 a# W3 f* Y% ], ]铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
3 [; c9 F; r; E4 a! e4 y30% 。5 M8 d4 I& ~, s1 E, I
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法* Y1 T# R% m. U/ C( w2 y2 s
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
! t8 {, ~2 X4 [ w/ `7 \: E需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
1 s" D4 a; q" L& O0 i F其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
4 O& H- c8 J' b% _; B* m" |% H和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备; O% I6 j9 h- X, D
复杂,成本高,一般使用较少。' K/ b- ^, O4 ?0 k, }2 Z
1.4.2 煤矸石
2 |8 a. v8 X& Z煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
) a5 X Q" f1 b物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
- O: s; o2 z0 l增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
& [( t, Z; P+ \. p* w& T4 Y料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
' ]. D- G# |% ^4 N" h且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
0 t/ }$ c2 u' l! L# A1 |数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和$ b8 [! n4 h# Z+ F* |" ^5 L5 P
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
& Q& S4 }2 x# x/ M; F氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
6 M r% h- V4 O y# o8 `9 m% |* h已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石0 B" U: ?% k2 Y3 C: Z# `2 j
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小5 ~+ M0 }% R& E! N0 [$ N
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当9 C, ` ~/ V- v- G6 G3 m) b m& Q
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得! w5 Z! Y- n1 T% p+ H
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
; i. ^( h. A- V' O铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐3 {9 B0 y$ Z2 O. F7 {+ G5 o- T$ j. m
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
; u' o$ N' L1 I9 L9 r( p: P原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。' W- k3 Z0 w/ Q6 @8 E
1.4.3 铝酸钙矿粉
3 G8 H6 s2 O3 u4 J- }$ [+ ^铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温* r" \" d* X' M3 X3 u3 c/ A/ u; u' h! S
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的) v$ \0 b3 h$ F" W4 B9 S3 C
不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
& I3 ?. H; O0 ^1 `(1)碱溶法7 `: K$ C1 _* @% A* p8 M; x
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶$ G% u4 X g1 c2 k+ Y; \% K
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后7 ^& t9 o4 |2 e* q( P! _0 L
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
- E0 z5 }- i2 G/ E- v* R. ?值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止3 D- Y7 @' f) o2 D$ A6 o$ {5 _5 |
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会/ Z7 w# S7 W P, x8 {; ^+ D
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中9 D) d8 k% g& o1 {5 S
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
( n: G, a: w- O, a状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化
" S) _0 o, i) ^- \6 F0 F铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
6 L/ b4 q0 h7 O9 }生产成本较高[19]。
! I5 ~. M3 g3 z& E(2)酸溶法7 r" \$ F5 }0 G' ~$ c- H2 ]
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
1 i* P# j# \0 z/ F熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简+ Y1 o* p# K' ~# l! d ?- S. Y
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
& L1 W% w2 L' s5 j: t0 W C5 ]溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
: d2 V+ X' f! I+ |0 ^% M不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
9 j4 R) z- M' {7 [+ s( z$ z1 z' Q- T铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
+ u8 ], q% Y" `氯化铝铁。0 E6 @2 R4 i; ~$ x, i/ f w, g( m1 Z
(3)两步法
9 `; q" h" D' i) E9 ?% Q这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
! \; z% \ U8 p9 |9 q0 v& H+ l艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量5 C$ u+ j0 c9 h q k* F# G p
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
# [/ K' H$ h7 o5 ]7 R5 t0 J8 X把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。4 X2 j+ u/ I$ U2 S& _% d0 c
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常% I* k& A- J N# i$ O- @/ P* A( ~
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化- I3 c- Y9 C8 p) N. Q( k
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回9 |; E4 ?$ J: ?% c
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
: P. j: j$ G, E3 l$ t酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化$ p0 \9 l" m" I9 `
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚2 ^7 {& ]* @( k; P; }) ?1 x& I: X# E
合氯化铝产品。8 _9 ?0 m& V5 G! y% X
1.5 以粉煤灰为原料+ l4 H, j% K4 i- S) ]) L
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
+ i$ m' g: n2 u; o' I& Y# ^废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.: E, c& X) c0 D7 S
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通2 U6 @! t- S4 h7 Y
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性8 X; b& w1 w2 H7 `5 ]/ i
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
! l5 O% d X7 p人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸2 ]0 ?* @1 o7 R i
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再' v* @6 c# ?$ q4 W& T# I
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
/ |7 x* `1 ]" s粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化% c: G" s0 F9 T5 o/ X" X1 }8 `
铝产品,据称能耗低。
# Y5 ^+ x) y) B. V$ ?' c1 J9 _2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及: e' n0 L% B& w. N1 _& l; f' V
解决建议) b, z& y& J% I, l. \" I0 r3 }
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
. Q! X4 I( w R着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
+ p' v0 j3 h: l) O( f: m" y内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
, m. n6 ]' M$ j A) l但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
5 x5 i8 v1 _5 \" @7 a佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者* B7 a( F. L' G# v! V( o6 [1 l
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方; v+ d& N& ?9 `7 y
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研
" X9 P/ t# v' o4 } ]5 v8 x究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度
2 R1 c/ z7 S! b6 W# ?! k反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、$ c) J1 ?- K' C j' |2 Y/ R' d# h& ~
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
) t d% m! B5 \% t; f& C( p子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深1 h4 o6 A% j3 t" @# w5 ^9 L
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
Z# I0 q& M% {/ Q# O/ ?以下难点问题
: U% `# p6 l+ S2.1 产品纯度问题! J- Q3 r4 c1 y
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通, a- H5 b1 F6 o% X
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
$ v3 T% h/ E) ^- N1 u4 l4 j国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列1 f' Q) @+ C- J d1 w# h
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝& D3 t( O% {% a* f
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产+ z7 b. F4 v- ?# Y$ X F
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化! G* g) ~/ R: W* _9 f' Z
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
& P" d$ H$ B I {+ X2 l, i盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需$ u) Q! m @0 v2 Y1 D
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
) ^' M* p# w( y' J3 ~2 E# S b产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
& ]9 j- B1 J7 m+ Q1 W% b4 \5 B一2 W, v n* `( x5 f# B9 V0 d
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
$ L6 s: F" ]6 N) O; O: E$ ?广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
[/ \ c0 [" r& m产品开发力度。2 f0 o& A" b3 f6 v! Z+ A
2.2 不溶物的问题
* V; [6 M7 K& ^/ X) }5 E1 I; A6 R国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
9 c# b( T/ P. t/ e3 _明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而& Z) t b4 k5 e7 R) v/ V
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加 L* [' q& A9 p/ q( m
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相
: e" c5 R5 O5 d( g应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低# n0 I l. A9 f4 _5 z$ T% C% X9 V
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解1 s" v' \2 ~% y- w; N) a, O
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效0 I. y0 d+ w0 U/ X9 D3 I
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择' Z8 L5 I$ a" ^
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
5 W; `3 e0 c8 `, k4 P8 b# u自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积- `6 l; b' [: b" n9 @
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗7 r5 @% f# d( r; w
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂,控制好投加量,; h! x+ F" J5 l9 \- n# n
通常会取得较好的效果。
- C7 F5 D! |. T5 n) _2.3 盐基度问题0 K% i3 l3 @' t. C
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可4 c* `' T- r* X
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳9 b! |2 S% H8 O# _" Y! f
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
9 |5 Y& j& q2 Z% K; j, N虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
: X+ X7 |( I3 @ d" G+ J" I铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
: b% ~0 |! _3 ]2 A2 U0 m! Q/ m国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。. P* z! g+ z; d" `$ ~6 o
2.4 重金属等有害离子的去除问题" B/ M- R8 w; d0 d
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以/ F: ^' ]6 T! o( [1 E
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
! ~# M$ }+ j1 M3 k* q- {: x害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑! ^5 g9 A, ]9 E4 y% s# \7 n, u& ~
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。4 N" }4 C! V8 n1 x
2.5 盐酸投加量问题
! ? v- F! ?0 K5 Q3 |8 x1 V+ [制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
, t. p0 i$ Q1 U- s4 a% y& k业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成- t& _- Y9 V, N
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
" ~, h' T+ N* Z8 m; o6 Y$ n法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问1 ]' e4 Q8 w$ {1 I5 i
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥! e& D' C. y- b# U4 K5 {
发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数0 w& @; h' Y l
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率( U: o$ ~0 [1 a, G
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
- v1 Y% R7 V0 D9 o3 D& B4 s低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
: B6 }0 H @5 ]- g1 h) E3 结语与展望5 g* ^4 q; v4 w( B" O
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
* y: j* A, \( O+ f& w品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水
- @& o' j8 s& z1 H5 n1 f处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上/ h% H) Q5 o3 @: n6 d8 Z
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝产
2 {4 S1 D! E4 M+ g7 E) e; f* [) [品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
8 m7 Q, `8 Z& j' u+ H$ p品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
- n( V/ x! _8 R2 z% \! o( d由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
% V' g; K6 S1 ]用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
$ ?, \! ?0 w1 s4 f+ S* d, f此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、5 m9 {: {3 B# s v6 }% ~
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用$ C/ O% v$ F0 C% _/ W6 j C6 e
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业" R$ O1 B1 k7 s4 t7 \& K
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
2 z- d* K6 h' h( J% s {4 a F: f6 p应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
2 ]. [( T/ y& U; c聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,! u& o# ]- |$ a2 j! J( D& Q# C6 m' _
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向6 G) [+ ]0 Q' k5 N
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
! w+ f! P) e) X% h* p配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝0 J+ h1 r$ O2 s- Y5 i. _# L: y. \% `3 t
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范 Z* H! ]7 t8 n6 |
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离2 D6 D F) a2 N1 s8 q: E9 N% d( T
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内- Q+ b: [ ~ V
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料, f4 W& J) y& V/ _' W
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
/ U1 X( W! i# t9 M3 O工艺,必将成为今后工业生产研究的热点+ k2 S% ^9 M K. p! g/ l
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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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