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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
; H3 o$ r* A* K(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
# Y6 M0 t0 A" I' N- W在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固4 j H* |/ ^5 O% W& A/ S! e5 h
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处$ b- t7 D6 I5 I9 t( H$ A1 t
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
' |8 {# g4 e# z# N" R o水、生活污水和工业废斜管填料中。( U! A$ U* n; V8 G' ?
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
; i' @# m7 P9 ]5 d* b7 C凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代$ Q4 o7 L+ _ G3 U7 k( G9 ~" Z- n
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
+ Q( d0 P5 L# u6 _/ m( |, r O( i最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
5 @+ E; I, h4 _/ A淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH* N. q' W* E9 z" L8 c( }
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国9 b+ Z Z2 _2 J" t5 A
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
. ]2 i1 r; `' C% C! I发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到) A% j- ?: @5 x; K8 }3 _: I$ u
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角. I/ E: C7 ~8 D1 x* I
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述4 `% m* ^1 n: r/ J6 C8 f
和探讨
" Y( W+ ~. }: d% A% h% e$ ^1 聚合氯化铝的制备技术9 V7 d& I/ L' c3 ]
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料: l. P. R R5 ?* {& @. e9 x
1．1．1 酸溶一步法
, S+ x1 T9 d' f c7 ]将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
( z% ~8 G1 J* f9 W6 e" [' ~在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．4 t7 B$ c$ U1 H# Z
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为4 |$ a W/ G5 y' X! H
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，3 ]0 _6 r) r7 T; Y
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放8 X0 W: p9 }! W0 j4 \. v% p1 f
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
8 `4 }( ]2 u4 k6 E6 ]& N/ R- h不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
" @7 H, b, M \$ f3 u! @: a2 Z至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
: n: _- P: S! z% E* U h1 X9 k简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
! q1 K6 l7 T. ~8 x% B: U! W3 j较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设. C+ l" G3 B# v
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重3 |$ e7 a' _2 e2 h, K5 v
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
+ s( _ }4 k0 @! t5 U! O利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备- U. Z$ O( U( y5 d* L; Q
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚3 ~0 l, Z. N: m' Q
合氯化铝标准溶液。
0 l1 U8 C) T- `* P0 {. I" g# ?1．1．2 碱溶法& y2 i9 S) ?; x7 [1 m
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再8 F- o- \6 E! z& R$ u" ]. L2 S
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
7 k; R- h+ W* W9 k的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
& z5 l' w- ~* ^# X9 K含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业+ r7 }* s1 D4 ~, r0 F: |4 p
化生产成本较大
1 |* w2 Q5 M, m2 X# h2 O1．1．3 中和法
8 G/ l- i% I; l3 n2 C# A- L该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别 b$ T+ }; H# b, H! D |+ }
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
8 J% Q. \4 _# R! e, a$ w制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
2 n8 n! n N9 i" N物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与' b3 J! Y) g1 x& x/ H8 c! w% x# o% g
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分9 i, U' H4 C) { ]* D+ ?$ z* `( a5 e
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
4 T8 ^' M( z+ t* W9 V& L! d把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
0 X6 s1 W4 U$ s. a3 M9 }到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
' s+ x* K& W6 W/ Q0 X+ I" r5 {称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。9 |4 u. I1 o5 o
1．1．4 原电池法6 d" r$ l5 d4 S6 ~# {) E6 `
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电: x W4 w4 \' R( B( d& v. s
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
2 A, T- l$ b; {6 `桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属5 q' r# m' e. D# g
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
2 R! o! L8 n' i- \, V行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产+ B; t8 `: c6 o- a' o* O
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
) y6 `' j0 Y j2 E s( P拌，大大节约能耗 ]。; B# F- M" G' ]! ?0 H3 |
1．2 以氢氧化铝为原料
' G4 ^ d! A5 o, K7 \# ~5 l. Q将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的* W7 [7 q t& s9 K
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。8 z2 |& D+ Y9 P7 d6 R
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
- M7 e' ]! Q: c7 Z遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
* G: N3 M0 @/ C. \; H4 H酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度# }, r4 }( o: x6 Y/ M
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
1 I7 l0 p* f4 h% y( e提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸+ Q# w2 x- d$ \
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂2 `6 b. E7 _# W) x) W) `
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
( \2 X6 I& K! h& j* ~5 f6 Q! u' C得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
" o8 Y5 y) X, [1 W% G/ b; k4 ?酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯1 s4 k" V8 I9 c1 x# I/ {
化铝。
" g8 m5 H( I7 Y9 O8 M/ A1．3 以氯化铝为原料& Q0 r' N4 h8 i) l
1．3．1 沸腾热解法
5 v0 D4 L# r4 Y+ O9 u. L用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出* N- i, A9 _& K& ^. T! G
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
1 a# M M) q' o7 h- ?2 r' @ d搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
* |6 Y; Z, O! `3 m% f合氯化铝固体产品。, `! y: V: M% ?2 L: p8 y
1．3．2 加碱法& b; ?* E0 v1 d6 w7 v
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下& S; h6 M. q1 K$ c! u0 O4 ]
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，1 e1 B# [6 u1 u' S; D% I' [* O
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产& E/ l* }! y* x1 x! ~2 E$ ~; ^# p! S
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
; f f/ t9 O x* x8 l* r品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等3 I, o- O) h. y% ^: \
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
( ?- j, s$ |6 R! Q: rL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报5 S4 {: B, V7 h0 }& n8 w
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
4 G! p1 ]6 \( [1 wAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质5 T O) Z A5 e [
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐$ Z8 v3 B* P0 o7 e; E* r
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
! M' ~0 _+ U. D6 _. ^, N& i# V量也不高。
' c7 f- i1 G+ t. B' j" ~+ D* w1．3．3 电解法& q4 U D, O% J* A$ `& c0 [# U
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以% A" ?* }& l5 @
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
& L0 T$ F4 w0 G0 q9 S$ n. S5 k低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉1 C1 D8 F. ]# I( Q
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
" D3 ~' v- d' _ q/ R6 m2 ]氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何4 K* S- a3 s8 [
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
$ U& m9 @& C+ {6 g- n可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
6 u& \6 K7 N/ K倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
+ s4 K% T1 @. k过程中的极化现象。
7 Z- h0 @5 Y+ g5 F( n s# i1．3．4 电渗析法
- p' A2 f' |% D1 `6 g7 W5 _' i路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解5 L C U* R" e/ L* u! I& z2 l7 F
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁( N2 p- B! t) x" ~1 V" Z9 I
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
4 `0 F* F' ^5 S3 z室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。: P8 R" f# R* b! f7 S% K0 L
1．3．5 膜法
& e2 k$ P& `$ _2 s该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
8 u" B; g$ r& R5 |, _化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
5 V9 ?3 s0 A. \9 H% M通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得" D/ m( i9 V4 F+ |$ o% d' z
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜( p: c$ _4 ^0 b% q1 O" D2 H0 y. P, H
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
3 C5 r" u. d- @9 t' p以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
: f2 j, Z# J2 e% i! m* t0 w+ Q铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
# J& L( g* A; r# b3 w) }1．4 以含铝矿物为原料% W7 z0 O4 w# c
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
. }% @" e8 `0 u+ p/ }' S铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主+ o* i% [ Z5 W" x+ `
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这! I: v; G! `- b4 O9 F
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一+ @9 e' i: t4 N0 `# g0 ]& N- i* E
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等0 F4 f, w; ]9 h4 l6 ` ]
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
5 ^7 t! @ J5 r( j6 ^分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二8 X. G l( e8 j" B7 r( e6 I
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为6 J& r; f; ^2 c9 X0 l+ h+ J
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
$ b- M: J- B" U: \1 P. z& {! k$ L4 M可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
% j O9 d( M# m$ W: Z霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
$ l3 u2 B! i5 M合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物* \! B- }/ W& T o: i' q- g3 x
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。0 r' a( ~ } c8 V7 R3 k8 ]0 U" P
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。* Y# l' k8 h% a7 g3 f5 e& e
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较- l" b2 t+ e d; N- A
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
0 R4 S: h0 e. u渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
~ [, n4 s0 E7 y3 i2 H. x8 v, t粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需$ |) i, q' p1 G
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石5 m. g% w9 K. v$ @5 z
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
0 i; @3 Z p, u8 ~0 l) ^ ~' ~$ i* O溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越- |- D6 Z, \* P: A# C
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为7 W+ }( B5 P2 G; a/ @4 ^
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合* }' V0 k% Q- i6 h
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，& ~( k7 E& I" v( D
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝; [) s, q. J, t! s
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
: B+ F* i. O3 E30％ 。
& w) |' X6 R* D一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法3 h" f+ {2 A; x% B5 a
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
( ]% s+ r- t! @需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
, T9 f+ }0 C2 c8 y/ L其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠. t% z7 S" O% s4 y) x
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
2 h3 H N4 f( R l& I2 u- _复杂，成本高，一般使用较少。* f+ r! |* i: C5 x8 @$ F4 B
1．4．2 煤矸石4 b* D7 c" D) X. c& {0 `
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
- B& |1 c. Z T- a: s8 W物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧/ R* f# v6 x2 ] N+ y
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原9 B' L% _/ g: T6 m( n
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而) s0 H3 M; C5 Y" r" U7 @ `2 l
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分! R1 X9 }5 o" W* Z
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和0 q5 ]/ g- i- D7 C5 _4 v
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合. r0 F8 U( D2 Q
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
' _8 y0 c3 M5 E& {已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
; \, m$ C& Z* e7 J; @! d经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小5 l+ w0 m& [+ z4 Y
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当4 D5 T6 W9 J4 v9 @5 n8 Y
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得* m* a' k; s' L$ H4 H) `; W9 i8 q
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
: I' S: B/ f y% w1 n: I铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
; Y$ t# y% L& `! Y; e5 T基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
! e! a) |, a! b( G' ]原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。8 n* W: R3 e" B) Z9 e
1．4．3 铝酸钙矿粉. ~4 F% `' ^1 d% B
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温+ x4 a5 ^7 V' |/ d; p/ t
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的* R: z H0 \4 U9 ^ G
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
; V( r! U& m( Z. }0 r% }(1)碱溶法$ `: W" Q6 c$ K, P- N2 f/ q! a
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶, N0 W8 p. a4 P- E, o& b1 {* o+ z
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后! U& l) D) r7 a5 Y. |7 O3 ~4 J
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH! |" e: g, ]4 R6 d6 L- J
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
/ k( L( n/ H. O# A反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
7 S% e! `1 L" d2 I" b: I$ J形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中& U3 ]% _( R$ c- d- C! [$ E3 \
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
! ^; N4 M4 n' O( b8 X, h状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化/ N: d- R1 ~) ~
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
9 ?- r, y+ y* J. E生产成本较高[19]。
+ l" ~; Y3 \1 u- s. R" ]1 Q) @+ K(2)酸溶法
1 R6 [9 t2 F/ z1 G- t6 N把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并6 _$ a9 Q8 s% |; ?2 R8 z" k. g
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
9 S% P3 X9 U1 b# B1 x/ o单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不8 Q0 ?# l% N9 F4 {3 x8 q
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
: v9 R6 o0 y9 n- J1 r% m6 o6 S. e" F不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
2 ^! n$ v4 G! k; C铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
6 W* q- z" v6 l4 \- ~: u氯化铝铁。
5 e9 I( [ C+ C& g& b& C(3)两步法
( x/ c# L O' \3 w) w; u1 Z! ?这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
3 p8 q& u# v# V, W! ]* I艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
8 O; n& ^4 c+ u3 i P比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是0 T. X/ {5 C# ]$ }7 u8 ?
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
* @0 c0 B7 t4 |" @9 d, Y# h这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常- l P4 W# P' H' U' C2 y
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
; W) S8 [, ~( W2 w1 d铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
% K; n+ |3 h4 b5 r/ a P6 e流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝# y0 S# F' B" h/ |! m! O" h( c
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化& o/ @/ N+ N* a1 T. ^+ p+ i
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
) A: k* S. R4 o8 l. g9 {: r5 A0 `& A合氯化铝产品。
- ?6 O1 j( A* H- Z( f( f( D3 O1．5 以粉煤灰为原料( _- |' ^9 D9 ]! c; H7 I. W
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体; o7 A6 T5 u- ]8 J
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
9 s2 X/ Y: G/ t活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通. P4 o- O9 k. N( f, K. }
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性5 C9 v8 E2 B; l$ ~/ c% n/ P2 R- y
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
/ J* e: t0 @: M. k1 |* S. r人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
: ]6 Q" s9 x# {6 D& I: o7 j8 x溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
4 U# n8 X9 e: @# d用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
+ o% \, Q# P- w2 A1 E粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
) \: _9 O* B0 U7 [, [- A铝产品，据称能耗低。. H$ P* V6 [. _5 r0 f O
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及+ O) R$ o7 U, y; q: s4 ~) @6 _
解决建议$ U e3 N) F/ B' m5 E w
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随+ g7 e8 v# i7 s+ `
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
' O u4 T i- w" T$ N0 r7 G内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，& n! l* M n2 k- b
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
: y5 c( j/ O' b& c* e5 u佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者$ V- c; q& x6 v
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
4 U( n0 d" h. M6 |& K面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
: U/ {; d: P+ B4 U究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度! A) z' v5 K1 ]( D
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
5 ]- X$ S: @7 P# u3 Q5 B& ]( s3 i硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
& F$ m3 V8 M3 B$ N- j1 @子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
5 d* G# e+ m. ~0 |, F入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在! V- Q% a! e$ I
以下难点问题9 m: p, b2 x7 |
2．1 产品纯度问题
5 V9 K0 i9 n, F4 l1 k氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通6 p$ r. ?# N; j4 z! R# M& d% N
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
4 d& F( j% C, z2 a. ~5 T2 J国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列+ j. L! r5 U7 u. J" j: v0 }
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝5 m( e5 p) n/ c9 w) J$ y. I
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产5 Y" ]9 t" Q% S
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
9 `; c& r! m6 W/ B2 U铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝 g8 e2 g, U1 d" b0 F
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需9 R& f# v: J+ k: G# x# s& {6 |
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝5 u2 v# G& n) `0 i) h$ s. h
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
2 u9 i) r; G8 Q8 G( i一
& a! T' }5 P7 X7 R1 n: y。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
* P6 N( I" R7 g4 q广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
4 w0 F. w/ O. M2 R+ p产品开发力度。- a$ n, G( M6 y
2．2 不溶物的问题
( t0 t# E. E7 r3 x6 c/ Q9 {国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了1 d, d5 Y$ z& t1 H6 Q; b2 p
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
. n6 y- @& f3 B4 {- D矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
3 X& u, z0 }5 N+ r- c9 v成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相& c+ y- K7 }- X* a
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低, L; Y/ u4 v1 Q9 W8 c
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
% M- k4 [% ^+ K3 w" f. x6 ]& k$ u: b决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效4 p. R* s+ R- J+ b1 R, |1 C* Q/ q
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择8 n6 T' v7 |; Y* H: x; v' y! o7 v- d
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
/ A7 G6 ], N! A4 O; F自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积8 j, r5 ]5 f% E1 ~+ _
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
2 S) _5 R0 F4 Y7 |高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，, m ]0 G$ @" P4 D% X
通常会取得较好的效果。0 C) u# {. d' z4 C- {( K( n
2．3 盐基度问题& d2 s" A+ |! G- p* t7 m9 j+ u
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
# S8 q3 Q3 x; Q1 F4 `" g# m6 L在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
) V+ l6 B) @( _9 c: W酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考8 F5 y0 s0 `- I- P. f7 n
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
: S2 e! p! m D! i6 N铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
. n2 D$ M6 t' H# T2 |国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
i, d% \9 b8 [4 O2．4 重金属等有害离子的去除问题- r# @8 t) |- M$ S5 X! t& N
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以$ O5 m# G T' O0 m7 T$ \7 P
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有$ `- [! d6 u1 \- t
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑; K6 G8 X& R3 h, Q$ d7 e# c
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
4 }' u# [+ m6 ?/ [ Z5 j& D2．5 盐酸投加量问题* s D' B" \ M6 p3 C
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
7 m! C4 M; W' b3 c( U; V: |业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
, b; [$ n8 w3 c. S) b9 ~本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶/ w. T( Q. B3 y: Y) z% \
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问4 ^' @6 m! p: W' I* I E
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥6 ~, V# r. x, j4 w% d+ V* S" o
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数. |. N7 \- k2 S. G% P
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率3 l6 R: B3 t3 l4 [. l# i6 _$ o+ p
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度# O$ R" ]7 E! p( U: e5 F& U
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
1 o% x6 y; k7 n1 Q) {, [0 ]. C" ]3 结语与展望
2 V2 ~- W4 Y& V7 Z- Z聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
- P; w2 g$ n' E3 m品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水, N, z% o$ M- _
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上( p* _) G9 x; ]4 P) Y6 f
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产7 a$ `9 U3 C$ W1 S
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
3 F; p3 y3 Q S& j) k# _; {品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
U1 H7 }( g e6 D& b由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
9 g$ ~: A: \8 E J用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
. U# ]9 h+ z' f! j$ m& {此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
' | r6 y: B% i6 v+ J4 t6 O氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
- r& |- i& e j7 y- X4 h6 D含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
+ O3 D( a/ T! F* t4 w生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
0 E% H; Q4 ?/ I( z! u' i应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产" p. U, z5 w1 ^
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，9 Y( {5 T9 a: ^! x# {6 P6 ^
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
& }4 [- x& W9 j! B6 K) k' W/ C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& q) d) l& D
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
, _( l% Q$ Z# ` k剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
' ~3 @7 s8 H& g% o围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离/ x1 H1 b5 E! [4 @) }: Y$ a
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
% |- P- y: x" J/ s; rPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
9 y2 ~) W. ]) k" y利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产( O9 H- l8 U$ R6 s, }
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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$ U7 X1 a6 y( n: M) u/ ~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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