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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
! L) T- r& {8 l2 C( t(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092), G" Q) x6 N) h( C
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固6 q& x8 r5 _* {3 J$ C; w
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处4 ~' Q$ D* S/ y, X
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用; }* b- m+ v; X0 ~5 e
水、生活污水和工业废斜管填料中。
9 N) N3 T' `! \! x聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
4 `# J- P9 Q8 [5 ]' L凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
, d# x% H0 d. c' f$ r投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
3 e' @! \. }# d4 m, G" D最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉& V, `( Q) e! Q
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH) G( E( ]" `2 [, `) w: }6 Q
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国$ Y# o4 E: B5 Q9 I
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研' _4 f) O6 e% Y/ S& E* G
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到2 g4 {$ N) {9 d) V; `
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角3 g p6 I9 ^5 i( m# B& _7 T
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
$ w; l, L$ Z. R |4 o和探讨7 P: E! ^ Q9 b- O, s x
1 聚合氯化铝的制备技术! E" \ q: u( Z: [- |
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料9 D& Q2 j: g9 S' F' h, e
1．1．1 酸溶一步法4 g: A; U( ~/ p7 U" U7 |5 I
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，% _( Z9 \2 c; t( X
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
& w. f; h3 Y; f放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为8 {6 z0 q, M; O v8 f: {
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，8 ^6 [+ c4 z7 T: H
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
! z4 u2 G. k a" C" x出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
8 D6 o! ?& G( `3 f3 l% E- e不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度5 A7 ^. k! O! A. v2 A
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺7 X1 X+ L- v0 u2 \$ J( O2 O& C
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
. f0 {! G; y, h7 L o较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设6 ~) q3 D' H2 {! G, U: N- w
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
4 }' K, p. L# O: S" Z金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?! |- H# a. M0 y4 ?% d' k$ h4 Z/ Y
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
. @9 ?' S W7 ]2 }% z, P' [出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
0 B( c# M& W# B* d' O. A$ C合氯化铝标准溶液。
8 V9 N* |3 z; N0 N7 N! U1．1．2 碱溶法$ C2 G9 A+ }9 f& k# Q4 d4 j X
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
" l) v+ \& E# q% T, c! r用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法4 Q7 {% c& W2 j0 h" I
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
! G0 H2 P c, A& k/ r含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业 B- [9 ^1 @" c5 L
化生产成本较大
2 c5 {/ B) t) [% [6 F1．1．3 中和法
5 @ M' \! O3 h E6 e( {% J) K8 p该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别7 Y. Q6 i; C/ ~* o$ o
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
* e2 r: R* _8 m: n制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶; y: c' x% U: Q, M7 o& g
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与& e5 }: u/ S f% R! i/ _
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分$ ?' h' w3 \5 |& R
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再: k7 z& y! `+ W* {% m
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
) s7 q3 n9 {" R- a: T: w) S到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据) E) ~. Y/ G2 a1 Y/ ~
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。4 f' v& @( h1 H+ [
1．1．4 原电池法
) n1 l) ^) C9 X' n该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
8 O( y1 H: i: j化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
( v% ?" {2 ^, z' r" R桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
% |( R; V; a0 ]+ T8 r# N筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
$ u/ c- o% J; \; F, `行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产- j. \8 ~0 ]5 C1 Q
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅- \% z$ G/ G, p! o( }3 u
拌，大大节约能耗 ]。
j' d2 `. u8 i) P1．2 以氢氧化铝为原料
& G- A5 L: r/ s& d7 m7 v$ K1 a将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
5 l$ v0 G* t/ X* A: z) R8 b- d温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。. z. i" \0 J+ g9 M4 \4 g
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普7 e. c, c- J8 [% ?4 a
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
# C1 A# m* y4 ]& b酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度( o1 r7 P c) C4 s( N7 R
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
: M- x9 Q/ A* A( a6 {提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸" ~! |3 K: p3 w/ P" |. f( O
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂* o7 l4 ]4 }# r r5 L7 `
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
}/ C) a% F8 e得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
2 Z+ Y5 {) [- W# E B/ M" l酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
. ]7 J+ x. i' L* q7 s5 X% K: y2 b化铝。
6 t2 v2 F; I% J$ U( h1．3 以氯化铝为原料
4 l3 Y6 U- C" l; w8 C1．3．1 沸腾热解法3 t+ h0 _$ [- T; I7 Q0 A
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
" S$ N0 k2 g' z9 R氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
" E( m: i' t, o0 z8 o# _$ T( F搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
* m; ]" [3 K. a& m合氯化铝固体产品。& e8 R8 \+ P$ @
1．3．2 加碱法% r1 o; l& h t* s4 r# x
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下2 v/ G1 i- {9 F* r0 Z! Q$ @3 s
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
" s4 S! b' ?2 z* C3 ?* C反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产- y+ M0 g& U% L; ]/ P% o
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产0 S7 P1 v9 b; m8 [+ e/ b$ G
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等6 b3 K) u l9 L2 _
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／+ K" X; Z3 m V* N1 A4 p% I: J
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报6 q, A/ v+ Y) d7 R+ N
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
9 X8 O( j$ b% x {6 n5 G9 O. E' lAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
* S6 \! q; g/ `& M9 g v+ A量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
) {0 {& \: z% }. p# T$ ~滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
" O, k, G+ c' [& I+ ^* {5 T量也不高。. p4 F* o! y4 L
1．3．3 电解法
3 S) p$ T5 q- t$ B该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以* f% t- e. i2 T% b/ V
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在+ ~' n+ ]6 e6 j/ R; O) B/ J' I
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉. F5 B; A& c* d$ }* H0 @
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
7 G' W4 G2 Y0 ?* r0 R& c氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何, ~2 E4 R# P# Q0 O4 w5 m9 @5 j
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且' w2 M2 M5 u7 ?; S' _# P
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
% I/ h5 ]$ f$ D, B# l$ `& R倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
/ t0 x* T6 j4 P4 ^6 X& n& A7 A( { `过程中的极化现象。
* u5 N5 r, ~2 M: t: J+ x1 T; f1．3．4 电渗析法
e9 R2 o8 J( [# N路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解. M& p* U( w$ U4 |; D. K% m! T
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
9 B) v- b4 e0 E6 L板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应8 m& E& E# ~+ e+ C6 Q" k
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
9 G6 F9 q5 {% Z1．3．5 膜法. r; K' L: @5 w
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯- d9 ^$ k- ]9 I( u
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
& C, A4 H$ L. {' e通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
+ Q6 R" `$ Z+ ?$ e# F% FAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
. E3 }/ Q) E* b8 k* J6 U: Y制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％* P7 w+ b" j% i! _; {& x
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
+ c: G3 K! b+ g( V: H; y) t铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
: F- z" r: u- I, v1．4 以含铝矿物为原料
$ H$ ?9 h5 _% K5 y' @7 I8 I1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物! o& s' R. v/ T F8 o( y& S; h5 \
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主+ F. j( T: D! B
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这% W/ a4 Y+ F0 v; `
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
; [9 A6 z; J6 U1 O般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等$ g& I0 [' d- V( n& g
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
4 k. m$ r7 |$ _0 U( [* f分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二/ j9 s2 n, u4 j
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
# O- R- O% v/ |7 z8 J+ Z( x Q丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，. u! P/ K% t9 f- P
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
6 Z" i- s/ B3 {# @7 L' b霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
! Y, G5 V# A! m+ O0 E/ M, i2 g合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
! Y9 Y8 [3 Y8 d; n j一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
; R0 ~5 j+ a t# ^; X& N: v2 a8 C9 S' C酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。3 [% [. Z* Q. u0 p
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较# J* F; v5 G8 r4 k! I- O) Z
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残6 n- [$ b# a. }
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的$ ^7 |! n9 A+ a$ C. u
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需" E8 R6 m3 A' @, |( B" M% x
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石- y( _% S" `; e0 ~" l; ^; x3 w6 M
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸3 {$ j! |7 { N1 h( o
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
6 b2 r9 J2 J% {3 \高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为3 X0 A: ^9 r, G
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合4 E+ i* z0 b: {$ Y. B* v3 `
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
# h8 F! b6 @7 Y! J. O8 W- }0 b氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝6 k: _" k7 ~' {( ]: [- A
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于$ P2 K6 R& ^" }& a- A6 U
30％ 。4 y \# ~+ q* T
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法" l, Q- Q4 Z6 p
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都! H3 v8 _# ?# L
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
* H4 A8 K5 l/ J7 d" n其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠% f( \' _9 [) a' u: [
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
! d9 r7 p* V" S4 {( C; L/ i复杂，成本高，一般使用较少。" |. u- g1 c$ Z! ?* Q) w
1．4．2 煤矸石
( I4 G0 ~, i+ d+ P5 }2 O0 @煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
( ^) \/ y! _! o. T物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
6 y" X( N: U: L4 u增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
* O4 v) L. t0 W料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而 r* o8 }# j+ v* i* c: w7 j8 Z
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分1 G$ O* x# ]8 z3 m( B4 Q
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
3 }7 f% V2 r# s. }, B) l+ B5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合! P8 p: |/ M3 A. V, n1 M$ i
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，+ A7 f) \, [: _% x0 j x
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石' k( L5 f, M9 `, _1 f2 l
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
1 W. W1 w# r# k: N; G$ a* `: P时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
, C6 k5 y! a( I2 u2 M' c9 p0 u处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
7 M! l; X" h5 s2 y+ ]结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
0 `" `$ C' X6 y* z' E/ n铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
0 a9 c% ^0 B4 i3 T0 g' K4 J基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为' T! V1 J' ]8 T$ ]/ c _
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。: @2 e; |5 y- O) _
1．4．3 铝酸钙矿粉3 } p c, k( W: c$ J. j- w+ `2 H# u
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温7 W% ?$ k+ S" l
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
, E, d3 N: ?( Q% n$ ^+ Q4 l不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
. O: |) I+ M! y, a y2 g5 ^. R(1)碱溶法$ q% E& z/ M. x: e% D( X8 ], M, x# b- C
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶4 r3 }1 o7 x& k
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
. Q. M* E# d& W- ?; [在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH2 U& a' J' Y: n7 H; ^! r
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止. ~7 v/ Z' G: d6 q! Y
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会/ q+ u5 E; c6 s3 K9 p
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中4 W% f& n0 Z1 z/ h
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠 v5 i, V8 J0 r0 y \+ j' X
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
+ b$ [3 p* q" h/ f铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但4 q( I. g* i6 O
生产成本较高[19]。; R! R; i/ x! y* O& {" T& ]2 E, f
(2)酸溶法4 C0 I9 d/ E& Y8 @. {
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
0 z3 V. o! n/ ~- l @* Z2 o5 ~熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简. ?& u! `% M' T/ F
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
# U( e8 c. n0 \4 L+ W& J溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
' f2 N4 T' N% \, ?* q不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，: J7 h: e% L- }! P4 d3 O
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合7 G9 I& b3 p4 ?$ v
氯化铝铁。
; H; {# r2 R7 \# x(3)两步法
" C1 f+ O/ l2 I: B这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工2 X$ {- ]% a! V- Y4 ]* O% ^ C
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量. y, @, |* S2 O: I! h0 p0 i
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
& |( C. h4 P8 G5 ?把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。0 j7 v: T# a) l3 B7 a* a
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
9 c& s6 c4 z6 [" M3 q) [8 G第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
0 p I, @# K. o! N# @" n铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回7 e; o& a/ S. l5 z0 I0 O. p: E- d0 x
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
0 F4 R7 i. E1 C5 t1 \酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
9 h* S% m( L2 C; U$ w3 M% B+ Z7 Y铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
) z( H) e+ F- J: E合氯化铝产品。
6 }6 t4 j0 x x+ S3 c! d1．5 以粉煤灰为原料+ ^$ I/ B' W- ]4 h# K
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
. w+ r. t: n: w7 y9 t" F8 t1 K废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．2 F& Z3 @5 y0 {' M) I2 e$ i
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通% O9 C8 o; n% `
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性. P4 b2 K9 H9 r/ O1 t$ p/ N
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有) t; L' _6 b$ A# X+ ~& M8 P
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
" C+ F" m4 S; D/ U/ m溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
+ i; V) t% z3 C用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用; W2 V! O+ u* ?: ?
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
4 a- C7 j6 t0 m: Z8 N$ Y铝产品，据称能耗低。
" _& n3 o0 M9 t9 _; i9 J6 N& g+ |2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
$ n$ q6 l- l' z# E6 h7 \解决建议- Z/ Y# X6 }3 L$ N3 m+ B9 t! z
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
( G& C- p" y# o w$ Q0 g) @着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
5 Y5 V) q' G/ H1 x* _7 p内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
$ m5 x- b) E Z4 L1 ], h( k但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最* S7 X) _! d* s2 @/ D
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
( Q- x" Q$ V @0 z" l4 y认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
( m1 i1 ]/ w! A0 X1 _$ J+ P! M面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研1 N+ C! E& j0 L$ n* Z
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
0 Y' Y$ @9 A$ ^/ _6 `+ T( A2 k反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
% v2 h( |0 O4 j3 a- t硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离5 e( ?3 G4 y0 c/ |
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深; ]. n6 f$ \$ c' |
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在" l( G2 o5 I: a9 B7 x
以下难点问题* @( p' {7 P) K
2．1 产品纯度问题
" Q! ]& v9 n) {0 a- H- l+ M, G氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通) p4 p( J$ V* D0 i
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
1 }. b4 K% O& n9 d国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
5 D+ g1 c T% \) w% _3 u7 X) d0 Z产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝2 e& t$ c3 \4 `# |
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
& T/ P+ _$ A4 C. a* B# O品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化, B. N9 h4 A9 u
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝0 N3 X; K, O* O" s* {5 L
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需 R# v' _ W- l& |* B
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
) E8 G8 W- K0 N8 z6 ^8 }& F( w产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之1 B( m* R% G3 u; E7 m/ j! O* Y
一
! s2 `$ i+ z- f4 M, S。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推9 E4 b( h9 |+ ]4 L8 @
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新1 A& e0 i8 k* _$ e/ k2 Q1 {: P
产品开发力度。4 N( g4 h! u2 k* r! Q0 Y, e' o* C- z
2．2 不溶物的问题
' ^* E: M$ A" U+ q国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了: t ~: B! |' w! _& r
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
% p- X8 k5 r& j0 s0 n矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
, s( B8 t4 A7 d+ d+ p0 S' }) L成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
3 c) E% }4 G" F& N7 Z- n应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低, Y8 f! @, B/ A/ B
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
& a* B0 f6 {6 i2 x决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效) B; o7 m( \& c
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
% M7 R# [' O4 h: j. w$ P& Y也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
0 A6 R- |9 Y2 _( M& t自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积8 q& |' S/ V/ x \0 k1 b& _1 |8 e* Y; p
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗8 M: ~" f6 d6 j" o+ S Z$ v& ^3 H
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
# V' D* ~0 F+ A) m1 n通常会取得较好的效果。
7 v! e4 k9 r( Q1 a p2．3 盐基度问题
: f! F; S' n! N8 y! \4 Q0 p; v0 F盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可3 P2 p3 i; \* F5 I4 [$ {
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
1 U1 K3 X+ l5 a3 P5 Y酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
, w& k: B$ u' l. D5 @虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和$ H V Y3 `& h" T& ?
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
6 |; k6 `8 v0 O国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。9 ?" x+ c& L2 ~; Y& L
2．4 重金属等有害离子的去除问题
9 \ y4 t" h) \+ r6 q某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以* q- X6 W4 {/ f: t+ N. ?, m( f
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
}2 c9 C& q. R5 { Y3 ^害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
, W; ]5 G2 }% v j# V+ a置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。3 w m/ P" j8 ^
2．5 盐酸投加量问题/ c, W: V7 |) x- ?; Q- K* T
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
5 k& `( h/ ]' O0 Q0 V业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成& R7 Y) G* Z" D8 d
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
- c9 N- ^: ~' x1 _+ c法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问. a0 s# b5 Q O A: Y2 a4 H
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
) ?, `4 x# V: j. L9 T; {发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数* \% z- q) A+ R) h/ q
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率, C$ g. `7 q3 c9 D) j; |
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度2 j& a5 g" ~9 ?* b- j
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。4 g) l8 g, `! z }7 |4 I+ p
3 结语与展望
3 s1 t$ T/ B L9 P# F4 a聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产5 R; ~. R- U3 s8 {# T
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
. L2 j+ W- S0 u" g' r. S9 @处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
9 ]5 Y* e6 c& }* Q& [有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产) C# s1 l4 J* C. H, ^" ~* @
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产# n! b; Q {% }" J
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
. z! ^ T& f. d, P8 s; U; x1 x由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
9 G# W% R' W; u0 E+ c1 Z, y, ~用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用5 @6 n4 @) e5 `3 g* d, e& G; E$ R
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
) C7 x$ d! J0 W! f6 c6 O氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用, y: k+ `' d2 e; @4 `, Z7 R9 Q- Q
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业 n" R: {) q5 W* U/ L& i
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
. S& h- o/ z& [) T0 V应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产8 r1 t3 i v. j5 ]
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
0 ?' \, Y! o& M, q* o) ^是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
$ ?4 u- h2 b8 t5 b是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复2 T c' b. B4 f+ k4 I9 ~" f7 C! M9 e7 Y
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝5 T3 O+ b* ]6 R
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范! U/ y4 W& d+ a+ R8 O" B0 h
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离- p' K! d4 m" S5 ?& f$ b4 D; i
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内: Y! N6 I) @ o2 i/ w: t1 X2 i* O
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
- q$ D- s# N5 `/ m- ?利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
! [+ l) J& _# E+ D1 R7 \工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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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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