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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
8 P; _, A' l' H) V(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)/ `. z3 d2 ?6 y0 c' w4 k* W
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固* T7 J% o0 u. C; a0 [$ w
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
, A6 ^; J: e1 [理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
1 r, p% Z- a: I5 W% s' `9 y; L2 m水、生活污水和工业废斜管填料中。% b( L, d2 Y0 d e f! c5 ~
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
( m* E: ], e2 A, }& A1 o! B* Z$ l凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
. l- G9 @$ A' G& n' r& R9 X投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
0 n4 _. v: j3 B% f最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
3 z2 B0 h4 f' i2 ?9 _8 z淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
$ W8 b; C; V& ^值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国; T9 P5 E* |. e& s2 g! q, I$ \
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研) G! @' i, ~: H
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
& J5 d" V% N$ K& }, d# |% c4 d8 D了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
8 ]. o3 b( T; n; N9 H# g度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
; q F, U8 m# [1 U和探讨% C, n# \( W+ s! r- u( i* _5 U$ B7 ]
1 聚合氯化铝的制备技术" u7 n6 ^. m# W
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
. A% u+ l2 A; o$ l7 k1．1．1 酸溶一步法
/ G6 Y' r' j' M3 ^" m) q7 }- b: ]将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
9 ^' a7 d# D+ D6 g0 y在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．/ C# P0 f. G+ M ]$ B
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
, a- \2 E; S7 A( c: V R放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，: [9 f: g3 a8 v% f. G1 E
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放$ v* p+ S! X: T4 _: b8 K8 s4 S
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
! @' U2 I2 t2 f4 b0 U- H) |不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
- L, @& h, u" V* }! m4 K至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺/ T: ?% J2 N: l0 I
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量 f: R: G' m- J, e1 \
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设$ ^+ G2 B; k4 y+ V B
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重/ T; u; i, j9 I9 }* Z
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
; u8 |6 r0 [' I5 z' V8 g利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
; R4 {% m) z0 {0 r0 _出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚# l* x( B4 B' ?5 d p
合氯化铝标准溶液。7 n$ W9 a) o8 |0 w( V" j
1．1．2 碱溶法
: u; Q$ O7 ^1 i# A# _: L先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再4 D# A1 m. d2 x% l8 ~9 u
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法' [. s( Y# H- Y- {* X
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠! D9 A% v5 H6 J: C7 O
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业5 _1 _2 { c! h; D1 A- r
化生产成本较大
+ C3 r, X2 V- r0 }1．1．3 中和法4 A$ ]+ o7 G) s2 F' i* R4 {5 s
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
% t5 [9 g& D a# y# L% k, ~& d1 L制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即" B- T: `8 w' X
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
) r3 v$ T' C# E% P: ^/ _' K4 n物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
~) w# F( c; k( E. \ P铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分0 d0 Z- U1 V! L, h
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
; b5 I2 S+ V& s- c" q把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
% l1 X9 W7 a H1 y到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据2 b4 H: w2 _- ]: _' }
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
2 r9 ?. a' s; c* a; A1．1．4 原电池法) O& G& f6 S8 y( i) ~- A
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
$ ~( d4 |& W. i5 q5 d* h* O# D1 g2 i化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
2 U* E, N2 k! V+ A* S桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
3 F1 K2 b# v! }筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
$ T& y1 i0 |, v5 k行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产2 Z" f/ m$ K; b& g' K) ]
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅: o' S) t; B) q# s( n' Y
拌，大大节约能耗 ]。
5 R& v$ z/ S( y7 K8 z1．2 以氢氧化铝为原料 I, }# ]% s1 M& g/ a7 ~: E: d& R
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的7 `4 o( b! h& X2 v9 | j- Z
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。; A" Y- {2 f0 U# |7 A1 O' t1 @
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
L4 ?3 O$ l* S& ?# K5 ]遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
# ]* N9 G* a r1 v0 P( i+ e酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
9 _9 N4 x6 v% k3 G+ F8 N2 v. ]不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多# u1 l9 u2 d4 M3 o! d' h# i m# h
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
* |! Y$ `* M, ~8 C0 p$ X# B钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂7 H# D4 x4 b" U$ ^- h
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制# ]2 R+ z" B+ \' O3 m
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
$ U4 f7 s h5 o7 n) c1 Z酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
& z/ d& Z [6 U, u: E1 M e! }化铝。
5 k' ^2 @1 a% m: b8 v( t p" M( z1．3 以氯化铝为原料
- Y" n- _! e* ~$ t% |, Q1．3．1 沸腾热解法
* @8 {! J+ l& Q' Q5 E* |用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
! f* X; U4 }# Y7 E氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
, c8 A1 B" G! M6 B搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚* I1 w# e" G5 {" v* C
合氯化铝固体产品。' p3 [% s9 q& Q* @) ?, I
1．3．2 加碱法, n; ~. q; F3 l' }* V, X
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下, r2 B+ Q8 F* j) r3 j0 D' F7 H* q8 W
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，; e0 S2 r2 o9 P9 J/ @1 J, X0 B- F. G. L
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产; k7 J; d- G5 k$ {/ t8 J6 |8 k
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
, O* k/ J( y, |; I7 K品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等4 \( Q, N) G1 a5 i3 n
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／" a) g" |& ~' j1 q8 l
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报' o' A! o, x' T! I- x7 K6 v; _3 A
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到+ c$ l, Z) ^) w/ f p8 f
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
% E; ]$ g& J3 R9 {3 L! t量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐; }9 G, i6 @6 L5 U$ T! h$ X
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
) A6 Z/ H* m4 x8 n J2 o* x$ z量也不高。
( g. k+ r5 ^3 f2 {2 D% E4 c1．3．3 电解法( C+ [! b8 u. |% U2 O
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
# }& {% D e; R. s- x不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
3 d! W9 S1 x1 C; x O低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
8 ]; S6 q9 S4 B0 ?6 O/ A; c7 B等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
4 r, v% y m: A* ~. g# X" ]氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
" Q. d& K# c6 s锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
7 ~/ k1 u/ }; K/ T a- Y4 K/ F0 H- q可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
* d, @6 |/ O- s/ n倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
( z/ U. b- P, i$ r, l$ d, ?& L! T! n1 L过程中的极化现象。1 M* C% w6 u, I
1．3．4 电渗析法, u: w( T2 o: E# I: v% P
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
0 A0 C- W! O4 ^5 w0 h) K液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
' o2 p4 a4 Z. V5 o: n% q6 x板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
# n9 b9 a2 R1 _% G室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
+ `1 j' b: o; I) u" n: K3 X1．3．5 膜法2 e4 p7 c: S; A" ?" V9 G
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯' q* }% a' O% |" A
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
& o, F" i; n* y; C9 _: m# }; J通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
" t R, r- D0 UAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
, x' r6 @3 q$ q( l% M制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％0 i: G1 @, ~6 O! O' I
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
: `. N3 N" z. z7 {6 K+ R1 v铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。! P& f, `3 C# x. v o
1．4 以含铝矿物为原料: r; x! m% B ^6 k" L
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
3 ?9 `; G0 M% X: D' {铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
' O* ]1 C; X6 U/ V+ k8 g要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这- |3 W* G8 b6 @$ V/ u
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一: ^1 C8 t3 y" m+ }$ I
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等2 Q' Z5 r( j/ {! D8 f
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其2 ~# E! M& |# o7 P/ O
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
7 N# T# G3 s @' `氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
' K( k4 A6 f* C7 E/ g) M: z! O4 I丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
$ b1 ]0 h/ \* K1 W! J' `可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
( s0 B+ }& B2 w3 @& E$ O3 U& P. L霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
$ P2 J/ m+ W3 Y; p0 L) p合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
& O1 y( z1 l l4 U; X一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。0 n: R0 i% j n7 V
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。& g' Y! d: X* o8 s
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较7 k, w2 n8 @+ B$ [9 s. T% `; C
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
: x5 Y" h+ t F5 A) u. X: k渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
. M6 a8 U7 `6 q粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
$ R4 J: s" O* w5 y; ~4 ]6 x6 E. l9 u对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
* B. w' \: r$ l! M5 @$ W* @' d* F种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸; o/ I* N% I$ G0 S9 ]
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越& Y5 u* M( W; m" P5 N/ _- ~9 B
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为0 s) ~% T+ D0 q$ Z) q w
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合2 k) z. ~0 b9 {' \& v6 ^
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，0 E4 R7 u$ B0 b% o# e, M2 ]
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
7 t0 U, |( _3 U8 B' I$ N铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
' s4 T4 Q# \6 u9 d" M8 l& Z30％ 。
' r! C# b, y0 M+ m0 u3 v0 e# w* o一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
' Z& k7 j9 A) s制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
3 D" o0 |/ ^, b* ?; y' _9 D3 b. k需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或9 z: L3 \" k$ P
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
1 n* J. q/ C. P+ ^. f. Y' Y和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
; |/ K, \' G" j! a, t复杂，成本高，一般使用较少。
3 R4 G( W1 D3 F& w6 s) R X1．4．2 煤矸石
6 r7 k! T$ [/ k' U0 z8 r煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
' ]) L) N& q* o( G* u* a* r2 a物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
8 P" M5 l' E+ m增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
5 }( L9 e" x) P3 G: m K1 G料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
* p* R: [ ^# s: s! y' C, {且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分9 ~! W/ A& g9 j3 k: [ Q+ S. N
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
$ g! k g8 I6 i6 {5 g5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合) F1 T* {2 _4 k9 p
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来， e1 f. }- V8 E' K' H+ [
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石* c6 o) C( Q' C8 i6 W+ v5 R3 i
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
# ?# z& {5 g, b" s8 K% g时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
( C% S" A6 u% c! y9 F6 }. h处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
& a/ d0 V- r) r% A7 K2 h结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
$ }0 }# }* ^3 n2 Q+ ]. f. g0 t. i, {铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐# J$ L7 R% d. {: n9 L! q2 c) z
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
; u7 Z u1 D2 o: }原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
( z! D0 Y9 d( f) e; Q9 M; q1．4．3 铝酸钙矿粉0 ]- }7 Z! v p+ W; I, o, n9 b
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温" }7 B+ `0 l8 f$ r
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的( i1 _* ^! A( p2 {# f
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
; K4 S) C3 R' P: c(1)碱溶法
( @) a6 G2 w# @2 J! N/ g# v* T用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶% w9 _5 a% a' d/ u! \; w9 |3 w; q
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
6 d( [6 I0 V: }; G F5 N5 v& q2 r在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
b# @; ~/ ]- u0 q' r: B值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止& ?4 K- j0 j, j' U! K9 r
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
( {4 b" n" R" w' S) ~( m& ^* d形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
, B2 E$ M4 o% }4 C! I" k2 s加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠( X; F( K/ p7 ]
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化* r. `! m. X$ |
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
. x( A% R8 O8 Q7 j0 g2 c Y生产成本较高[19]。5 h) w* a n8 p& J# I7 y
(2)酸溶法' @- I+ A2 G3 ^% V& W+ d
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
1 i9 ~4 w. t* T0 }5 `) \0 E5 z熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简+ j {- e9 f; j% M0 M
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
" P: a: U9 T$ f" F1 L# C溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常3 R( X- f2 \+ c+ f. c" q, D* j2 \9 J
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
+ X8 K" x9 k2 z铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合; S$ `7 [" x! J
氯化铝铁。
3 W, `. a' E3 Z% E9 p4 r" K* P(3)两步法
3 ^. w- Z8 m9 l: I( t* k' b* E这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
4 e# R! r. B# {- ?+ x艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
( ]: B2 t/ M% w8 R) q* \比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
. l1 h1 F% ?1 ?1 r把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
: _; n$ I$ A7 s" l, J0 t这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
( \$ U0 i/ J0 l( W: _6 i" Z* S第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化! L1 c1 y- g' R6 B) a- N8 j
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
; U- `7 X" }3 Q( V: o3 @# {流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
& c) q; D4 ^ C$ R, u3 T& i酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化/ y0 H- q* z# q- r
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚0 j3 V, k6 G& C& d0 F1 i
合氯化铝产品。5 ?; ~& o( Y3 ]
1．5 以粉煤灰为原料' |# n; X4 P6 Z8 P4 l8 a' h' O
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
. A' M" g) B$ V! z! N0 H. _废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态． v/ K3 q+ _/ h- @
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通- Y; l$ O8 a1 r' e$ h( B
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
( z8 d+ M5 J8 Q% u1 L高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
) v- q! y& b) I \: X( m8 g3 u2 v% X人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸" c9 t2 A4 \! t- v' C8 h0 T7 I
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再2 b4 d4 q5 a! C9 N- A# H+ H5 \
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用* w9 Q* ?2 ]3 V R( w4 i L; ]4 D: N
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化1 @& d" j* n. K9 [) W) H" R
铝产品，据称能耗低。
4 [0 B$ ^% U, h) }- q5 f2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及 B% M- F( |& A# j! h' E* ^
解决建议! Y h* r3 v. w1 G( B3 J$ ?
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
1 b% K- X& \/ R着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国% v: E- r' X5 k! ]) g3 K G
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，* [) W$ }! n, w2 O* J) r/ m$ {
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
& G$ r! y5 G* x7 g. O3 d8 I$ ]5 X" T佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
: l6 V- m p; Y6 o* ?认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方( e' T2 K3 v. Y& v
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研8 i. j7 o$ P- R% N# c5 x7 j
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度2 w3 E# X/ F( T, H. ~0 _
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
1 \: E2 R3 ~& V2 k2 J* @: {硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离& C7 C% `# n9 a/ D8 v4 \, o
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深' `" O; \4 ]/ @
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
, W9 x1 p- Z# `9 S0 i2 l. D& G以下难点问题* g% g, r" U7 T1 j, q% Z
2．1 产品纯度问题
# R6 L+ j& X6 E% o$ T" }2 V- n氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
. ~" r* t7 ^ K. n常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我1 Z0 E! ~& d( V
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列, O, y7 `/ O; u7 [1 U; r% ]7 Q3 V# r
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝+ ~: x. y8 ^9 H) f, c4 j9 J& B
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产# C4 C( V) P% k4 L0 A
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化9 L' i9 M) F& h$ b& M: a
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝$ `) v* [$ Y5 u; P; u& |
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
, }0 x* c G) y6 f, Y( C3 c) n求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝- Z5 f+ g% T4 I: l( V
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之5 A7 d v3 v* ` e
一
7 z w- Y6 j; Z+ l3 ?。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
9 d. h! f c4 W6 c9 g; P* k7 n# v广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新" N* O" I& {: \$ R* c3 y- ]. F
产品开发力度。
$ h4 A) M- v, o/ p* u/ X2．2 不溶物的问题
5 e0 m$ Z" E0 v1 o6 }' j国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了4 R0 {) V& R9 b! @2 j
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而) O" m6 c/ I' c; { {
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加8 y' k( P+ s* a- M$ X& f1 b" r* \) {
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相3 b+ r0 g+ K: Z: m4 R4 r* f
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低+ L0 x+ Q, v6 x8 t j$ u' s- D0 [
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解' I9 D1 k' P( d) o7 Y
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效) i" h' S! O; G
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
/ R/ q& E' Z( Z6 t# Z- |7 ~也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：① D* w* Q0 w7 V w: U! }
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
7 \: L B; j7 V小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
+ h; ^) ~# Y( e& }) ?# g高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
9 d. b; a3 w3 O4 J, n: {& m通常会取得较好的效果。3 a6 X% Y3 {' |3 w
2．3 盐基度问题% C. c# g0 j( p' H$ X2 S J2 W/ ]
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可0 h. d2 o6 @- K' J* M& Z& ^% F
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳' l4 u& g3 X2 i [" y* U
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
, ~+ {+ A1 ^- M6 Z9 B0 h {, p虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
9 { I6 J4 Z7 C5 \" ~, S; L铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前/ X( z; X3 a1 Y# B
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
6 A; s! ?, N! M2．4 重金属等有害离子的去除问题
1 @$ K$ o1 h* r' K8 u$ f某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
9 ?, x1 u) I+ {" @$ G5 F7 J在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有$ }9 B# ~7 f- a, h) F
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
" v5 N1 _7 m" T6 x置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。/ e% ?: D' X5 v
2．5 盐酸投加量问题
% I7 b+ L* v6 r0 |9 U制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工# b* ?5 f( U! G1 q1 n( c6 V2 J: p
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
; ~6 \" u- L5 X, w6 `: O, ]7 {4 ~本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶6 [. Y+ u2 z/ x) a' J% e$ k0 G q
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问$ P& V- h. }/ Y4 @) @7 j
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
; N8 F- Q% D; a, j0 ~发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数5 O9 y& b' R/ c- M( J% F. [
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
3 j% r1 s6 S) d% B0 r+ D2 I7 f6 A低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度7 T% V8 M8 ^- A8 [5 C# `% }
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。% y4 w) {' G1 i" ?2 f, Y
3 结语与展望 O N, p7 Y8 K/ P
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产: m! n# Y) s2 y% o) J" z
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
6 S3 L" o. Z0 E* ]* t' ]处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
) o# G4 \9 z" \$ @8 |3 M5 v有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
0 I6 B" }6 O2 L! m品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产5 @. x# T0 D+ J8 L! M
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
" q* e. b6 H1 L3 t3 J由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利" I# G2 O8 j3 V! d* L: ^3 |) c4 Q$ n
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用1 C A" W& I( G" O: N, e+ F6 I
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
- y! g7 e; A% L8 p氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用8 P8 k$ {# n& O4 n
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业1 \% t9 }4 R; `/ L
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
2 @( p% H1 n/ m4 P9 J" Z, y应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
! Y( o: i, R" `. S' H聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
1 G" I+ i% P* e- h是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向" X) t3 G0 {% t/ s, W
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复5 e( ~% F/ f: [( x) a+ ^8 |: K
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝$ n1 |8 e" Z- U4 G7 D
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范9 k# r+ E2 v \; R/ p
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离1 n) o7 S% O" A, @
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内! V% f: O# D, z3 V4 a7 C9 r
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料: Y$ O' I( c x" O$ N& V* |
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
" r: k5 D3 T0 w Z; M工艺，必将成为今后工业生产研究的热点! f0 P5 k: n8 X0 B* s5 }3 V: B; [
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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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