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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾9 I2 ?. f' k& l+ h
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092): h& A! k: N* Y1 U
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固6 \. `5 H" Q' e6 ~- a" z1 P
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
" P) y' ^& z( g3 l- K8 U理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用. T( z+ U9 z) _/ z1 @
水、生活污水和工业废斜管填料中。/ R+ R" V4 p" ~
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
! Q. N# y; s& X/ {7 Y! b9 ]$ B凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代) }, i1 q, C! [. q6 t; o' b8 |2 a
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
, S4 t+ N8 h. e) A' o3 n最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
% S1 }! [- ^, Z4 j7 A淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
! p3 X/ B/ X, r+ w9 Z: X值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国 K5 p5 G( L) z) _4 c! \
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
( M# S1 Z8 M+ ^8 V+ _6 I. u4 i \: V发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
) j2 U5 e' B1 d! O I% [ D6 b, Y+ o6 {: X了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角 R% }% U/ v+ x* X0 C0 p- G( r9 u
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
" r; ^5 a. }# E& e/ P和探讨% A% d% |$ o. P0 x$ k! F2 u4 w9 z
1 聚合氯化铝的制备技术4 r7 Z7 U4 J/ L% T- G9 O+ Q: D4 k
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料1 k1 }5 z- d$ x) ?! D
1．1．1 酸溶一步法
$ Z$ @* M1 V8 N2 a将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
0 b( e3 W1 x+ z `) L在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
; c( A) R* f4 ]% M放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
, B6 z' c. @5 ~: L9 R3 T5 R: k0 k w放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，0 c4 |; `% ~) S4 K* w
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
N5 Q. {4 x) t7 h% f" d( e出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至/ p4 }5 z, f$ _' K: q& _* h
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度" t' ~$ \- K! h7 }; A/ l
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
( ^# K1 s8 Q7 _& R简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量; r2 Y/ ]/ Z* e' Y2 e
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设/ B5 a* O0 O8 L! A0 E
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
) N6 r: x' w4 P9 d$ S. D! h金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?3 p8 R3 C7 b0 ~% L' P5 \
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
4 h6 K& q1 I: D( ^出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚( p) [- E9 _. J) i; O
合氯化铝标准溶液。7 t3 N3 v+ J$ g$ c3 n
1．1．2 碱溶法
# @" a/ ?! I9 C6 [) g( F2 a. h4 G先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再0 A' P8 ^$ K* Y
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法% G& b# B$ O0 z4 w" T! X
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
( }9 v6 n3 Y0 B" q0 c- m含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业, e, w: t) x" j- G. Y
化生产成本较大. V) u) b" n+ _, Z
1．1．3 中和法
: ?: {2 B6 k6 |该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别 N0 m8 v, C1 U- ?. V1 E# p4 M$ _
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
6 n$ O$ X. E% O6 A制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶: _5 A/ N* |6 v
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
- D# |" L4 q! Z h7 ] h% C铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分8 j6 T. M6 T* N% o+ C' p" E, `
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
" [. l* ?9 w3 [0 V把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得0 \4 |9 ]& j( j# m
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据# T/ q8 h" `! ?6 g
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。4 K2 }9 ~" w$ }0 ?% O1 U* }8 R
1．1．4 原电池法
) b7 H, y) u) q! p6 |7 m该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电6 N' K% Q& i3 |1 d& S( K
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆" x$ M7 C6 V2 L; G) ^
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属' ]0 f7 |/ e( E0 y/ Q0 a& U5 u$ H
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
1 v; e# i8 t& t行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
' ]: y: F M1 m4 @+ r9 I( v/ y; d生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅/ s- M; c1 ?) Q6 s$ ^1 {; ?
拌，大大节约能耗 ]。# U9 X3 x' G/ `% R9 j0 Y" E
1．2 以氢氧化铝为原料4 T: w4 Y+ t5 P [ ^5 p0 G
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的4 M. Y! r" a( v) i8 R' v! J( u
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
6 e' s7 M$ H1 x( r c2 b该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普7 x4 ]; N( V, q- W
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
+ Z( {) p$ b+ y酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
# {3 k- V+ ^& w6 o不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多7 ?' R: ]" @, C
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
% f8 v9 T7 h" M7 K钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂2 ~9 u. T$ f- v9 f, m6 F, S4 ^8 L- e! z
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
6 q' Y! X3 b" p, g7 h, F9 s得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
+ V1 ~/ `; o* X# P) m) N酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯* _5 n( ^$ \3 n/ r s
化铝。" ?' K; {, b( R8 q# O! D
1．3 以氯化铝为原料6 l( y, @# w, g2 o; O3 g2 I
1．3．1 沸腾热解法, H; K4 b, |) r( @" ^1 C
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
! D7 w: }: w. l0 W8 K( ]9 c% b8 }氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水$ I3 y1 J/ O4 c8 S0 J: _$ J* h9 s
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
' N0 f3 k; Y! }& D7 |合氯化铝固体产品。
8 u' V* ]+ Y- N0 `7 T9 _7 }1．3．2 加碱法
. z: A$ k. u9 v; b- G先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下6 s/ z/ g/ v) n# w
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，! j% ^: Q; }& K& [% H
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产1 K8 p/ s2 W+ \* K
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
& _3 ]4 y z) V7 G- ]品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等/ d' ~& ], J0 p4 O9 ]: q, a
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
+ H1 L3 n* X$ @: h% M) uL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报: c: R7 A* l/ V) v( n, D) Q
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到0 b$ N$ N+ [' l% O. x9 R
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
6 \1 X% ^/ E& d- _量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐6 `- S, h! O! V. O: [. f& Q# |
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘, i& q6 N/ U$ H+ `" d; t8 L
量也不高。
1 M- e% C& t4 N1．3．3 电解法6 q7 |2 [- H6 F& T) w
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
; B2 c3 ]5 X, }不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
3 Z' X* K+ l$ d7 u低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉9 x; i# u* X0 b. w: k/ ?1 C8 `
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合& l1 }1 s4 L& i/ e7 O* B& F
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
7 [% \/ T6 D( {' P8 F锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
/ t5 H! X- e; n V m* k可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
* r+ w# I5 {4 P# b2 n倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
' j( p( U. |+ z5 `/ t% }过程中的极化现象。
- R* s1 [6 ]4 O- s: B1．3．4 电渗析法2 ]" q& H. M0 t# R% q9 V7 C
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解 I8 b5 v3 `% h# p1 I# t9 x9 ?8 {
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
# H |$ ]. _0 U& U% D板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应3 ^$ X. _+ F+ m4 w% U4 k& e
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。* Y, K- M9 M. o
1．3．5 膜法
& E. {& u' O* `该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯$ X6 d, v( e- {/ C8 N0 P: a }" X3 Q
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液" W0 k' N# ^# N) R
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
% H2 W6 L" `# O' KAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜: ^% ~- ^4 K0 W I- ~
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
5 H6 R9 z1 G; C" j以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
+ p+ o2 d7 h. i* a& }, X铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
z: ^: R w, k" S0 v1．4 以含铝矿物为原料1 Y. m& `% j$ w/ _. y) _
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
+ C# |* C# r5 ^- I+ V* R铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主3 [$ C# M/ ]7 t& c+ ~ l
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这6 u T' @0 l6 ^% F
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
4 Z# Z, d+ {8 d4 v1 M' D般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
& l9 W% Y1 y) C& B- l4 r: K' G/ Q的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其! r8 j$ C( C2 B9 e
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二$ A3 G+ Y+ I( P* V; M+ K
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为4 f# z0 m8 E% W5 p/ l* T$ a/ E
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，' F1 i K5 _1 i' Z
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。 ?0 _$ f- t" U* S4 G6 _
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
7 \2 Z' Z, _9 f: P& p合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物# E8 r# K# g: F' b
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
# d H( o2 Y* X$ p# g1 N$ |酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
; j" z: H0 K" m# C8 L x* n9 @生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
, B* {" U% k8 F大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残, V4 d& N% Z8 C% Y
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
9 V3 Y7 [+ E' F8 r粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
3 m& a! f% k7 r: k* C8 J对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
1 J1 d+ G( z% @9 |0 E种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
5 n% `( p6 Z% k5 `* }' ~溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越 D- U1 G4 t# ?' \$ {1 c# X% m
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
$ h" @5 s/ }8 M/ {+ V3 u4 O0 L20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
- e |6 L* {: P4 h3 M5 O氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，9 c Z: M3 u5 a/ }
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝& C' s; ~9 S2 x/ g X8 ]- ?& S
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于 t0 |6 j; t- k6 ^4 k0 x. b
30％ 。
9 `9 e- |9 _3 Y一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法- K* [9 \, ^" |. i) V
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
" o# J0 L5 D! ]- d' o% j需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或, a4 c0 Q9 x& O# [$ y7 [
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
5 n) D; r$ M2 e4 h和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备- Q3 O# k" I: O* b5 J6 p4 c o5 K
复杂，成本高，一般使用较少。
! A# f' \; Z, M5 N1 P1．4．2 煤矸石
/ r* v! z' y4 i6 U% W1 ~1 s煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
" V3 K/ w& D2 {3 N* F物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧9 [7 I( ~' t0 r2 A* Z
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原. O! P) [, V2 O! O% n2 e
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而' I1 s9 Z. j% x* y& n
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分8 r3 `! S4 A1 l5 [: X% r( D7 U
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和 k& t6 v d& {4 l4 w+ ~
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合1 z( m1 u9 d9 F: ]
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
* l2 q! i9 _. D: D. F4 T已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石3 D( L- L8 T$ S# Q! T2 D) [" b
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小+ y v( Y' X: z" b
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
$ |: N& J" j$ F/ ^4 V/ O" ?/ c* ]处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得* r$ Q$ \# y) V0 T5 R0 I' v
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化( `4 f4 {% a# i! ]6 l$ t1 t
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
) M( r" U- O( f( q基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为' k1 ^* x6 m/ w. K( M: r- V
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。' i3 P* a7 p2 ]4 @8 R; n1 a7 ^4 |/ e
1．4．3 铝酸钙矿粉" H. X: o5 a, H# K
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
8 w- n4 G1 ^# M5 n煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
! z/ Y/ O9 d% b, c不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
& p, D! v$ e5 `) N(1)碱溶法2 w& G; t" C3 w. E( I0 |, ?
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
6 T2 S- C0 M3 t0 F. U' b/ ]" G液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后- {. k ]8 `4 i3 C7 [
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH# ]! D( g; k- N8 r9 y. U
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止! c1 i+ ~% b! p/ Z' t: U$ G3 I
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
0 c- |5 D) _: {& m1 F6 ]形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
/ F+ ~/ H% A! Z: F8 ?加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
$ z/ b5 a/ F# q4 J状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化) ?* }5 K* ^1 H; C
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
* [, r" t7 X2 F8 A" ~& }' n生产成本较高[19]。
5 `* |4 a9 s: |(2)酸溶法1 `- ^7 U: F8 P5 _+ _
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并9 d5 W9 b+ _: z3 a8 k$ l8 a
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简, y" d, W" n5 n4 z; u
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不( D! G; G! N) P4 `! R; I
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
2 C& ~1 j& y$ @0 Z# T不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，9 f' _! d9 L* j- D+ ?
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
% r8 T1 f6 F- S& H氯化铝铁。
9 p2 {; Z# x0 W3 i- h- d4 b: ^(3)两步法; D. u/ l+ f( l/ N
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
8 G4 n3 v& s9 E& y0 M( G* _5 N, h艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
" e2 S# {. y5 p0 C. l6 N' m K# H) F比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是 D' u+ I- {) ^- o# m
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
1 l7 Z$ c! h3 B- \5 B$ L这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常! V& x8 h* y7 t/ q. p7 H9 {
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化+ w5 T9 @6 x7 V1 S
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回/ M: W0 P! e8 V/ T
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝/ [; l5 n0 }$ @- F- J$ P, W1 |
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化1 F4 V$ P( o# j
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚0 R% _+ t' A% p" |2 b% x
合氯化铝产品。8 J k4 ^9 X! O1 g
1．5 以粉煤灰为原料
- s0 T. s _2 L& o( j* T) x O粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
/ Q, q c# T5 Y4 ^: c废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
* z1 Q4 L+ h& w3 U9 ~( }: g! v. o# A活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
* a f$ j( J' p0 V8 m常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
6 u0 \5 O* x* o' p8 T高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有" F3 T- g4 [* h$ X+ E+ s
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
5 T0 b* N1 h( c' p9 r溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再& Y, K* b) y+ v+ Y1 R
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用9 w- v' ^; O% V- L- f6 r$ e$ e
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化" l9 q. Z8 M% q N8 r4 J' h1 ]) m4 v
铝产品，据称能耗低。( ^3 H4 g; n0 [) @# g2 i; P
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及- G0 l' M0 v2 A- M: E$ T
解决建议
2 S: i+ X, S6 ], B) s9 S我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随' E8 X7 C: r3 _
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
+ v4 a' s9 F A0 \8 ^. k内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
M `$ ^& _1 n, O6 T但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
0 K7 h! ]4 b2 l$ Z佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
Z, ^) i0 U& X4 V" L; D认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
2 ^9 y j* L f0 M, I/ R w4 s' h面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
, ?8 R' X. o* X! p; J/ |* ?* i究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
, T% I% ?% Q# s" }5 a1 z4 W反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
( A9 ?! f8 g# `8 v3 q硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离* l6 @- d4 J3 W/ a9 U5 B l& T
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深9 b+ n% h" Y& `1 R8 f
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
% m9 y$ z" N2 u( U8 {9 ]以下难点问题
8 q6 H; |: ^* t: U- b$ i9 m0 v2．1 产品纯度问题
+ K( G' e6 Z0 K' E: [* o/ k氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
) o0 L; d" L5 O, d( X* ?% c常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我9 T3 s! _- @) x$ h# k' r# U' Y
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列5 ?, {8 n: j; z6 b! Q- _7 R! m
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
. q* @/ E1 ^! |# A3 _* V酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产9 y+ {/ ?7 \( I. p3 z
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
- C1 n3 N( W2 [% l0 c铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
3 f; G2 K+ f H8 n0 ~盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需' `6 [2 W2 k$ Q7 h: b
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝! b7 G) m6 I9 p" g$ p) A
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之0 l0 d! L' y$ x( n/ a
一/ M# n2 e* B, ?- E( C# \* j) C8 b
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
. @ F4 |0 j& H3 g5 d广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
) J1 t% j1 b0 P6 a6 W产品开发力度。! o4 a T5 [% Z' s
2．2 不溶物的问题
! d& \0 ^ l+ N国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了! W( z3 D: E2 ?, j2 s
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而& j8 e) W5 V4 |: c
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
8 Q/ }2 K7 K B0 S成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相5 x+ U- T8 l. _: _) S$ O/ D
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低; j) v7 w+ l0 ]: Y2 I6 x) I
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解6 E0 K9 V! h# d
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效5 u5 t6 U3 C8 T6 X. ]7 V7 ~ N
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
) @- m3 B+ A8 A: ]也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
+ x9 r! l1 H$ R+ r2 Y8 l自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
( M( h6 p x; T+ W$ ?小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
6 u( I+ Y) a; h: c7 z$ i5 Y; r高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
) j0 C9 T+ T1 K d1 c通常会取得较好的效果。
# ]+ |2 ?$ n/ q: U2．3 盐基度问题4 w& z- C! Z& a% A/ R8 F6 e
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可0 P& v+ D! ^* T" \6 V
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳0 F9 S/ g, `! d% {* c2 x2 j
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
4 @% K" b9 P, y7 q虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和) O& ?- e7 E, \9 @( L8 _
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前0 L1 u( N$ O. { @
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。! z$ J- b1 ^8 F6 o; Y# z1 \
2．4 重金属等有害离子的去除问题
% }6 N2 ~4 U+ \. S0 n! H2 x某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以2 [6 _! O' y) f. Y
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有) Y0 Z- y9 D+ c
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑 T; w r6 M4 ^3 Q. y
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。5 A5 \' N( f) v: K' f
2．5 盐酸投加量问题
8 F8 L! K. e h9 q: L: W1 i) e; `制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工2 o' G6 n; t7 l B
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成) t9 r( G! H# A0 ?& y5 @
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶# n' z) A& f9 x. x* m" Q
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问$ ]/ P& f, k- B' R4 Z8 |8 ^4 k
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
& E/ _$ }0 ^: e8 z) j; @发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
3 |0 k" x3 I% |, ?# V5 y通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
8 L+ x n* }5 {- G* N `低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
+ g* W! [; P: O% x低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
d! R1 {7 e2 r% x( {7 t5 ?- z3 结语与展望
6 v; a* S8 @0 N2 j7 i8 v聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
* U, c& T( P+ X6 m% O. l/ v品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
. {3 u+ A9 q4 `. ?- W6 a. f: Z处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上' |5 n [( G. `9 [- x' g) ?# m
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
$ u% ]1 G- e3 Q8 I) a( r品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产( N4 t s) h7 ]$ j2 q% b
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
6 C$ B: f3 V4 x5 M1 i由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
1 ~! \% W# r7 U/ c用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
5 [( }: v" X6 j0 X' e此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、0 R: S1 F) ?# C9 y! c" E: S+ q+ \
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
0 `. G, [2 Q/ ?: j" {$ R含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业/ O$ v/ ~! ~: |7 m( Z
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究$ _& `9 M8 p' }" ? _, y
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产9 R* M! N9 g& \ K* N
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，. o2 [$ B; U/ R q
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
5 [- }" V) ` N1 k是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复& Y% w8 `, z' p& B" O2 x
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
& v5 g' }" n: ^剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
, w- Z+ \' X" ^1 K" C围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
3 z1 J1 Y( L' m7 b2 n( F7 `; |子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内" W5 ], i N3 k" [6 p2 p b
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料) L$ c( }' T8 F' y
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
& b. Z/ w7 I. _1 q6 R工艺，必将成为今后工业生产研究的热点+ ]# t* z, V! A8 ^" `' v
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. j1 ], A H+ h: x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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