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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
: n- @% ?1 f9 w(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
) C# s( u0 V8 l( T在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固, I5 M4 ~# N( U7 R1 R
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
2 N+ _( ]! q' [3 t+ q) J6 f& b理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用) h3 f$ y; ^8 t" | y
水、生活污水和工业废斜管填料中。
, t& y+ x* D) E+ k聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
% q! v9 n: X, {: X凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
: }. q5 z$ k& y投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
5 o' ^" V% U1 \/ c. V2 N最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
% |/ y6 ]2 v- w, T8 x0 A% o淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH: s2 N5 B i; u7 @
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国4 A6 L) E9 t7 ~! x8 f3 x
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研8 T* H$ X( X: U4 I. l' k" t' M3 t
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
* x, Y4 f3 ?/ P8 F. N了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角+ L: H6 y8 b! l4 N3 @
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述* n; F2 ]6 M9 C# _% z- N
和探讨
; r# y6 }- G7 B, r2 B3 `3 t1 聚合氯化铝的制备技术! k1 c: p, E. H! ^9 c6 e6 _" h
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
& d" x. Z7 I4 I+ E; C1．1．1 酸溶一步法- d0 U! E. r" ?# c% y
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，. w& `) w7 [3 u% p
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．: F; w7 `3 T, g6 x
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
. ~+ y# [. R, h* q8 ~3 W放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，( G" @; L: c: W" H! }2 b# H7 ]. i
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
9 ~, l! i$ T; X5 v$ s1 i出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至' V. A! H+ x* \
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
+ N* V2 `0 `' p# [- C至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺2 U+ l' B4 ]7 O$ W! b
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量- s& m2 ~6 h# L; ?- q* C: p+ d4 c
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设$ P ]) s( U8 |6 ~: X
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
6 M3 f( ]" R! A7 S& ?' p8 V金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?( S4 U i( X9 A L- b% j: N( Q
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
' w& O) D- ?" Y& p" W, K8 s& G出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
4 E4 j5 j, J# Z8 c/ ~2 U$ G, J/ C合氯化铝标准溶液。
0 M/ T% Q3 }/ W/ n, ^) ~( e! B4 k1．1．2 碱溶法
6 p' ^9 ^, g( @ Q( T先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再1 N: s$ y1 I: h" z$ [& J9 K$ G( Z a8 p
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法# g4 d, g8 E0 ?5 I2 X
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠$ [% g$ M! b1 R; w0 m
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
2 c' b7 I0 `/ ~* |化生产成本较大
' P* K7 ~( c+ ?- T1．1．3 中和法
7 n, l9 Y, t: b, a: c/ `该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别. f3 c* g! c- f# M
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
2 I$ w; q" J- L m! y2 Y制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶8 e; q- b2 }6 |! a @1 i
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与' q4 ]1 J! U5 l; @$ ?+ c) @
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
: i* y5 h; F- B) e用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
; n9 a! j0 ~# v, B* s$ f把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得# D) O: G& b: T. A) Q# q1 l8 I
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据' P; e) ]1 O5 w6 F6 o8 h( s' M+ `! [
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
" r3 j4 j0 D3 F2 I1．1．4 原电池法
/ Z6 f' r$ R' }8 y) I: \该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
: m' R A- }6 z2 B$ ?化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆( n6 W' A) o2 K. x! g
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
3 @" U$ G1 L' Y" G, e1 I" W$ {筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进( Z9 X/ |/ y4 ~+ t. D) L
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
( F( b% E3 v: z+ |生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
4 Y* |5 o8 n8 m1 }) c7 W拌，大大节约能耗 ]。
# o( ?( \8 Q ^. q1．2 以氢氧化铝为原料$ F9 e; x1 c. D7 d. P6 S0 X
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
4 ^4 N8 c, Y, `0 D8 n/ D; `温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。( q( z. n: J! Z% X1 c i
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
1 ^4 p) y" Z" i遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故( K( w/ a+ R$ e6 |# B; Z) q
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度4 N- t8 q5 p; \+ H8 M% ^6 U x% I& W
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多3 N1 v. d4 t0 m* j
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
; K/ c# |+ G0 ~, m* O, K钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
$ ^$ G, F; ?5 E' S质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制- v; H9 W; w# W; G) a2 b
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
1 z) t n- A- [9 _3 V6 W酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
2 m/ o0 s: A) G# W! j0 j" |% L化铝。
7 e" [4 ]* }( Q7 p- @% }/ x4 C1．3 以氯化铝为原料8 U5 t8 n6 y3 x! j& ^/ y8 }+ c
1．3．1 沸腾热解法
5 x' q- A8 J2 I: ]' U1 b& X用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出6 ^6 r) T6 b+ x8 d' V! v8 d
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
6 `! X, c1 T$ a7 R* t8 Z7 h搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚; g, p3 T9 `* f+ n0 \# u# e4 ^( V# ?
合氯化铝固体产品。
; l2 \7 X( x1 V1．3．2 加碱法, `- S/ Y: m9 Q1 k5 b3 K2 R
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下% N0 x" P* w1 ?( ~ F0 q4 a
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
+ I+ q5 E$ F o! u" u反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产6 w6 \. ?& _# V2 H: z# B
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产4 ?+ o, ]( \5 {- x i0 z
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等( [; z- D1 l( o/ z
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
+ h0 s( P! l* Y$ qL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报8 T1 b" v2 s1 q; q) e! r! V
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
( _2 L6 s$ `, t2 u! I8 j& {Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
: a6 Y9 t9 |& `* X' E量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
+ U$ O5 Z* X% [1 t滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
Z6 s. n6 T3 o0 l+ c3 g m量也不高。
1 Y. }8 ^3 w5 @1 |1．3．3 电解法
4 \! C$ |* F( Q8 i该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以. O: P! V1 L! D8 Z9 h: h0 Y% f
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在$ p8 l0 Y6 ]6 ? V2 v$ F
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
5 j% E8 B0 E% F, i. r$ |; a等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
0 Z( o2 y% b/ ]. `- V6 f氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何& ]) W2 Q9 B7 ?; b
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且) ]6 k7 H7 C1 p: s+ Y. e8 I
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的: W2 x) s* q) J* Z/ g$ [
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
0 {: y9 I" g( c) j过程中的极化现象。9 V* h8 S: ^, |" [, v
1．3．4 电渗析法
# K7 r7 p; Y7 h0 }4 c; T! D路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
$ P3 k$ C* T i. d- i% H% J液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
, Z( F5 o0 m, ^( b板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
$ H0 f; t/ q& O2 Y6 M) u室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。' y8 t! q4 I$ a* Z8 ]5 @
1．3．5 膜法
) Z* b: R' n6 O% F. B3 h3 J* x& }该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
* p, Z; t0 O8 _4 x化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液5 `& v# S7 w4 O# R" t7 M# M
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
! Y# j& e0 m2 g s& sAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜3 Q9 P3 K. r/ P9 n7 J
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％: E, b6 B1 y4 \
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化9 j9 h3 A9 }+ f5 g+ d j z! E! \* _
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
. S+ q0 s% Q( O M# D$ d3 w. W1．4 以含铝矿物为原料5 g& S) A9 t# Y# h' `! g
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物% b+ |( A4 D! G- y, R
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主9 x; x/ k; ^- P3 L c5 x
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这2 I) Q" Z8 t. V6 V' G
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一1 N$ W9 f0 ^! x* j) k
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等+ `3 `2 j8 I! ~$ i$ Q
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其9 t6 S4 `; W5 i' F
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二+ F9 j% R# o6 @; Q, q) R9 J; J8 D
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
' c' q* [5 w; {+ S1 [: a v丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，4 u( q5 q+ f! C5 G8 o( ?+ Z
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。* G1 q+ h% n) P9 g
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚' |8 t4 `7 |# `3 R
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
, h4 v+ t) f# e! g- t一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
* ~9 G E- o ^1 }0 J8 j酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。8 G1 K2 V& c: X0 R' o3 N v V& U* J; T
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
8 S( Y) D2 j T; K3 f) i大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残! ~* W0 H6 P" [. N# |9 X; u
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
4 }9 w- p% s9 n7 v, ^( o粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
# p/ R9 f/ @" ~! [ k对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
6 s, A6 v. M0 i- M: K种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
: n4 `8 ?* ]2 S" Y& E' f3 Q溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越# W- P5 }: t' S0 D: B* f ?( V+ ?
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为1 L7 B+ L& p2 e) x$ g! r( n! k
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合5 \7 H6 I1 s8 L$ J- Y# y
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，8 L: W) `- G. @$ K
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝6 }7 d* @# I" D# |4 A# r) G
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
' `! n2 [/ V" K1 t" E9 b: R4 ]. X, B30％ 。+ G, |% i3 D+ m7 P# I$ T3 {* Q6 B
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
7 K( n$ j4 h' g7 O制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都$ F& u3 a3 e- |2 R
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
% s/ R: y) O" T' d4 F9 b0 G5 e其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
( @9 q+ r2 R/ f( P# o6 l和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
: {" t* j: I- _$ T! k复杂，成本高，一般使用较少。+ `9 T- O0 x: B" r
1．4．2 煤矸石
% |( o( e( ^. `4 g( E$ j煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
0 F/ V. |& F/ D" Z; i$ n: A" O物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
: u% @0 @% W s4 D. U增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
4 h' @2 V% ?+ i, k8 K' ~% F! O( ~料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而6 g( k9 ]% H* r1 Q+ q
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
) F6 F5 C8 }# K) c数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和+ p, w- N2 H" A0 H
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
; j( g+ z+ h9 K, @4 ~' P3 d氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，% a: S F3 r5 E# E3 ?: d
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石+ P- o2 Y) B4 ]
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
$ R0 H, X U7 x* x4 ^时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
/ b) i) ~* O6 `# |4 M2 e' P5 z( v处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得! b6 z, y% L, i
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
9 y" M. o& a) A# q! o铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐; N, p- k6 y2 X
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
0 ?3 L' R! j: M1 `9 p- }4 @- i原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
( f1 E! b5 g, ~1．4．3 铝酸钙矿粉
% O" l$ k! q* w; ~铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温: o9 P4 i' p/ R* N% h
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的' {9 H+ W1 K0 x1 z% n) T" ^, x8 d
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。/ }4 X$ ^$ C& V( U# x; T
(1)碱溶法
( _( e) j) u1 q0 s3 f7 F用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
& A# m1 t) ?( @7 { e液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后, A! f& F' x# M, a7 z9 y7 {) R" A# J
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH' ? S3 e! K9 n2 i0 k
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止/ f8 j, n% r3 f$ b( Q
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
: V+ ?# A2 Y, k4 e$ b' q$ K/ s/ s形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
' l+ E7 W i& s0 e$ U加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
3 y. p( H5 u# ^: `状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
- G+ U) g6 e& Q) u- C- p( i6 g+ r8 h铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
- @, d% ?0 l/ }0 E/ s7 B; R生产成本较高[19]。
% C8 {) r0 o& X(2)酸溶法6 r$ L9 A) m% B) b' E6 Q; E1 O3 g
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
' y) I1 S4 J; n) V4 C- h熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简2 g" l' Z" K0 O% ^& ]8 i* F
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不' q! G/ S3 ~- W$ }
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
V3 J$ j( R z% ]. w$ D不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
6 t& L9 G! p& _铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
0 `: c1 J) ]4 {$ K: |氯化铝铁。
( J" H4 E/ D1 E$ b% E0 Z(3)两步法) g W; e' f0 [, _1 h+ J
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工; m! F5 A: B6 Z9 H; z
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量- K( a( u2 @6 j4 Y) |
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
/ N$ N. Y" | T) n2 v- u1 X把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。9 W$ S% h1 g; g
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
; F4 G- Q' l' g9 l2 \第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化9 ]/ S, O, @7 _/ `- h0 B+ `5 I1 l
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
) e6 n& B% y* O n% _+ |流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
, A1 Y: d) I+ g# X. O9 K/ H酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
' o* w: H: u8 u; |& Z z铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚/ D6 \' G8 d# [ F+ N: {0 }
合氯化铝产品。
! ]: h) n$ B2 y7 I% F/ l1．5 以粉煤灰为原料% Z: N# i% R3 X" V; ?% r
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
4 S- i3 k9 b9 h: d: Q x9 X+ e% @废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．7 n4 k$ b6 d* I5 D+ @
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通( F4 _$ _% U& l, \3 |
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性) V* @ U: {( O% n. Z% c
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有8 v }* `* e+ b M1 p$ o9 t
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸/ a/ p' h8 a, n- ] k
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再6 ~) [( e2 t! c! V
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
* k/ T$ @2 v6 u粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
( W5 h) D& n9 [( B铝产品，据称能耗低。3 y/ x0 A9 q: [) ^/ Q4 A
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及" B. L. |: t; W) I
解决建议
v4 S* i- f2 t5 X3 X+ D我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
' U. O% h4 E1 G4 e# [着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
0 W D+ q9 m+ _2 m# ^9 H! F& l% h内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
/ ^+ N' D8 j$ F5 }* ~4 q但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最3 U( e. i) h% x H2 T: p! z$ C3 U
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者' a* U3 \( A9 Y" H- X2 V1 t
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
3 x3 F0 a7 c4 `9 y. d' `面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
. y9 j* S2 `$ O究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
$ K& Q7 L! r9 L反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、+ Y% P; ]5 b8 T' X# ~& s
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离" ^! q. M( {% R, x) K+ ^
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深% S& Z2 P8 O7 y" Z: w5 \, \
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
$ _4 T- X1 I4 c- [4 D( u. u7 z& _以下难点问题6 i. x$ n9 b8 o9 Y# Q; E' t
2．1 产品纯度问题
" X! I$ ?0 z2 l f! }' I5 q. w* S5 I氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通. ^' |, c* }! n" S; u, i
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我; L1 _9 f+ f$ m
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列" D; U8 u. R4 B6 ^: D
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
]* ^2 X! {, q酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产- _6 Q1 \$ Q2 H$ L! f5 y
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化. S# T( y" M' Y# U. p+ M& ?: U
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
# a! v/ h2 U/ r; S& \5 d" e) x: H. e+ ^盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需! G* r: X7 G; ? G
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
& J( ^- m3 Y5 n {产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
# V: l& s1 [& N: y. X4 g% K一/ }+ g3 `; F, e2 l# N
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推# h) k1 B' M" q: `9 D+ o8 F
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新. E4 w1 A) w5 `0 t9 s$ `
产品开发力度。7 c9 ]) V! o, v( N9 r
2．2 不溶物的问题
B. I; n, v6 \) S2 A国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
! x. y$ S- s! X: ?明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而1 v7 b: B; J: }+ z2 G8 T; W, c9 ?
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
) q( `# C- ^2 |5 M- |成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
! \, l8 K! J; t' g! J应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
s `. _) K5 t: B- W* @( A不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解+ x: o) u2 I1 ]' c
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效4 P9 {( y* w s: U+ l6 p
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择( j% W t2 G% a- X0 V
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
( V- h3 d/ P, C. Y+ M' @自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积3 A4 l" A0 {1 f. ^
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗8 s6 P# U! i& X3 U% `8 x; |
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，: n1 Z8 Q3 Y, M8 I- m: y1 T9 y! G! E
通常会取得较好的效果。" e9 F" Z, U7 l% T& g# z( T
2．3 盐基度问题
0 `) k |9 `5 {5 ?盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可: g e. ?2 q, o! x) D; N" ?
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
/ @2 l+ n' s% H. v酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考& _* }( d3 ^% x/ ~9 z$ e$ k* [9 j9 u
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和0 U# i) K' e# }3 u$ ]0 F
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前; B+ r0 y! I- f2 t& J7 ^
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
8 s, Z, G9 z' v, r7 b. Y2．4 重金属等有害离子的去除问题) L4 k; q. [' v) r" U, v
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
4 j3 d! K" C5 C ^5 |在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
" ~. r4 ]; ^9 ?/ @9 }! u# f害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
. n% i% _/ M+ C Q0 `% R v置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。, Z, m: B6 P& A$ @! S2 h/ S
2．5 盐酸投加量问题5 ^! t& z6 T$ }8 b. _
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
5 J" ~8 f/ I5 g1 D f/ P( \, V2 J业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
" W( [9 x' n* a& o' e本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶1 [* ~( z/ p4 G! I- X
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
; V- H! i8 m- b, \' e z3 V题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
: X5 @& K& M( j$ g( S# `& Z发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数+ h# r2 q4 x, f! U# P/ D1 l0 d
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率; S# t0 m% N6 c8 z: @; u5 J, C* F
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度3 T- B# J! u: y# d( A; Z4 a
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
; W, U6 r/ D8 I2 s# q3 D5 {5 @1 z ~3 结语与展望
! F9 d: C8 u3 K# Z* @/ C聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产( \# Z M5 u6 q$ P) J+ X! m! c
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
. |- n: h7 F, @) o处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
5 \6 d8 G6 F7 Z0 _. R8 ^9 K有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
5 u( r. _% j6 W4 ?5 c( A5 {品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产4 X; ]% D2 m X1 z X$ Y
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来( S" i. {& [. D. Q' J# W* U
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利, y- W. Z2 L; r+ m' c9 }1 a
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用" [9 b1 Q' ?, s+ M* L! G
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、" Z3 _7 S( y2 i0 g
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
. h! m4 d- u3 j9 z9 X& ^含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业0 |8 z8 x6 I* }& Q- N. k) h9 O
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
, X8 B1 c& r+ c& S6 W应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产; K& X/ W$ M. @1 \. I
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
x7 V3 w8 Y! a& A9 A是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向* L3 \/ L! ]$ d. Q2 W& o9 o& x
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
0 N" `# \! a/ X配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
' i; a" n. _" m4 x剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范/ a! y- j' ]* j9 A7 a5 T# l! Z
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离 c* o" G( a9 S* \ V( T4 t
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
8 B' p8 r* q9 [9 Q6 t( d3 @PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
2 O* z7 H* A/ z利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
& H1 A/ T+ D& r工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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, V6 ]- n5 x. w, [; c! T: {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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