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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾( G/ |" `( S( B* o% P
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)/ [; S: G7 L5 S, ?( d
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
. @' H8 x) r5 T) b9 U液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
& t: a3 n8 r5 H3 i D, U y$ F理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用* ~# I: f5 e( w n
水、生活污水和工业废斜管填料中。
, Z7 B' O" K- R% K1 F/ K% w5 V聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
9 U$ \4 y" U% z) \* u5 d+ v凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代, d9 i! g, n4 P7 }$ o# F4 y W
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
* t: U8 F* Y( j, z6 s最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
& K! c; b# G! R$ w淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH h2 m0 ?8 q% t7 S4 l2 f
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
! G$ q9 C5 |" J; `) C: _从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研+ l6 g* h* _) s! g
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
! ]; I3 E7 N4 @9 d: e5 W了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
6 R) n5 C( _4 E4 H3 O6 C度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述$ e: m! O4 i, W
和探讨: a( T; p+ ?& J. S' U( T
1 聚合氯化铝的制备技术" \. p' i2 v( y& z% d* }
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料- y) h9 M/ F8 b4 ^9 \* v/ O8 S2 g
1．1．1 酸溶一步法3 x$ M& d/ x6 r8 k8 m
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，! W7 l! M, O* l& G* @& B
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
2 F4 Z+ }0 e! m& y. z( u放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
3 C9 v7 T. B- R- i9 `% A, z2 @8 [放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，- u4 K5 u9 p s+ z( {- I; `
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
c2 h& A1 O4 v出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
: g; X0 w4 ~: Y& O. `- [7 F不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
9 w; b1 S5 T2 `9 P! p, u5 k" }0 g至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
# Q z9 P- V$ q4 _- m; ~2 C简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量% y& c S5 O" f( {* u& @" |
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设! X1 G8 a! ^+ L+ z
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重/ T( v6 Y. Z& q& F
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?8 l# n% W* M% }+ m0 u7 e: m/ H
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备- a- l% n+ Q- K, _ K% R& q
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚& y+ Y1 z# {' T9 D
合氯化铝标准溶液。
9 S9 ^, B+ B2 V1 }- b- ~1．1．2 碱溶法
4 i" R( }/ e9 o6 Y7 b5 C7 `2 @- Y先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
" d7 v6 e& Y# o6 ^0 J用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法9 n; o, I7 Z. d; ^7 O0 X1 ?
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
/ Q w0 |: H6 D. O! g/ a8 z _含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业8 W% C6 j6 C- k; B$ M1 V+ h
化生产成本较大
# D9 H) h; N0 C$ B( o Q1．1．3 中和法7 L/ l4 G1 F E5 x0 q' S
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
5 ]8 _, t; v5 _) @8 T* F7 q制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即3 ^1 k y0 H5 W
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶3 @$ l7 L+ U+ C, Q, w: s& B% w/ v
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与& R$ Z6 y4 ~1 t5 L$ ^+ ?6 B
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
% ]! p h5 ^/ L% Z用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再* x5 |' m2 y. s3 I) O. i# |* ~7 h
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得0 ^% m" v( v. q5 t5 P
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据. }9 x& P5 I9 A. G
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。; `5 J5 b. b6 O5 e
1．1．4 原电池法, ~$ ~& f# h8 p8 j- d. G
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电: H6 e/ Y7 M: y) s& |' E
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
) Y$ e+ d4 C( F: u n! x+ z+ [桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
d3 x! R6 e6 ~$ y筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进( M& _" Q& e2 E5 a# `, i& o
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产5 ]) |1 V0 e F. x; T( o
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
! l, U, _7 o. t- r0 j拌，大大节约能耗 ]。
# R1 h8 A& [# ^. ]4 e1．2 以氢氧化铝为原料
9 c: Q7 e9 _* r+ p. l7 l) |! K6 A将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
! R( r4 x+ P3 M8 c5 a# v温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。# p' B5 o7 x% q# o7 c
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普% o, r7 D& I7 S% J9 m0 N. G
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故! M8 W& S3 s/ ^/ u& L/ G
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
6 J$ r- \, D" A& @, w$ P _( u# v, i; J不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
( Z$ |; h* W7 _提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
. g1 m8 o2 ]- M1 V0 p5 F# B, \ k钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
( K! E. F, l% s o" x质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
# g4 r4 k4 `+ e3 T6 y3 l- j得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝7 u& T* I [1 B, F* H- |* |1 u; W) v
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯$ l7 X. I3 X: Z' o
化铝。
" |0 e+ E/ o4 b4 W1．3 以氯化铝为原料, Z+ I' v; X2 F& V% {, o4 B
1．3．1 沸腾热解法! L$ Y. H, |- M! L5 m- A
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出; i- K2 @0 |) M3 `
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水- P& E) g: F% n! ~3 Z/ z- n& C
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚- b, p' s# f3 c5 A
合氯化铝固体产品。
7 d6 T# o6 D* _2 c" t6 Q0 o1．3．2 加碱法
3 g2 g# X, V9 g$ j先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下6 W7 d' K2 D' m% Z0 O* P
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
3 P' h9 p% b& g/ B& }0 A$ K反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产$ B/ C- K" ^- q) L# {5 u
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
8 ]0 w" A5 h( t品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
& X( C. C2 H5 A6 o通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
- x9 u7 M% t# x7 x8 p$ @6 I! t: `, FL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
6 ]$ {( S0 K8 ^) q m* u2 K/ X道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
8 \( X6 C# ]* x- aAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
, u# A; O8 O% _3 R: Z量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐1 p5 J5 a+ @6 W
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘/ U' u# N7 @7 l7 D. Z3 B, T0 m9 U$ P
量也不高。
9 Y% ]- I2 o( |3 w% @: W1．3．3 电解法
3 |6 o0 @+ ^2 f该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
( n( y; u, n! D不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
0 R- p9 \# G- Z1 N# @低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
& z+ B+ A$ Q& m) \% x7 Q等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合 m8 P' X: x8 T a
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
! _6 ]1 c I9 I6 o' o2 _1 z锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
$ b, W) ]7 h5 y1 Y可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的" p6 m. m. N9 X& }
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解9 q% g- C3 o( Y* n3 \5 U
过程中的极化现象。" g& y# Z$ C# g3 V8 ] H! f% d
1．3．4 电渗析法
4 o" e2 I) l- m; D1 `0 W4 G r路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解. v( X6 _" S5 Y0 Z9 O( \! r! p) i4 x
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁$ [5 p3 Q: `7 Z, s' Z
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应: c9 ?8 D E8 i- a/ Z l. S
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
0 e+ ~" `' {- u, w3 u; d1．3．5 膜法8 U# _$ t- b* q9 q: d0 u
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯$ N0 r2 @/ |) a3 X ]! y
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液0 c# m d2 o* u3 x
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
- @0 R5 I A3 z! H7 m0 E+ DAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜! @- x" h7 y. h- ~
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％& e& ]$ N5 M$ k/ o4 `
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化* [) D! U- {( i& c, G
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
2 ?, l8 D# M/ @1．4 以含铝矿物为原料9 }( [3 ?7 E7 |; r+ I j
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物. }) T- m4 A5 u* m1 g0 ]5 C
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主0 P2 b) a! m8 z& C7 M
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这( I1 ^, R. w$ }5 Z
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
W0 k& ]; m/ F( e$ u般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等* R) n2 b1 D9 V# e
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
4 D, y) K) v& Y分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
8 J( S8 h( W$ v% k+ ]氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为! R5 A- z! ]* s: l" ^ K( i
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，" P4 ^1 j% w3 W
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。% b+ ~) i& @9 X7 m2 L: {. d
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚9 t2 l( T9 A* }. q
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
5 @5 M& e7 w5 Q5 G) _5 W' l3 p2 E2 W一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。 b, r. h* R/ }! K# Y/ q4 e. v# F
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。5 j6 z* N; J6 u v
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
h4 j6 r9 e5 l; `大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
* F1 v& W, x+ r- |, B渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的: S, v3 k5 r V+ C' z `9 y
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
0 I3 q5 O# ~/ n( B对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石& c& O! l7 v; R$ R9 B
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸8 e! @& ^: Y; ]) M
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
5 V; q- J0 ~/ H) I高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
8 u5 s' O5 x& H7 E6 ~( A20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
) D6 Y: B9 _$ _) Z: S4 o氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
: s _( H% U0 h: d氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
k+ L) [" ~* _3 k+ `! v铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于0 b' R1 \2 b1 P* @) \
30％ 。' r% y& I6 ~4 {, T, ~
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法0 R5 R0 t9 a" k, F+ L
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
: B0 o* @$ B& B2 K7 o; o1 m I需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
0 l) o9 _( d, Z- A3 L" g0 |其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
8 q' Y v/ m \! [和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
) I, x, S8 h/ S$ i4 W1 b- L2 x, L* G复杂，成本高，一般使用较少。
% [- ~$ w$ c4 ^1．4．2 煤矸石0 c- T3 c0 e8 Z
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
0 u( h% r. t! r' B4 Q- C物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
0 j: Y; [) H; N8 ^2 |; o增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
0 I0 h: ]2 k0 ]' W- F- }料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
7 P1 |+ t2 u, R( S且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
: p8 {1 E5 W5 r7 t/ y: Z数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和 w7 r* b7 p; p2 f& ^
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
2 k( q" V9 z% t; y3 b氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
, N- p- Z0 i6 ?& y" j已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石2 C& v% F a- X0 S+ w" J
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
7 t5 T) v7 q4 i2 d' M时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
, O2 ~- f0 M8 a- g' q处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得4 p# \! v1 g' ~* |2 j: l
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
/ `, W+ p5 L; X v( L$ J铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐4 c) P: d( a- s; Y" o. }- t
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为# f! K; u$ ~7 G4 g+ L' }
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
! ]8 L+ \. \% h. _" C* w W6 x( l1．4．3 铝酸钙矿粉: g+ }5 _' i) O- q' e
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
' g! M+ P. l9 l! r% C. g煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
. ]1 `* c, u6 Q) w& \ @7 m1 b不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
5 h3 e+ v0 V' q2 Z R* i(1)碱溶法, t( V; G6 @/ T7 k- X- D
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
4 Y6 @8 H% f2 i4 `3 p7 @: N液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
2 }0 x1 ^* T( K6 K% N在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
" ?% C0 D0 _9 b0 D值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止: J! |$ E) |5 a" P
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
! \' j3 i' Q! d( m形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
8 M5 t I. `: Q6 {" W+ U* ^加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠# l! \- [$ T U, [* @
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
* J+ m# H. A' J; U5 c N9 h铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
' v% a6 `% z1 _, b- u7 U+ Y' B6 R& O: G生产成本较高[19]。
+ S# s3 Z" N8 _) B j2 k! H1 o(2)酸溶法7 _/ u: I3 B$ O+ f
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并; k$ D. O% S; u) f6 n. d
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简( w+ r8 _2 I- _/ r, N5 I
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
& w4 W! a7 Y- [+ _ b& |0 @溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常# f! s4 @6 ^3 g+ n
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，% e! d6 Y9 j& I
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合, U3 N) M0 K6 ]9 s) V @) d0 [6 G5 ^
氯化铝铁。0 G, d0 x! j$ w; t8 \4 t; K
(3)两步法 E7 g& s8 ~) O' L; \9 H( t2 ]
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工8 m% e/ ]' h0 @5 Q) s- Q8 n
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量9 C; j x+ ]1 n9 l
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
' q; {) H" O% i3 i* p8 o4 T把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。4 U5 s2 K* C% }0 J/ A
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
* ?9 Z) q& H1 I v+ \( N! a第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
w7 P) A v( e: z4 U3 j( a铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回. k/ r$ Q% v: g) b% y
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝 x* }5 t% p$ R
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化% _' |* W8 G9 M$ l
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
3 j2 D& I9 e, S5 K: R! g* e合氯化铝产品。3 a4 A$ e! @! v/ R+ T
1．5 以粉煤灰为原料5 ~& D+ [4 }* Q f: D9 G
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
6 p8 G4 P: m4 e0 j! i% s废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．3 C' [2 X% N1 |3 g8 l/ N
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
; N1 k, `6 _: D$ j; r' @5 u. g常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性! |* z; V( Q+ R' o+ s5 ~
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
8 x# T- e; h8 D# N" l( k人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
; M& x1 i3 s3 U/ B溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再9 e' a" ~) I& U1 D
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用1 |/ b( M& j$ g
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化( Y; c! Q% v6 T8 O& J3 ^$ R/ E+ Z
铝产品，据称能耗低。. f$ B1 k) @' X' [! `2 d9 H( y
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及% f& b& V6 ? L* J% {4 P, t
解决建议
% @$ O0 P& G4 ~: V我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
$ @$ p5 o" c1 V- |1 Q# O0 |着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
5 w5 }! o) V% h. w9 E( V8 ~内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
+ C/ ?5 J$ Y C/ X1 Y但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最& ~3 c( x5 b3 |# s4 J: [1 L
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者. T* r. w1 U. m5 m& A3 \/ o5 E
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方1 J4 G# q" r8 o; }, i- q" f
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
1 j. l% U1 m7 y3 r6 B究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度0 x) P8 k$ }, X" V. O0 G, b
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、( ?. x3 l; C3 W! O; p/ a
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
^8 N- S- N3 T子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深; I& ?7 _8 O- `% D0 Y% X
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
5 e% w8 X1 U) G8 m. s以下难点问题$ ]* r, G; E: D b. a9 K& N9 I
2．1 产品纯度问题$ E* V, d0 x( P l/ i% T
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通& x, R, U$ i+ I2 g
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
& g7 i4 L' }0 a" M国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列2 _0 Y# I2 U* g( z9 s1 T
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝3 E! g& W% ~3 ^4 P# W* O; M
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
0 y9 e& y, W* t V; P品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
* B' O0 h- S8 T3 H7 f" F铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
# B' ^, L/ `: e* d" N盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
9 u: Z' _( a3 U6 i) q3 M2 y求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
& c; h0 O/ T7 {7 k0 P* b产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之- y9 L7 M1 V- y }- O6 f6 M/ V* S( ]
一
+ U$ E' [% ]! q% F, D: f8 y( z。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
* e/ n0 S" R3 ]; ?! b) c广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
+ ^" M P: j' n* b k; c! E产品开发力度。
/ g8 [: Z2 t9 N' S2．2 不溶物的问题
6 r/ F) e0 l# o5 w1 e& J国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
* w$ ^* a( @- Q* `3 x3 l; y明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
. g3 O. Y) A" k0 p# W矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
, J! X& S2 u8 E, g/ l成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相 K, P9 c9 B1 i
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
& b2 J& S5 L- U) w% s不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
# A4 s. I( R& \/ U决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效% E. z; y2 b8 q6 `' Q
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择& Z6 ~; A1 p) P
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
$ |$ G7 h) ?9 s( O% l; R2 ~自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积 P& X/ w! M4 P2 m, C
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
. q6 _ U s, G k高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，, Z% ]) O W7 G* z
通常会取得较好的效果。) d, D0 m) K' |( W8 A- p0 c3 B
2．3 盐基度问题
3 P8 l( N# Q* L5 U l7 k盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可* p+ a1 J) `- L' K5 W+ p1 Q. J
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
& R3 N/ Y x2 N8 i& s; j酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
! D$ x# Q9 L! f# A( M虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和( j8 i' [7 S9 ?. r2 H {; r
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前) P( [( f8 `6 a8 X a( u' a
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
% m$ [, O; i$ {% _2．4 重金属等有害离子的去除问题0 M' R$ |: _7 v
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以" Z% n8 x' E W- H4 q0 B" W5 K q
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有3 f9 Q1 O6 P& j7 z; M- t
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
. g. w3 K9 H' A. W) k置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。* u/ |& R4 D3 }/ G, Z5 k+ @$ _% ^
2．5 盐酸投加量问题
3 [4 ~6 P4 i3 V3 c. Z1 M3 ~制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工/ |3 O* t1 Y8 N9 v1 e3 j. ^% t
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成/ C( A* W7 ~+ b0 g0 d
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
# [% ~# |7 G8 c法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问! J1 v5 C* \1 U% r
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
* O1 C& s( v0 U6 w, E0 b) Q' S发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
0 ^) Y. _) Z, c8 ?8 c通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率! e$ H0 Z) r2 V0 ?( i2 d. z
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
2 G) e y3 u+ J) w+ x低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
& d. v9 y( [5 n0 g6 L3 结语与展望
9 X* ]9 Q A" b; U6 H聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
" v. r9 l, K' q3 z, o b; c. R品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水4 L6 a/ k7 Q* y" ~
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
/ T' z; I/ h( E有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
- F [- G0 s3 t' w# U" c品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产, f: ^4 u& ?/ T9 ~
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
" w9 ]9 Q6 }4 m2 K; r5 d由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
M* A9 `( U/ O0 s用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
. k! l( W A) ?! F/ O( d" c此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
( x3 f9 k2 _6 { D: d9 }3 g氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用# D5 [' V9 F% Z& J- u/ |$ s% z
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
% w$ K- p- I# B4 Z生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究( _! {3 n, M& ^; Y, @$ l/ R
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
# r# ~: o$ }; p聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
1 P% H P( ^6 m5 ^/ w% G0 V! `2 ~是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向 }2 T( ^4 U4 ]0 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; k% } O% z, ?' M
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝4 K2 O9 a: Q+ S( [7 j7 P" u
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范6 c0 s" o9 k( o) Q# s' l8 y
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
0 ^- o# D5 A! ~! t" x子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内* V/ q: X3 `" X# e
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
8 Q( H$ t9 q) i3 f6 j利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
6 f3 ?- I6 M- T8 _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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