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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾* u i8 _: s+ p1 O6 U% t5 s: z3 ~0 T
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)/ f1 J2 f4 |. |% i
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
* Y/ Z% F4 P$ w0 j液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
5 E/ a- M5 k4 P ], K理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
\4 i( ^" j7 P5 ?6 J2 b, Q7 U" W水、生活污水和工业废斜管填料中。
/ a$ k+ b) S1 L" {8 o' _% o: _ i聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮0 V/ t6 a, l& U0 Y: p8 z3 f* _% A
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代1 V, ?( }; z- c) ~3 R5 I( ^
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量 H+ Y D6 v) V1 c; E; S# J- l0 {
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
7 D8 ]3 ~/ |% u, G2 K淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
% o1 @- }) ]# z3 Q1 |6 Y值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
8 f5 O" @9 Q5 B! q% n从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研3 F9 l. D& u% k; F
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到1 D7 q9 i& Z* s, P
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
3 m% ~+ y1 Q2 B; O3 `; ?8 d3 E1 v度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
9 s" d# p+ a+ D( R8 m和探讨8 E6 }$ D; \0 |4 r+ L1 p
1 聚合氯化铝的制备技术2 }* y# v; h* }2 `$ \
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
/ O: w7 K' F' H2 f+ ~- J% P1．1．1 酸溶一步法( p0 Z( m( p6 \) Y0 f
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，- Q8 @' o/ c/ h
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
/ R! E% U E! G放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
6 [! u5 G3 T8 p+ [放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，2 Q9 c0 }# A/ `+ y2 L8 n
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
3 \- v! i, H* G9 ~. _# p7 ]出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至- t9 J s$ n# g f
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度$ S! s7 f6 M; i9 ^) H
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
2 l7 F, u* d4 h( t! h) l简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
5 b7 B: E! E0 y/ j' y+ S较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设, W- H/ W& \2 _$ h: I/ m4 B
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重: ~# y1 }9 B5 |# O" P! k
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?+ [# G3 }3 }, q/ l3 g1 h+ B5 T' } o
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备# y; X. |4 ]7 P
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
* Y( X# j" M, u7 g合氯化铝标准溶液。# n5 l7 L; ~* w) v# S) r4 s
1．1．2 碱溶法& p I+ h' ]& m0 y
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再, O, m7 G3 |! T, ]9 O$ m( l
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
3 a. v& [% K- ?: r3 H的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠2 \+ C/ \2 u7 W7 o. I Z- T8 c
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业- p5 n1 w7 R& c; G8 i3 i: h8 Z
化生产成本较大. Z5 O t1 O$ \' O! n4 a( L0 l/ I" W& I
1．1．3 中和法# R* T2 I* g0 \( Z+ D
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别 l4 m6 E! T1 {$ v- y/ G2 J
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即6 r& u7 M0 `# C8 A3 H) c X) i) J) @" \
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
& _9 R- B5 p) E( W; v/ j% H物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
& Z) {- m) O9 y6 t; X2 K7 X铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
) N0 T E+ ^1 _2 G" S用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
. ]. @4 Y( t. j/ N( }把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
h7 i6 S: A6 y- Z7 u; f到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
- V) i, U2 S2 ^1 c6 d$ v称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
* `: V! k) Y; P( u& e1．1．4 原电池法
0 _% p! ~# P$ h$ D9 _该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
4 j7 m3 Y$ v% F r( r5 ]) q4 l. c% R化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
# v5 C0 d: h" r7 M2 v桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属9 g+ L' |, s+ G p; k6 k
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
5 y/ w% @1 Y. p# C/ _行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
9 `' p( A( l' J' Y$ t生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅$ C+ b, [: g6 e4 z# \ d# E
拌，大大节约能耗 ]。
~& F4 |( q( {& Q/ R1．2 以氢氧化铝为原料* ]+ Z3 z2 L% b/ |3 i
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
& s4 V) B0 q; L4 C) I) h3 q温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。3 O$ c! O7 \# E! J3 a# I$ @% S2 b
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普" A4 z; c2 o* F: a
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故- R7 h# S7 s8 E4 H) c3 l
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度/ N& x, @. {+ V8 m0 }0 M( ~
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
+ w. U' x8 K7 x7 a( M提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸. Z4 e v2 a4 [4 _
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂1 G# K+ O x0 Y0 W' I% E, Y! |
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
4 |0 u- I2 N. d# D得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝; f/ O/ i( Q2 U6 ^' O
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
$ `' O3 \* x1 h6 L( ~5 \! Z化铝。
/ a& _/ J8 K+ p3 y3 Z& u+ q1．3 以氯化铝为原料
* ]# G; p" m- p7 F% G' u! Z% |1．3．1 沸腾热解法
4 g1 F0 X p8 W( O0 W$ |用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出, O6 z5 z0 `$ {3 x& }
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水/ G- f; X; A9 l
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚* i) c3 c2 k j+ X
合氯化铝固体产品。" {7 ], F( [8 h" Z1 X7 z
1．3．2 加碱法
( C# n" R- O/ {) Z7 t先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下. m. Q0 ^$ I$ M* P: t* B1 i# d
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
! J% t$ }! X8 E" z* T: T! j5 O+ D反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产1 ?7 T$ S9 M1 u
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
0 F) t0 [3 b1 O& a. |品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
- p1 P8 H- u( J% S Z. E1 f通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／" G {/ T" W$ d/ p. t# m# ~ k% f
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
- B$ D; k; c3 T0 v* d+ b道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
5 E* v7 R o2 i7 z: ZAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
% I s, S7 \. l9 Q, G量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
$ L8 t1 \0 q! I5 L滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
@# @; {& u1 k# V9 i9 Y1 T量也不高。
2 i1 N" K( ^$ r$ x4 w0 _+ F- N. ]1．3．3 电解法
1 A4 B, M% K0 B该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
6 o. s9 l0 @, [- o$ Z不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在3 j7 P# c( C( Q" l- N) O" `- ?
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉# S: t: m* v4 N. [
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合* I+ F1 p( x5 d) z3 @- Y. C! N
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何8 c2 }) R1 Y6 u7 l/ O
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且& D2 e8 d% ]+ d# k1 ~4 R0 `
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
# ~/ U- `$ O7 V+ y2 F倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
$ `% H9 Q2 g2 h7 T/ x$ z5 x1 ]过程中的极化现象。) J- [6 H5 B3 _7 M
1．3．4 电渗析法
|( I3 P. |" i/ T路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
9 Q4 R0 h. |6 H液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁: Z% u( g1 z. w0 H
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
% F0 p' \* Z* E: @; F室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
5 E; _/ g: V$ l4 F6 t% |, a1．3．5 膜法
7 M: I1 F F: M该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
" n/ L6 B2 W1 b4 u6 f化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
6 y s) ~3 V8 U# ] h通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
* k/ [/ a8 d3 O" v yAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
3 l6 l5 V& C( b制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％: P( L1 S* J$ Y; h+ k& n& Y# i7 K0 e' }
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化" [1 i! H7 {# k* z
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。* |- F) Z/ c4 R$ I- p) i9 P
1．4 以含铝矿物为原料# a: }+ |; f( O! i4 d6 M/ s
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物) J* v+ B+ V- J; }
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
5 M7 n4 T( N0 O2 H X! Q' g要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这+ a+ U: q* k+ y$ {- h, U0 m. j
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
# p1 o! v; l' o) I0 R6 j般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
/ _$ ]: o8 E0 P0 b( l/ C( W的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其* e, h" ^& ^ R
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
" P5 }* F8 ~, _6 j氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
3 ?( g+ N4 X3 Z% _! K+ u& l丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
# {+ U+ Z% D; F v5 y2 U' C可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。- w& P; c& ]( x$ G4 X& v
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
! @2 N/ r$ L: X; X6 h! v; |合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
! B8 T& i5 S- p& I$ i) b( W一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。, y# P0 B2 z3 x
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
# k& r/ N6 v( e1 L生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
6 [0 L: l5 h% i7 T大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残+ ^8 J7 A+ _9 o0 A' I
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
+ L9 \! P& b5 f! m& V1 Z4 Z6 z粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
) u/ ^0 t, K9 _, B" y: ?对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石) O" r% a) X# ~7 x. x
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
- R( R j: A; ?7 Y: z溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越3 H9 m, N G- y& H, B& q! o/ d
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
" @$ ]5 r M) x; M20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合; f8 b- b# R: O' }) R$ C
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，- b; ~6 k9 R& ]' D N
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝7 q& t' J& X' I+ U) Q2 H
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于8 k0 e9 {; {- |7 D: }
30％ 。
# h, d# @/ F# W% ?6 G# R一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
8 @9 ~0 ]5 C8 |/ E8 U( M6 H制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
$ m3 c: _# X# J) m0 g8 X* z需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或* ~1 d' Z0 F2 r" R. {0 x5 `2 n
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
- l- @; p- ^* m) g5 a和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
1 ?" E- V% m1 n复杂，成本高，一般使用较少。
m5 [/ Z. C- C( I/ E- J4 n W- o1．4．2 煤矸石8 z" H+ l7 t! `( d" K
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
, Z' m; N+ R( a" d; d+ F( T物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧6 Y6 _/ n+ Q+ q# p# S* v. N
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
9 s- F" d* C1 f料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
* B/ R$ z9 n) k* [; P X* u且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分 N/ o9 Q& Q1 I
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
7 K/ c5 o" g( p! L# r) k$ Z9 C2 g5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合' v/ t9 t; \0 ^
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，& R6 i7 y/ |; C! \. y& a+ j
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石* ~' S7 k2 b8 r% [& m& y
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
! |* E. `2 m% H% g, ?时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
7 ^: u& B' l4 k; C处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
9 @1 n0 o& w2 P( J7 s+ w结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化( G+ N7 U; i" i0 e9 j6 G
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
3 m5 o* `9 K0 h2 Y; j基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
' \0 g- y6 H( N {- X& Q原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
6 u% z" D" F1 ]4 ? p1．4．3 铝酸钙矿粉
8 z, `1 \. H" l- A* j$ L1 X铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
4 G# P: C+ B( @8 I3 j煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的: y* o& s. m, G0 O/ B+ y
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
X: g, E2 B% m(1)碱溶法
( |1 g+ b" D+ N3 G* m& c用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶) K" ^. c2 I1 G4 Q
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
, O4 M! _$ C3 x, l. _9 h' H在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
x* A9 ~: u! F# H值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
1 p0 z) J$ {5 U# u/ Q1 `0 t反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
8 L: g& l& n5 x( A3 m7 P形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
2 o: U/ j$ y8 q加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
2 C) g9 I3 W" l8 z! P a- U状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
4 R9 O T1 w; x铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
6 Y8 X6 t- |/ }) x6 j/ O; l) @( ?生产成本较高[19]。
' D) _4 x) r/ q(2)酸溶法9 y+ O3 S: I$ Q! v
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
1 \" c3 D( |8 B2 D! y! y熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
/ f! B) e1 M. C" i# r单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
- Y# y4 [( P3 w) ~+ h6 D# u溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
+ p s2 Q3 j# a! i不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，9 y# I' c1 Z4 S, g* Q/ M
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
/ d$ o3 W3 n! H7 G9 G氯化铝铁。
& \! }# M. h8 j(3)两步法
o B$ S( [* z1 p这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
; D1 \ S0 m& p9 H6 _艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
( ?: l0 L w# T" x; E1 ~6 F: h% p比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是2 p; r2 \ p0 V# y
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。& a8 z, b2 D: M, `
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
! n3 {2 e: l$ b; ~; B第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
+ x+ J: y4 `, \2 Z( u, v铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
2 j4 U3 `9 Y" f5 i' B流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝# e M' Q3 g5 x5 L* d, R& ?
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化% f, S2 `& M/ W- N: K% l8 m7 D
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚0 h0 p( l( J" R7 C& R
合氯化铝产品。
/ f( m+ ?0 G8 u1．5 以粉煤灰为原料( R; ]' I9 k& g9 {: m! m+ {. l
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体) T$ s6 [ V5 \) W
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．% V4 k2 p0 E" H* w: g8 {
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
- f" L+ z4 D& {" a常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性" W- W; }5 Q0 z. V; v, [. K5 {/ F
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
- c$ u7 K" Q; T: H) Z# X1 o, l! J: ]人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
! y" b& F% @* N( e9 m! d溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再; A& i) ^( \) _- w) ^. y) S3 A
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用: Y8 `2 w. X& ~; C2 B7 B
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
( W" a# b, x& V- A( @6 `5 L z' J& b, s铝产品，据称能耗低。5 F0 d! b+ S( E6 o
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
3 z0 F8 ]9 p% b0 i( U: V4 ?. P解决建议
% }% @6 H: |/ K5 d我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随2 U7 R8 k- F" [+ D5 \" {/ v
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
0 a/ V9 R7 E/ v; _/ V* b4 C6 D内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，' G+ c; ?3 E F: E
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最7 D+ {# ^. c9 k1 J
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者6 T( L4 P/ ~$ y8 n$ G3 o/ u w
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
. f1 P+ r* m9 C. u' j! [: B面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研6 v( g7 m6 Y) K9 W1 U) M( @
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
1 K' X- |! X+ K. ~7 _/ p7 T$ d4 G反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
5 f, w& G1 M/ y硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
& U* j) v" B4 k' u; {' f3 `子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深, t3 \* j% E j% x- N9 w! p1 V! F
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
7 i. L( W+ o* g4 \以下难点问题
x9 o% L8 A- H) C2．1 产品纯度问题9 G, b/ S, h6 X% \8 i' A# V
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通- \6 m2 B# G, m' i( E
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我9 U1 f1 E0 H$ `1 }
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
8 ^, Z( i: s; g/ I& t产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝% _: _7 V; K, ]% b
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产# Z- h1 Q3 }" D; x2 _
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化$ U s: D0 N2 g1 \
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
# t( M. u# J" i+ S( y: O6 p) J2 `盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
V0 k. u" V0 R9 j求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝8 Z) \$ b/ }' c( m$ d
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
# X- o5 R. p0 F7 D6 n5 {( G一" M8 V6 C( s& V' b
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
8 e! A1 [/ ]7 u2 {& @广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新8 |3 T# ?9 J/ X( ?0 P
产品开发力度。
9 R0 _% S' H) @3 O5 C" t2．2 不溶物的问题4 q/ l5 T3 r& z/ S4 j
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了 E9 v3 r4 ]4 k( V. W& W
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
3 G" ~5 h6 | T3 R/ s2 \" @矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加 o7 `9 X" J1 u, Y/ `% B3 g
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
4 u/ e! h: E% R9 K0 J应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
k# K4 w8 i% M# F" v不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解8 B! ]* Q) E% Q ?+ M; l, w! L; w S
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
/ y! J& W4 ?$ X( P0 X& ]2 n$ s果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择) @5 {: k+ F4 [
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①/ p% d0 p% ~" S, X
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
* C1 f+ P3 {, c) j; c$ Y8 }* C! [1 c小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗/ @7 `9 r( ?, r
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
0 t6 y+ b, m3 g8 X2 e通常会取得较好的效果。
6 k9 `: r. q! D0 k* x2．3 盐基度问题- Z W: h" |9 ^+ M0 B
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
4 Y) l/ |* U9 p: L0 B# I; c- C7 R在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
* ~- p, e/ j( I5 F0 t酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
- I0 |1 A" w+ t6 X虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和7 a* p H8 n( W! k2 Z* C
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前6 M8 ~- ~7 P- v& s7 l( R
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
) e& Q: Z& {2 T' t2 U6 A, {2．4 重金属等有害离子的去除问题
9 f3 y5 J, J+ V% C某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以5 m3 O/ U! R; l V; O, i; f2 S
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有+ A% G Z5 h2 G9 I" A6 E
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
" ?; c4 u4 | C; s$ U# x置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。8 w! L" N5 N, E4 G% b" ]- U+ p
2．5 盐酸投加量问题
( b, f0 E5 ~4 P+ Q制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
. C6 U: R( v( v% i" j0 p; }5 w业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成0 O) V6 F5 J0 W0 [
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶5 e9 ]1 A$ v# z& y" N
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
+ o6 p4 x) T: c: h题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥1 p( `1 z; O( V' g: r
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
( w, q3 ~6 N. E, x5 p- Z( a通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率: k' i4 t0 N# i
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度* b/ |7 n: p- e% n, G
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。. e' _# Z Y4 G& ^9 r8 H' Z
3 结语与展望1 i) Y8 Y b: X9 h' ]* S
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
1 v) z4 s! ?3 r, V+ i品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
% D% ~+ u5 C, h, y' n9 j( ]处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
% L( c% X; C& g有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产) l2 K% _: x! e- T {
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
( T% O2 p" M# x( e' P4 T: l品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来" x, W+ S; \0 ]7 r
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
" h* b4 n! j5 m/ q" Q8 J8 {7 h用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
' a9 f0 {4 w3 F" Y9 L此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
+ z8 V% V5 K. ~ L氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用& c2 I1 A( t4 L; N+ y1 K- Z' R9 x
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
+ t7 z* s K; i9 `; o+ J$ r, u生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
# R3 ~& H8 l. t% U% L6 [$ v应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
6 m3 e7 b* P9 h: F% m聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
" v. w7 b6 O3 F/ G( y是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向0 F' r$ D- i% X& o: I2 _3 j6 Z
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复" t% Z1 e, h$ ~0 k+ M7 @. b9 G: A
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
( _ Z0 I, \* u剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
# j2 ] O. z' s. `; L1 x% \围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
, @+ \5 G7 R: B& ?子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内/ O0 b$ U. Z" a" ^
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
V5 Q- H) v' r7 t: S利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产# A( H/ \/ D6 J# C1 R: F6 x
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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