 鲜花( 0)  鸡蛋( 0)
|
潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
' Z: I% [# @* z* I$ Q+ v(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
' v! x, n0 Z) p在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
" r& l2 e. T4 Y6 Q7 K+ `液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
+ X! {* }, k3 h理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用7 X2 z. A1 D/ }; V0 e9 n. ^
水、生活污水和工业废斜管填料中。3 v- S# k) Q- X. K8 a+ i9 d+ i, N+ ]
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
. u4 n7 e' p3 T: E- q. R凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代4 P! a6 q! E+ _9 v
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
. u3 g3 `; ]3 x0 F最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉8 y# m3 @: a. t3 v) m ]
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
5 C$ j% C) \- L1 N8 `5 j- S+ U值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国6 @# K+ ~3 H, j% ~- b. Q
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研4 _4 D4 y# [4 {, E
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到( Z. C. ]$ T* L' |) ^4 V' C4 W
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角7 Y* x% N- i# B- w( Y/ s2 Y- Y
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述: ?9 K( r; r& n9 v+ B% ]& B
和探讨+ @5 u. Q% g# B+ h+ d
1 聚合氯化铝的制备技术6 ^- P% M* d1 [) ?& N: h) c
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
6 [; a& F( v$ M, L1．1．1 酸溶一步法% C# K7 I. }8 t3 w0 E, x) y. D
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
6 l: ?! {1 c! s; Y+ h% @+ {. X0 p在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
! k+ G6 r& N( x& x放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为; y, ?: v4 K! ^
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，8 A; H5 B O: N4 F8 O
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放% Z9 w7 b( | h* b9 j! A+ N
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
, [' F) E3 q. y) ~不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度# j' h: y: L! q) b# ?0 w
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
' }3 D% l* F7 L' k简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
' N3 u' ^3 }6 c较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设7 m% r& H0 R q9 c i8 g, J
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
* N0 r& S; L$ a金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?; y% F! H8 h X9 J. k8 `
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
0 b) L* p' I3 [出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
! V5 e' h" p; [: K) p1 o* n% f$ ?+ P合氯化铝标准溶液。
& c0 |2 S9 H9 Y- p \7 p, E& t1．1．2 碱溶法
7 s: J3 r# H# P* I7 f' {; P先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
0 B8 b3 q q( C% d/ ^; T6 r+ z$ o5 m) e用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法5 ~4 s; S' I3 C+ m2 V9 i. `
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
! H0 E& `. l, I2 {: t' s! K含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
6 L2 F E7 U$ G# r; k8 |化生产成本较大+ V" f$ N+ @$ j7 c+ S: ?$ Z' i+ R
1．1．3 中和法2 H- z$ j) U U t
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
% ?& D: a" p" C( o* ^/ \+ |" _* Q3 w, e制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
/ g& d/ V8 i8 I制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
0 G1 ?" f) E$ }. w" K物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与0 G5 L5 {& j6 C
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分( V" q9 J4 k$ c; F9 _
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
& c# @7 c. O& T8 |9 m% q把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得$ W) Y3 V+ s S7 h( L+ J1 h
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
' k) Z1 S+ k# x. p+ c# A0 \5 @称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。( ]# o; R. L, u1 Q
1．1．4 原电池法! \* I* G! e. ^# i( g
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
& G' q7 J; [" Q+ `化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
/ v$ P/ O6 `* y2 ?0 f桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
- U2 \3 b( h& {8 r- j9 Y% z! ]: ^- p筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进7 u% w- e$ r' }' w1 H$ i8 m
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产" y9 W: ] y' k% |
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅' k' G9 N- N3 D& }8 \$ W
拌，大大节约能耗 ]。
# i+ T* j, P! P% g9 ^" }1．2 以氢氧化铝为原料
5 h$ T+ e& P) P, {# e将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的* f3 {8 b9 n6 d) ~6 J3 A
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
6 n1 R+ j' V6 P |! Q0 n2 ?该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普) l7 U* d1 Q5 ?, Y! _* H; s
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
4 F/ n- l) c; o! m0 Z5 J酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度4 _, u: `" m3 J
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
$ T {) a1 c% p. `6 q; [! Q提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
3 I5 L9 X+ |) l$ {. p! j) ]钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
. E- ^( K) c0 S( A0 X质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
/ w% d" Z- |: _. V! s+ d得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
5 s& A2 _! ]( u V& P; \8 m酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯: Y3 D# y" c8 O% }& P
化铝。
2 e" _4 \6 |0 l7 [0 V$ u: x1．3 以氯化铝为原料
1 m& X$ K- C G9 q! I$ h F6 T$ L1．3．1 沸腾热解法
" _! J5 E: d; p% h% [. a* U2 i2 I用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出0 X7 K2 M* H9 R* a4 t
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
Y( ~+ Z+ J) L; F: A搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
7 P4 b( f' x, O; ~& K/ W9 c: Q合氯化铝固体产品。* ^1 ]; e7 M( ]' U
1．3．2 加碱法
, M5 r7 d# o8 u |5 i, m先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
# @3 ~8 |4 L9 }' X! ?: B强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，5 |/ F) d& d8 J) t
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
% h, w5 c& n7 }' ] \# ~品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产2 J+ I+ M6 [$ n! L
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等% {1 F; t5 z9 \, r7 c
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／9 t* C6 ^) V2 z* p. M
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报2 j% t7 I! e9 D
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
3 b' K+ {+ Y; y6 M$ E; u3 R8 yAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
: d* C6 K, a+ j/ i1 V9 C1 L( N# d量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
}5 T0 y5 e9 ?2 t滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
" [/ E* X$ k: U W2 Y( O5 J' f量也不高。
4 c. `4 |& m& z8 m7 y; A1．3．3 电解法+ C: n, B; d: j
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以5 ?+ {/ Q8 {9 b4 _- R
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
$ E' ~' L( P6 R' H低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉# s2 _3 y4 Y0 v# i$ T, r
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合! @! x. r/ N7 V5 \: n
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
- N7 p* Z3 M& _- u, @锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且& u! [0 G4 g6 J R8 M
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
+ w' D& D$ w. K/ o2 b) a: |$ ]倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
/ L4 A; o& _0 b. I过程中的极化现象。; _& W! h' J u% S: F, c
1．3．4 电渗析法
5 l! R# u6 O4 Q8 {. S路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
1 N2 `* K. c1 r& c7 f% b液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁8 L) u, x2 e, L
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应, _8 O3 v' ]' N1 h1 b
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
+ J/ x( J- B9 ?1．3．5 膜法/ x, M$ G: d' L
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
6 n4 a- t9 i( M: d; U- V) R- K化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
Q8 t5 {1 Y4 l% W1 d# G) k$ U+ P/ G通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
) _8 W1 L. J5 ]5 DAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
8 E6 T" s, u# a( ?8 v. T* _( n制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
" \8 H7 E3 m/ G0 d以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
' M: p& Q0 q0 l' E" \# ?铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。: Y6 k: q g+ S* O1 b. }3 F4 _6 Y% _
1．4 以含铝矿物为原料 z- z& b& W( S* {# }7 f
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
0 y7 d t4 @+ Q+ u0 ]铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
5 y6 `( @& Y2 X1 a/ ~要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
* q O% |1 Q1 S! P$ ^几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
' D5 q1 O( O) w% n \& Z般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等* K) l% Y7 _1 Y; v* H( y
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
& G* }$ |2 P* A+ T( N" _% J% `. |分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
6 h$ I, ?0 y6 T9 F' A氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为5 C2 g0 S& Y3 e3 @: ~. ?6 l, m8 e
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
4 o" a b; m4 y6 c# f9 g可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
" e7 T3 O! H5 Z8 Y z" Z6 ]$ C& h* Q) L/ J霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
8 \) x+ l( H; N( j) U合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
9 g2 X1 t8 o. k! F" L8 g一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
" Y+ O! X3 m* s# V& E# ^- ?酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。$ [. `( j6 W- h% J% m
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
$ b+ s. `; u5 g. m% n: F4 ^# I大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
4 O) i6 i* I, o& P: w; {/ Y5 N渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的4 e4 [: b7 Z' X: O
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需6 \0 W: J7 `4 w! H. Q* ]1 L
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
! I( ~, O8 ~1 _! n% P种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
) m# v& ]6 `* P) c- n) I" j7 q溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越( z* X3 g% x5 [" f# `- }+ \
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为% o1 G/ {. ^, Z2 Y/ @ `
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
3 p8 w. m$ z& b' d氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
: w8 S% ^, N4 H2 Z- v9 m# x2 s1 F氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
0 n& m+ `) N- \铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
% [+ H3 o: _ i" y' S/ _8 X& C30％ 。
4 R& }( x- }: V7 L一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法3 Y( S" h4 ]+ B) P& l
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
- J2 k4 ~- n/ D5 X0 [需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或0 P9 {- O# ]+ l/ w( ? M& w0 N. t, U
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠+ ]4 ?8 [- H% ^
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备4 x! ~' M2 j3 g7 \" U
复杂，成本高，一般使用较少。
7 \! P% [+ q/ I! v9 D1 N) ^3 w1．4．2 煤矸石
! E$ o# v% a- L2 C$ W煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃! y; d+ b1 c5 `1 W
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧6 ~! k% L8 n2 O x6 w+ W
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原0 t8 I$ b% k$ R" @ L/ G' ^' S0 [
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而# q" B6 J/ w: |) L% x% k1 C
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分4 ~* h8 ?1 \. ]- T
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
( o- T3 q/ M4 w, L5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
$ H: \& s% K% \/ U8 l氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
6 D* g: E8 E5 U# ]0 i- {9 X, }已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石 c/ f& A- K0 u( i" l7 K
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小2 r% l+ @" E! X2 [% o& A
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
5 Q1 w1 D$ d4 z, n7 a处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得5 W/ ?2 r4 v4 ^' h2 o: y! }
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化9 k/ u+ m, Z. K: R0 t4 f
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
/ k) _/ u% K+ h8 i1 L: Q9 |1 z基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为8 f; j8 @! b$ i( S
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。0 ?# H7 J3 t% o0 n% T
1．4．3 铝酸钙矿粉! C$ [4 _" I; Z [0 E0 ?
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温( H0 s8 p3 ~% t% ?. Q' G: T
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的- ^ g4 y- n* U$ l1 E* W
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。8 ]- ?( ]- W! k/ n
(1)碱溶法( D0 o, k7 M0 M
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
0 u) R8 j r L3 F/ V. R; p液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
) j4 A& W) Y) I. g$ w$ V c* I. `在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
4 s# d* @ H: E; A1 c. d, P/ v% ^值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止& F) ^! ^9 K6 Z+ C' R% m
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
& C& T: L$ s* p( U. I6 r形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中* \. Y3 d4 G4 _
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
) x% C$ W; i* T: j4 f) M9 E状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
+ X$ d3 j! `; d7 l$ w铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但5 p @4 R4 y, ~; k
生产成本较高[19]。
) b' u# ~- |! i4 l1 E(2)酸溶法 r( I& A( z( t; v
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并4 r, m8 J8 B" j6 ~" Q
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简# A; Q7 J9 l2 j2 p2 a4 c
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不' U. D. h6 ?1 T/ T) z s" h
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常/ O& [* ~2 A0 h3 O1 L% O8 Z
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，" n; N. e1 Y* K7 V- N/ C# |6 J
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合* c: y; c( a6 U- B) r
氯化铝铁。
( x! f# ?# p+ ~) ^# i$ S(3)两步法
V$ H1 ^/ E$ Q' w" X/ a( C; G; ?这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工: U6 U/ t6 O' `# a
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量7 Y& `7 E2 M1 ]9 g+ J3 Y
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
8 B8 \& n a5 A& o# s! @- Y把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
- {& I2 p. P; D4 t1 e! n' D这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
& t7 v+ b5 X5 j3 Y0 L第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化9 \& Q: C/ Q" f9 v6 c
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回0 Y% @* q( N# { B/ ~8 p, n
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝4 k5 i$ L X1 c k6 f% o U( t
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
7 c* j1 S; b" N+ ~+ V6 W) ~铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚: a, O) v) H2 i& p& T- Z
合氯化铝产品。7 x, N0 B- Q, k
1．5 以粉煤灰为原料
, K" d8 y9 K1 M7 ~( O粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体/ X& I/ b7 @7 U" Y* i
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
5 D& Q0 K% ?* G" [活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
$ ?) H' e( c3 y A常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性* e2 J, h2 L1 |* h
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有" B7 N( g3 V8 J o9 S7 @% s8 F* F
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸( M% P$ |: J$ {
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再1 [" x" U! T% k. L# |5 Q5 ?7 ]& b
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
* T, d6 q- S5 i+ F, y1 U4 p粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
# g0 e5 n3 a" g, D T/ N铝产品，据称能耗低。
- T0 s' l3 ]- N' j2 c; T" u2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
6 S/ e* i# I0 b4 p8 N- {解决建议
' C; d1 N# B5 o) D: @我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
2 B3 o! h) w1 J! o( @3 o着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
9 L F4 y9 y( E- p内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
5 N$ l# e5 y. e x; i9 x$ Z, B但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最) H, G# c$ r: s9 u6 C( k
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
Q0 W8 f, q, L5 g; V- a# ]$ T d认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
% O+ j" G9 i8 b! L9 X8 p+ u( j面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
6 w% e" F# k/ w3 t; z. o& P究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度* h+ g9 } ?6 Q& k1 T2 f
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、8 w; o; y& l& h6 Z! ~
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
8 ?/ e: Q: G5 H2 y$ B+ d子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深, i: I" s: _' A1 b% A. b
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
5 ~/ m9 n: \3 i! ~% w% _- m2 K以下难点问题% z. r5 K0 k) J. ^
2．1 产品纯度问题
. j6 C" p: h9 z6 Z: c; J5 ]5 |氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通4 m8 E* F& W1 g5 U+ C5 i
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
. G0 |9 O% c+ a) Q3 `6 A国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列( R, k+ o& s% `
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝3 \6 v3 q4 Y: a" Q. A9 L# g5 |
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产" ?2 Y2 I- e* }6 ^
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化& o5 A% u3 } m6 h
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
' H" B5 ]! @% j3 F- ^$ ~盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
, K" \3 k w, {6 H4 l求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
3 g4 E/ t/ J9 }1 a" g产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
+ b# C& {( ^" f T一# A; a; r& f0 D% b4 D
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推# u7 M5 l) P% R& |4 D
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
6 c7 ^1 M# }1 b+ ~: Z# }产品开发力度。
( {. c. M5 \1 d& |5 s+ B2．2 不溶物的问题
! @) B/ l& N6 b- l3 X国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了& }; J: b9 n) ^7 P6 A- v6 w
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而- o1 C% G, k0 G* K3 [- V- b+ \
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加" C3 d3 U4 q- A
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
1 k4 x# k3 l) d. Q. B应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低. b0 w, m( _$ ], u, v% j1 o
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解+ N5 a6 Z$ s0 g3 t: W
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效2 m q+ U. r% _9 ?7 u4 _" L& b
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
1 T R4 d# z" C也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①+ r& ` | q5 P
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积& H( P# a- t4 x, P0 H
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
3 @. k6 V* ]- `" k8 B) j高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
0 I: N; {+ c& \4 {# P通常会取得较好的效果。+ b: d4 }! L. T m2 X: z4 n; I
2．3 盐基度问题* C- z3 K) j# l+ A! N
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可' I( B, A9 }! r4 k E5 {
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳0 J+ p( r9 f' a. l5 L
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
+ I0 N/ {) O% T" G. O/ R虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和( l3 Q4 d- C4 T
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
6 X2 v D0 ^; i国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
# C! T0 g- f/ ^" _" N2．4 重金属等有害离子的去除问题( \, V) S* p0 s, B1 M9 t) m/ t% E
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以$ ~! q% R- |5 A2 f4 P/ x, t
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
' k7 X2 O$ e$ y0 _: r5 P0 e害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
: h! ~8 f/ K/ F3 b2 ?+ y7 P置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。8 _; P) k, q! G
2．5 盐酸投加量问题- A0 W; U( Q5 ~; G r, v r
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工8 N) y2 {3 f* L4 g2 t
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
) Y& g; b) s1 L f! t" m* ?% G. A本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
+ w7 D( m4 l& `法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
( C) R' g, r. F题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥' t0 g, M- d* m8 S) n: d# f
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
8 w9 d! D# ^* O, Q通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率! c! F+ M4 W0 E' r
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度$ v$ |* e# X$ w( a
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。: z- b6 _9 C2 G4 b$ t
3 结语与展望
9 l* b* [, l. ?4 F% _, c聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
: k4 r Y* j m7 d* {品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水. N& c' r5 x# h
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
6 U- N1 b) |# n有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
0 @ L+ v# {- w8 X$ ?. x+ V品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产2 w! L9 a4 @2 _. k$ g- H
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
# `2 k$ ?8 m/ C6 W/ E& b$ Z由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
% X6 p* V; Y+ z( Y8 c; O用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
' ]! [: T7 G H3 [% A$ l此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
+ z6 G6 m( ]7 ~' z" |. v! B# R氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
& M7 w. s6 W( @8 F8 O( G含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业. k* {; f( T: f7 |1 z% E7 T3 v
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
: i$ }& t2 `& f: S- C2 Y0 R" I! p2 M应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
* z3 n7 O9 U/ x3 b, l聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，* g2 Y1 P1 k6 r% K
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向5 `; i8 X3 p0 J0 K! A/ A7 u
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* X: T3 j/ W9 p& m8 X
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
# B5 s) K$ Q% y5 x9 ~7 {3 F剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
- o( e9 o( ]8 l, `; d围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
6 K4 X( G3 ~# b子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内4 T! p, i+ T$ ~( J
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料2 ^: l2 W' ^# o% a
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
0 ?2 n) S. O% \" D工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
, a6 z- u5 h4 e1 k参考文献：
3 p. r1 k4 |! K[1]阮复昌，郑复昌， 范娟．一种超纯聚合氯化铝的制备及其DH
- @0 _+ d0 w; x值与盐基度的相关性研究[J]．化学反应工程与工艺，2006，
4 s+ @/ b4 D$ e9 V G. _6 K16(1)：38—41．* x7 n. U' Y' @: i( m
[2]刘春涛，马荣华，李莉．废弃铝箔制备高效锰砂净水 石英砂净水剂及其应用
0 X( x9 G$ }& [- ?$ V) i( Z[J]．斜管填料技术，2002，28(6)：350—351．
& M- V2 d, Q# M[3]李凡修，陈武．聚合氯化铝制备技术的研究现状和进展[J]．工
6 @9 A, ?. x& S4 h8 f业斜管填料，2003。23(3)：5—8．' _$ ?: q: j: P) j3 w9 [6 c7 n
[4]晏永祥，陈夫山，栾兆坤．高纯聚合氯化铝的制备及其影响因. h5 ]2 c$ D) m) F4 _7 b
素[J]．工业斜管填料，2007，27(2)：57—59．
; a' D% v. p# M6 c q) F3 T[5]赵华章，彭凤仙，栾兆坤，等．微量加碱法合成聚合氯化铝的
: F1 Y. O0 R. Z! [% _( }改进及All3形成机理[J]．环境化学，2004，23(2)：202—207．2 e' H& u' U6 u
[6]Akitt J W ，Elde~J M．Muhinuclear magnetic resonance studies of
7 z; w7 u( N9 _; Tthe hydrolysis of aluminium(Ⅲ )[J]． Chem Soc Dalton Trans，6 D( U1 g. Y2 s/ k# f* T
1988，19(6)：1347—1355．
3 L4 [, h% E. \. } M[7]Kloprogge J T，Seykens D，Jansen J B H，et o1．Nuclear magnetic& q+ T% l) I" v& E
resonance study on the optimalization of the development of the A113
6 }9 R& R' F B6 a+ L7 Ypolymer[J]．Journal of Non-Crystalline Solids，1992，142(2)：
( S' t3 ^6 Q2 u9 F94—102．
7 n0 f$ O* D4 \[8]Bertsch P M．Conditions for A1l3 polymer formation in partially neutralized+ `. B9 u ~, S, }& [8 n; m
Aluminum solutions[J]．Soil Sci SOC Am，1987，51(6)：# k* c: Q$ i- H) d, U0 h! N
825—828．+ b" z# D3 r+ W% J
[9]于月华，柳松，黄冬根．聚合氯化铝的制备与分析研究[J]．无% Q8 j& m3 h; {1 Q3 P
机盐工业，2o06，38(1)：35—37．
& C! b3 R6 h# U ~[1O]曲久辉，刘会娟，雷鹏举，等．电解法制备PAC在斜管填料中
' u1 P3 A+ j* B. G, L5 E& Y的应用研究[J]．中国给水排水，2001，17(5)：l6一l9．* n8 |, K `) ~3 [* f9 P
[11]何锡辉，朱红涛，彭昌荣，等。电解法制备聚合氯化铝的研
6 [# i8 v5 o8 w1 h% ~: R5 p究[J]． 四川大学学报(自然科学版)，2006，43(5)： 1088一
6 _2 ^4 s" u3 B" t6 c8 P+ o7 ol092．' L! N8 r1 @& `9 V
[12]罗亚田，皮科武，钟春妮，等．倒极电解法合成聚合氯化铝. ^0 @6 s& p1 Z, @4 \
聚合氯化铝[J]．化工环保，2004，24(2)：145—147．
. s) Q% h' f) E8 E+ x[13]路光杰， 曲久辉，汤鸿霄．电渗析法合成高效聚合氯化铝的
; W& V5 y6 F$ D8 T研究[J]．中国环境科学，2000，20(3)：250—253．# H) a- y1 `$ V; t! U
[14]彭跃莲，刘忠洲．超滤膜的一种新用途— — 制备聚合氯化铝
5 b% f! K9 ]0 K+ g; X8 A聚合氯化铝[J]．膜科学与技术，2001，21(3)：37—41．9 S/ ^; h2 F& H) d$ e4 ^6 S+ `- @
[15]张健，贺高红，李祥村，等．中空纤维膜法制备聚合氯化铝
2 Q" x/ `* t0 E' ^7 x的研究[J]．化学工程，2007，35(3)：71—74．; @3 o& n; @$ J7 W* {
[16]常青．斜管填料絮凝学[M]． 北京：化学工业出版社，2003．; C. M1 H8 { m9 Y8 y- [! `
77-78．' D- [# Y2 w- O' Z
[17]胡俊虎，刘喜元，李晓宏，等．复合型聚合氯化铝聚合氯化铝铁
, i) r2 N* c( o2 I(PACF)的合成及其应用[J]．环境化学，2007，26(1)：35—38．* e2 T+ S) `7 T+ c F8 s
[18]马艳然，于伯渠，鲁秀国．从煤矸石中制备聚合氯化铝及其6 h& A9 x7 f9 K, \( @ r2 ~! o
应用[J]．化学世界，2004，(2)：63—65．0 O, S* j! l( h& V# G+ i
[19]李风亭，张善发，赵艳．聚合氯化铝与聚合氯化铝[M]．北京：化学工2 o' c0 b$ b1 K; `; W4 p% _ k. |
业出版社．2o05．45—46．, t f% L$ U' U: C
[2O]郑怀礼，张海彦， 刘克万，等．用于市政废水除磷的聚合氯
! K& ~$ h0 ^; F2 f, T化铝铁聚合氯化铝研究[J]．斜管填料技术，-2006，32(6)：34—36．$ |7 a) L: S Q8 M6 ~" q v1 R
[21]董申伟，李善得，李明玉，等．利用铝土矿和铝酸钙制备聚# q; Z+ l, T$ n' d3 o/ L$ z7 `
合氯化铝的研究[J]．无机盐工业，2005，37(12)：31—33．
4 O( |9 L; o% J; J5 M[22]陆胜，赵宏，解晓斌．生态处理粉煤灰制备结晶氯化铝、聚& e; t* ]7 E7 @1 G/ I* _
合氯化铝的实验研究[J]．粉煤灰，2003，10(2)：10—11．
* `' Y0 T6 i H[23]李凯，李润生，宁寻安，等．不同聚氯化铝系列的水解聚合' B) N& ]: m* s; [
形态研究[J]．中国给水排水，2003，19(10)：55—57．
* E) l6 ~& T5 E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。 |
|
狗仔卡
发表于 2009-11-16 07:21
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
