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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
# a3 {4 z( K! M(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
4 ]" m0 l8 x7 c0 m$ R9 ]; E在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
E7 X& S r8 v8 f3 Q5 W/ n" f3 y液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
9 ^6 j# c8 B- o8 v6 M9 ~理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用$ H0 Z" ~; v$ ?. J. F+ i$ q0 }
水、生活污水和工业废斜管填料中。4 y0 G) D1 w! Y+ H3 P: V' {
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
" R7 u1 y& `1 l2 s. Z5 k" g凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代1 T5 z3 X) W3 u8 E. q
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
: ]( T! B! w- [! T8 ^5 n最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉. ^3 h$ q. d- P: Q& p0 S- a3 F
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
8 X1 F5 l$ o* b值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国2 F0 ^3 ~5 P2 ]/ q
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研; K) L* u. i0 ^5 B/ L5 l
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到+ p; w9 \) ^0 ~4 F1 Z# q, H
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角" X) U( C% L- f# V
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
- ?' p# z J; `/ O和探讨- n) d/ } G B7 M' y* k
1 聚合氯化铝的制备技术
8 v" [' i; k; `: A' k. P! m* s1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料6 f$ f9 \! p! i2 W3 S4 e
1．1．1 酸溶一步法+ c. U- c1 {$ G @ |
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，6 a# o2 a+ Q/ e) G' T3 n
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
. r I5 r# j* A放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为4 E5 X9 a' _# |/ ?2 g2 `
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，1 U, Z3 u" D+ |' S. D; b* U8 H
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
- }# b$ ]& u! t出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
( Y" k2 }% y$ L6 |) f1 Y0 f2 O$ h( |不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度, v' [0 B$ Z* ?0 b
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
: t6 v' H8 h3 `简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
& d; _ a, j- F8 I4 f$ T, z4 t: A较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
7 f4 t8 \: O# Q3 e m& B/ @- s备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重4 [/ j( k1 r/ g0 S
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
8 V' O" X0 k2 D5 j- @4 N2 P4 C利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备 Q: e3 V( C2 l6 y
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
5 g6 a% z# c0 @. a5 i9 F合氯化铝标准溶液。2 }; y. |. L7 P% ?
1．1．2 碱溶法
$ L1 f" ]. q9 r6 `: ]7 ?) x9 y先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
4 e: U* P3 o) ]# u9 M1 ]: w0 L用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
4 Y, ~* N9 N9 O- t+ q的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠9 J/ ?* S& s1 w ?9 r
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
, y( P6 f8 Z* \3 B: X+ o6 t化生产成本较大7 b6 B- V& S: g
1．1．3 中和法) j" z' Q5 F: C6 k2 l& k) y
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别$ `2 W, E, G& r+ L" {: D2 Q8 P
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即: N% e/ _- @9 e: g
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
0 u" e, S; S# k物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
1 \& e& @% H* _铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
5 s, v1 E: z# k; {用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
0 V& \2 v7 u% t; \% W0 z7 ~把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得1 {4 a. w, l7 T s* ` L
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据1 L" x7 ~" V, A; \
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
2 s& l' B7 E7 C c2 M1．1．4 原电池法
7 P6 A0 q( J! p; w* G) {该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
! ?; j9 c; l# S: P化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
- j# \+ E' w+ L; j桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
' _5 E0 M u" K$ K4 s0 e筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进$ q# ^* s/ t: T8 A$ i' _
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
% Z) |9 l/ L3 C$ Q生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅8 C0 p; H, y* _6 H
拌，大大节约能耗 ]。! V+ N: r! f1 I! ?( T
1．2 以氢氧化铝为原料
1 t6 k4 L. o% q7 g- R( r% `; `7 W将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
% k t0 c5 |( \; _" `, m m温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
# F7 N$ ]1 A, B% [* K8 N* t该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
3 h6 r) h. [* q5 f- V遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
% S& Z x z6 c% h酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度+ E! }, g# W/ ^" W
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
: T( n2 {( q9 W提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸" p8 ~% L0 J5 w: V
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂0 p" t0 G/ v& a4 U4 R
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制3 Z: q1 @. c3 m, M P
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝, t+ W4 V! b/ v$ z
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
! x1 y. a3 x" G. H化铝。
. O5 t& l. Z2 J2 @* X4 M# l1．3 以氯化铝为原料; T% e0 J. Y7 |$ s1 _0 Y( z/ K
1．3．1 沸腾热解法' A0 v% y. t# P' }5 b( j- ~. T
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出 o1 m7 _$ H# C
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
8 r7 e5 K# V. x5 p: [/ R搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚. f+ |( J+ {: @5 i6 l: e( ]4 `) l
合氯化铝固体产品。. q$ U, R7 e3 W( G$ t
1．3．2 加碱法
$ @9 Q1 R( U' Z3 Z% Y, n0 R7 h先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
- v7 N# N: q) [: [( I强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，, a- v- t4 Z$ h# {, B5 Q# a
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产; c+ w1 t! w! t/ m3 L' {5 ?
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
# F, F' ]& Y* h+ ?# T) z0 b0 H4 e品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等: |& P; W& A+ U" a) A
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
- Q9 a) U, k! N+ L0 \ i$ TL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
8 H- \4 e! \% H% L$ D, Y道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到9 |/ g6 c* g( l
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
* F; d* L0 G' w量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐' S! M& [. J1 H4 R9 S# J
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
" m3 U$ u% e3 J, i4 y9 M$ _9 l3 ^! c量也不高。
% T# I+ [1 F, ]# {1．3．3 电解法 T9 |& v% Y6 L# s6 \4 \1 r) T
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
2 ?& g* ]. m- d不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在" N: d' L# K" ~7 S4 f/ t0 t
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉* [3 o7 R8 y# R P
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合7 H: @; b4 P+ c4 c) [) T$ p
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
3 o( E/ p7 a# g, |锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且- y u) h" o6 Z5 _1 p
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的6 W e3 H Z0 u" ]8 L
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解0 }2 {4 \) a+ ?; G' o' ~
过程中的极化现象。4 ]4 Q. x/ s- U% R2 ~
1．3．4 电渗析法% J3 {# l6 v/ g/ p" }9 A
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解* ~8 ^0 `. D$ x* q% Y4 f& i$ K P
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁6 H+ N& I6 C S4 I4 Z' I0 A4 h( i
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应3 L6 ]6 p+ q; L/ K* G. E
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。+ A! e2 k4 R0 T2 B
1．3．5 膜法# S4 m% B# O7 Y1 o9 l7 p. ^, ]; E
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
1 G0 n# v4 w k* f: \5 }1 m化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
% V6 o% E" `# d/ V通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得) n) c3 ~( c M) h2 H* r
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
* Q8 F. V3 R4 O制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
; Y" D S* ~. Q6 s+ y& N& G以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
0 k$ B8 `; W! y; N" N铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
8 @6 K7 M0 @# k' h2 V- |1．4 以含铝矿物为原料; B% T2 n& p' q) ]: t' A
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
0 J; _1 @' j4 j' a铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
. D9 w; U7 `6 n5 o, f6 b要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这% P' a6 h5 ^- V5 Z7 O1 D: u) v U' X
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一, O! ~/ G0 r- `5 n2 N1 k$ a* ^
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
; _5 _6 W4 A1 W/ |的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
, m$ n$ T: X- v, |) g分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二& t2 Y" R+ o2 s! T9 k
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
2 P* e3 @4 r; D' r/ ?丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，7 W3 q" p) ~' i# t' y, t
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
4 o& `0 E$ B) L D" E霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
( Y! n! A! u6 W1 k. S合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物* y4 j" U# T# T5 o" [
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
. I, M0 @6 {8 d酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
8 c/ y0 m8 g# b: _" J生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较 f5 T& N- ^8 M! f
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残; v3 O1 b: y* C' b
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
e; P# }3 ]4 M1 Y2 q* `# v- F粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
- V* X% Q* `: z+ d对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
0 F! U* X k/ t6 ]2 R/ ]; m+ m) U种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
) e* m X& P# }& U溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
# N1 T/ L% C- m5 X# l高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为7 S; W1 J, m, M8 B. w9 {; r7 G0 X
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合9 V: e t/ R* C v) [8 s
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
z6 [( L1 x6 {) D j9 b5 t氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
8 b7 e7 E6 t7 P9 j' G3 G0 g* [铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
6 n$ Q* v1 Z# o7 ]. P# l" J1 o30％ 。6 {; N; C7 C" y0 r5 W
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
* E1 l. e' Z9 y制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
6 G+ H N8 ~" K s需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
1 k3 {( ~ f) M其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠. }* x/ a, g2 T
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
' M6 b' c+ O9 U. V) S# ^复杂，成本高，一般使用较少。
0 x, x4 b* ] N; N4 U( b" p1．4．2 煤矸石4 k2 \9 E5 p& s3 o/ x s$ J/ C$ f
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃2 {5 B2 u! e0 E' l) G8 O1 Z' y
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
4 @. ]* p$ a- \ `$ L, i- [5 |* y增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
( i& N: z/ o( }5 d% w4 n料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
- s% a: t% X F且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分+ o* C" X% c% a4 U8 S6 J0 w1 X
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
% k# d; f0 ]) j! _5 V- x9 b5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
2 O- z& A% x( {9 V: m" ]+ [: {2 D氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
4 P# {. u6 Z0 F已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石- b8 s; `, F; o8 e: K3 D
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
: K( `" H' I" U时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当( h/ m, H( s$ k2 g7 {# |' m! ?
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得+ G. {7 ]4 ]5 l5 V0 ]: Z
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化! S1 F. L, C3 X7 H9 _! x
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐* }7 M; l0 ^, ^& h% A9 X
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为4 `9 d& B- ^) |& c
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
; r" ^3 _9 s- {7 }1．4．3 铝酸钙矿粉
" \: j& ]1 d3 `/ }3 b2 ^铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
4 A2 \8 @6 c2 o9 T4 U煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
/ b1 b+ [1 p1 ?9 Y& R不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。4 |% z. O# L4 w" O' l3 G
(1)碱溶法
5 D- Q, `# y4 V; _3 C# F4 d# ^ A2 |$ B+ J用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶0 V7 a9 I: r. I
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后 t9 h$ J) j% J' K9 L- ], \
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
0 H( K. x, w' r, g- ?值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
2 N; P# e3 A" }2 x反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
0 [- J+ c/ _3 B+ Y% ^) o% D1 t形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
4 f0 R* r* V, n7 O* |, C C1 A. k7 r加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠% Y! C& M% Q1 m$ N6 y) U1 ^+ J
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
t: E' [# X+ s8 ~% A! S铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但6 c+ q, n7 {3 x9 V
生产成本较高[19]。1 X+ w) o. b" s3 ~% w$ S; R
(2)酸溶法. \$ o6 X* S7 t" O
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
2 r- t1 L$ i' Z! X. |; f熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简6 X* O5 o0 `6 H# L* {
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
% n( i1 i ?+ X7 @7 z溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常8 F4 B" W; S5 Y0 a! u
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
8 O7 U' q/ c. T$ P* }) g/ w( Q J铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
+ n" m1 f, u5 B9 Z氯化铝铁。. P5 p' Y& l# C+ {; o
(3)两步法% V A( [4 }: E( p& G& v
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工3 m% B& _2 |* M
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量6 J" ]$ k0 z2 X; Q
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是& T7 d& E6 a; S! Q% y4 [( ~; {
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。+ v3 l5 @! Z' I0 X
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常" ]4 {' z2 ^6 z5 u+ Q5 j
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
) r! y$ {; d& ~$ b1 Y铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
( }8 h3 _- P' u- ]流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
y- t$ m0 e) B+ G" T酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
, |1 ]6 n1 m3 ~3 i2 Y9 Y: q1 w铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
3 U: u! q* B+ s0 H4 a- P6 k2 {9 G合氯化铝产品。
& l4 f( @ s0 }# z1．5 以粉煤灰为原料
n! S2 S& v9 D' O1 T4 i9 u& [: V粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体2 A) B6 a6 T$ u, O" x, F
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
1 |3 d, w: [. U/ I! D活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通! y- H" W* u3 H+ u* L9 T# Z
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
+ V+ Z8 a" {9 ~1 t高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有! T# v% U: a2 q/ |7 r9 }* b
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸! H% G& p& j, R9 [: |; q S
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
( g9 ? c4 P4 P用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用* \& c/ S2 D5 J. M
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
. g2 a9 u: j4 h1 m7 {+ E! {铝产品，据称能耗低。* l6 o0 v! C) c6 D( t% M0 M
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
9 l0 Z- c1 r, T) P3 i) ]解决建议" Z* e* g# l" Y
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随3 r* y% g# v* @/ A, n: F
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国 K* J; s% V! l! Y% b; w8 N4 q
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
8 b; f" Z0 N9 X/ E. T但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
: `4 n3 k1 j" G! q/ x佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者& M1 H2 R" O: M! W+ w: W* m
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
2 f. G: q( }+ t. Y- |1 k面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研' z3 t# t7 K5 p; @& {
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度/ ~2 F: U3 x m) }
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
+ |; R5 d ]* W* S# t8 H9 I `硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离! ^ E% ~' ` g% }
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深6 y* O/ l- d3 |7 G; }4 y4 f
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
' N) L( b$ W' V5 x以下难点问题
4 w' H" K" {! @* k/ T- m8 c* f2．1 产品纯度问题) r. {. o0 x& e/ S. ^: C4 p) ~
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通* Z& e! \. q/ h5 r
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我- J1 d7 w% N r5 f. k! y+ S
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列% U9 y# B; H0 B* o( B# v
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝1 @+ N/ {6 M0 j' Z! n4 f: J
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
# M6 e* W% ?; C品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化7 [1 Q9 c; B0 s
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝: [1 h2 c+ Q0 ?! t' [7 o! d
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需7 f. E: q: ~$ W& \; r$ P
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
$ s4 J8 G- ]- O/ |* J3 U' X+ |产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
+ ~* }3 `) y9 u) A) d一
7 Y/ R5 p, h, E: |。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
+ s% c' ]6 D1 G- [6 `; w; ]4 x0 ?. ~广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新, t* D4 M; E! J- u1 o+ n7 M- N
产品开发力度。
+ D# H8 s6 z; M8 A$ U# S+ m: l2．2 不溶物的问题
|+ g+ c) i! [) M3 u1 Y' H国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
! D$ T* s% P( i- v' Q' I# q明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而+ r8 d* |. T0 }/ y
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
9 ]2 D+ }) f1 G; T- \9 O8 l成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相* F% E# g/ k7 @: D. [
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
6 J" G8 k2 I) y* |4 ^$ h不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解8 ]+ v/ R+ U. l% n( t
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
0 w& J k: L5 F" H# h( e果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择0 z7 B8 h1 C2 {! X. n( S
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①7 b# q$ O: ^6 L5 L, L
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积; I: |' l5 H- d$ v
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗& J7 p4 V) A9 l- o! X
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
! ^1 j0 `! Y+ h通常会取得较好的效果。: _# o+ A( c2 ?# X5 ~( c
2．3 盐基度问题6 b. Z% R1 C, p6 b1 W! C) U6 r' U
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可 l* Q, y0 |! }: t: S5 ]- k) H5 {$ f
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳. x) U: S$ y0 h ]
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考# I1 g4 H& k( M- Z
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
" R, Q/ [: ]% Z/ o- R8 H# x铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前5 T* R0 F3 @: W
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
P) t8 K' x/ z2 \2．4 重金属等有害离子的去除问题
/ V4 M' B4 l) B. Z: J9 h7 A1 `2 x( z某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以6 r+ S# }! w4 B" e% ~/ y8 ^
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有0 R) K& D/ @$ o8 q: m' w. ]
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
7 J( `# O6 k5 H5 ]' X1 V置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。7 c5 b, J0 I6 J- h5 f
2．5 盐酸投加量问题
' C- @3 D; G( B8 B4 F制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工+ r% @% @3 k, g3 Q
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
8 {5 A( {: O7 {4 T5 E, g本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶. B9 S. P4 u% C$ ]7 R: _. K
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
& t [. P H+ _# Z% T1 `题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥5 n! @3 r, r" A
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数( c7 J$ b' J0 ~
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
& G( a9 h* v0 `& D3 ?% T' M( J低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度8 v" M* j) Q/ M8 w) i4 A p
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
( a; l" i! [! N; \" l7 ~" O3 结语与展望
6 v+ l6 r3 z; Z4 z聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
$ }0 M. r4 Y: K4 C* Q+ m3 F品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水/ ?& i0 o2 n8 H; D [5 s
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
/ |0 E0 J; ]: T7 _& u9 Q: R有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
5 w& `+ [/ G4 _. x' T4 [品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产) x0 o4 V2 F3 _( \5 n: ]
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
# P% a; w; i. J4 z! Y: R由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
! V9 p" E5 ~/ J- v1 w5 M/ P用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用0 R& H5 _' B @, O/ G; C" `6 s, o
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、' k c0 L. H4 C$ q& S6 f& ] `
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用# o- i5 F; D9 ]0 \$ X/ Z
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业( o( n6 r% ^) G- V {( E j' z
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
$ l% z+ v: e9 l6 W0 D4 Y应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
8 D0 L8 ?1 N8 V+ f0 ]聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
* f6 w/ c6 [" I1 g4 m是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向$ z q& e9 Z4 r- N# v
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
* P. z, F* K" d& `2 K配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
2 u% D* p" O" q+ M+ i) @* h5 J/ S! V剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范4 [8 f( Y+ ?. U* ]5 E% a4 J
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离$ ?9 j: @: V- n& @4 V
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
" b6 d' F4 O. c ]% sPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料% b( n# Y' F6 P3 u
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
, M6 k |. P1 `( c- _3 Q5 S: t工艺，必将成为今后工业生产研究的热点; j+ F1 t& R" ~9 q; @' `
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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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