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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾6 Z: \# g4 O; ?# Q) D& ^
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092): \, j; l( L% [' U0 c
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
3 N9 e$ y$ t% b$ Y a2 [1 f! [液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处. w4 _% \' ]8 N2 z
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用7 M; L8 b+ ]! y7 L5 v0 D# f
水、生活污水和工业废斜管填料中。 H" V' t" @4 E7 y& N6 _2 ~0 y
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
+ n2 i1 ^% ^0 l4 g2 ~' N' l% N" a凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
8 n$ I) C3 y4 ]3 W, J投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量+ ]' J) y4 h9 }) n h/ Y: P$ N
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉0 I0 D7 q9 G6 l6 K! R/ Q
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
, r6 s9 H& x- _% x9 t值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国. V/ N+ c# F' K! k" c
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
+ }( f/ H# g2 @+ K9 ^9 f1 ]发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
! s8 g9 \, e0 }% U& l2 l2 o了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角, u. @$ _' S) x! C6 A8 [2 s, Z
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
7 o, L2 `& [5 {' b和探讨% q) W7 ~& u5 n" F
1 聚合氯化铝的制备技术
5 ~! b. e" M$ Q1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料, T1 U- ~/ Q9 c) B9 v$ _
1．1．1 酸溶一步法
3 s% N0 G6 l- {7 |7 n' [将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，& M! e3 f v4 n e$ b
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．+ K" B1 a! L3 x: ^8 k
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
8 ?2 b$ a+ i! [+ S4 K" o P. m2 n放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
& j: E" T4 G u0 Q/ l$ h/ ?8 ~水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放3 |$ r1 }, a5 e' H% P8 U3 ?
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
+ Y4 ~) f# {. i不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度: T, G; ]" {& u3 [4 P# Q P
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺* [. q2 [2 S, Y5 p& T
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
7 s* e( m- ^- O+ N' I v2 A较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
: d" l1 t( ]9 a. x2 }备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重7 K5 k4 V2 }4 \' }. X$ j
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
0 f5 l8 B( Y8 _- M利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
( C; E4 Q) }/ Z! {9 l# |出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
& G/ C# N' E0 b0 e. B. r合氯化铝标准溶液。
1 \! s$ K' y2 ]7 ]% f& Q9 {5 _1．1．2 碱溶法
* D: {: x3 n# q: F先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再' y A* z5 B. y
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法5 q, o! m8 I' x; ^5 ]
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
9 ^$ c7 ?: O1 t R" v& `含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业7 V' L3 u( L+ L( C- ~$ d- g% A$ k
化生产成本较大 x) G5 }( D) b c% S. r" T
1．1．3 中和法' Q: s: q8 y: v, k4 T1 U1 a0 e1 m
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别$ T2 M. F2 K5 Y# J! n: m$ S
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
" F# j3 U- S% l3 l: d制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶3 Q5 W! P2 V/ c: F" D3 n
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
# z K Z& v# f% S铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分& C& q* Q8 ?% ~
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再* n! I0 B- x4 ]/ i/ u' U, ]7 F' m
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得0 y& l* k( A9 L" B0 P8 ~" Q+ g
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据) c* v5 P5 c( ^1 \# y5 T6 ~
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
2 ]! X4 L( Y a* d- J" @1．1．4 原电池法
! ^$ ~& _" i% p k* C2 R/ q该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电1 u0 `7 P, e5 p+ }, W( \
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
5 L9 x% C5 ?& t6 Y! \桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
. z. \0 D' M& u' S' d- i筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进: N0 p, h6 T5 O
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产3 U8 z; b5 U# ?
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
+ w5 u# d" L! m" U4 S拌，大大节约能耗 ]。! t4 o% R9 i- P' t" j9 y
1．2 以氢氧化铝为原料
" h, U' E$ N; o将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
& V ]# W/ O$ @7 j, ^7 {. ^温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
3 n0 h; [( @0 _6 O/ p该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普& y, \4 E. v# J
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
$ l" w( Z. ]( ~+ R酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度/ G2 B+ H4 r" @1 i0 \5 N/ \
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多' x2 Y/ H9 i& }
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
2 f1 I- M# e N) R* R1 @4 j钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂' }9 @0 |/ t1 Y& n8 W1 V* d& r0 d
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
/ i( Z* @+ s2 K) C7 C得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
4 v1 Q; ]: J7 N+ ^+ V' W K酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
6 a y9 P! J( s9 p) b6 R4 s化铝。
2 A5 ]/ K( ?) p1．3 以氯化铝为原料
) U3 m$ A% x: `( s1．3．1 沸腾热解法7 b4 ?5 s5 Y. ?: l# R0 Z7 C
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出( z. v) H3 v, U$ L6 Y
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水0 L3 R2 }$ X* T9 c( D+ s
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
+ y8 f& y" i( Y. ~1 E3 p合氯化铝固体产品。
, T1 G# p) Z/ Q# d* W# C: _6 F1．3．2 加碱法 ^) x, R$ r8 X3 C' f4 i
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
, s1 ]) v1 d4 _强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，4 A8 k2 j3 j8 r/ N1 m
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
* ~1 Q( ?# ], y8 I3 c( E: {品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
9 g$ G2 o7 |* g: }品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
8 Y& I0 R7 e8 C' `( D2 t( s* S u通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／: e; o# H! h$ ]' ]; H) Y
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报; Q% k" S; Z$ W% Z
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到/ |. {3 H# _0 e4 M' i& X3 p' @" X
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质, w' J( Z' h9 C+ t) i
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
" Z. Y7 }- ?8 N& Q. \7 y" Q滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘1 ]% s% p9 B; k: i; \
量也不高。1 C: P+ S! H0 P+ G( x) }
1．3．3 电解法1 T$ \9 O: t2 W9 E
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
; w1 H+ {1 O7 H不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
8 [( p6 [" I5 }" Y+ `低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
1 P# \. m; U) ~0 u3 i$ }" k! R- ^3 h等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
( r- g6 f5 `' r& ?, N: w& N氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
0 N8 V+ f* { h8 F, w% R锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
e2 g" a8 u5 E" w+ B可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
1 ], W- ]1 W4 @: g0 `$ D倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
5 I! X* y" j# C1 H过程中的极化现象。0 d5 L# @3 A6 K( b
1．3．4 电渗析法
$ f* K! b9 `7 b# a路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
- w7 }% L3 E& ^: q9 v液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
; W: i) @1 L, m: F: O板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应, m! p( M$ U, w
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。. c+ N! O! D3 o {
1．3．5 膜法
* J8 p6 A6 d3 `' S该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯4 D8 w8 W( l4 Y, }( y3 E8 J2 ]
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液7 s/ c9 F# V) w% r( I1 m
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得9 R8 m0 P- h' P. Z" p1 n
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜2 n& X% L; L' U9 a7 Y5 l$ j: R
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％% W" P' _( f' ~4 Q; }$ P+ S' R
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
8 G1 P& m" K2 j8 T( n' j- U铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
5 b3 a; G3 L& r1．4 以含铝矿物为原料; [; s) g( [; I$ B1 t$ L
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
. z, }1 d5 X# r9 Z, Y" z! A铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主2 Y& p( t' U4 y9 Y
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这! P0 d( z& ^' R3 a! ]/ H
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一4 h9 R5 T- |, j3 \
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
: `2 E5 m) ^; a$ w0 p- t的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其* r# f) f& Y3 D5 b
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
9 i, R/ k( D6 N t氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为! G: o$ ?8 V8 {( R
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，. E* {. T# a' c- l; i9 ^& @4 m
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。 V6 u/ N: I- q
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚. ]4 ?" b3 z$ ?1 D: o
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
3 D% u2 {2 Y: i" F- Q( V( f" [一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。; R& ~% B* R5 x" y6 j
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
; o3 G7 {) N: d0 T! u1 H1 P4 q生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较3 t5 U, C' m. {$ T' B& |4 W5 ~ j
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
# y" Y% H$ Q" e+ ^渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的) n9 _5 b, c8 n$ B
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
1 S' `& G, t2 H) { n/ p对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
( z8 u% _) \' F. N7 b! w' s种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
0 m6 V. w/ b6 i: m) ]" m' D溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越0 a. I1 Y9 {& p7 D2 Y' b! ]" ^
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为3 }4 e3 B7 ^, a3 b c
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合* ]* W( X/ ^# k Y" I: J
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，1 D3 O, ] \. X* ~' i0 P G$ Z
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝: M* {2 ^/ ?. r- E" ~0 I
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于# S3 u/ T) P' M& K& i" q
30％ 。
, a }. X% F% v; M( |4 T一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
/ o( g* z- `, \8 M9 U制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都& C! Z3 V& ~9 @. J: Q( D
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或+ T/ z3 L X3 U' }. Y
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
+ G* \6 \: u# T5 N$ c和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
( G: D: }1 C5 D3 j3 C! a复杂，成本高，一般使用较少。8 ^! H( @- C+ n- z% h
1．4．2 煤矸石& {% F$ J" o1 y: }, \
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃: k, z+ I! V: n U8 y# F
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
0 Q0 T# i# q8 ?4 B. Z- } c' c增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
& s' i1 i! R( v8 t: E# S料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而6 B# u0 q" a6 A; T
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分9 ~, g1 O2 t* `% P. x' [3 R
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和* ?- C1 E3 [0 X6 m% A
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
! B" t6 ], B G# N. i i+ m6 Q氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
4 i d Z3 C! e, f0 c' W" z3 g已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
+ J0 |- a( P) o! N经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小$ `4 V8 J) T* k) L) }. _/ J! z
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
( x* g2 J9 W7 m9 |! V处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
) }, \. ~' o+ w4 C$ q% Z6 S' S& {0 \结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
& |* [: c" p! M! y+ a, B! D铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐6 l0 F+ o9 s4 b2 Q2 N+ t, X& m
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为% z- b8 `4 o' s+ ^. T+ q* U
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
% I0 h R! p, U# D+ R" o5 i0 t8 v1．4．3 铝酸钙矿粉
. x: t" e3 v) ~5 {6 p0 \0 @铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
( |7 z! ?7 S+ X9 H4 I5 e煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的& g3 a I3 e, j3 d9 I4 t
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。" X; r9 A( \2 f; F) m$ f; [* D
(1)碱溶法 y/ S9 ]) b# J* t+ N
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
3 {- C" h# S- B" y; R/ V液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
5 W9 X% [! N& k* Y5 N在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
6 F! i3 g3 b# u值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
: g) ~* i |& W9 d5 o% v% ]反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会6 v) G' M+ W6 H) A, s( N# f
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中6 Y9 {2 U" h' x1 R$ K' C+ l
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠" P* m8 h/ H' U: ]' d2 }7 ~
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
' ~: X9 i" H% o: D9 b9 Q铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
" V0 J3 t0 e- K) N6 g生产成本较高[19]。6 h, C$ e% B/ k; X2 p) v' u& _
(2)酸溶法0 N- t2 w8 h+ ?5 a9 ?/ @3 v
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
2 P1 j! `! p+ h2 A7 o熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简4 Y5 G8 m' ^: k K- [( r
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
$ n( q) r9 [8 \溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
0 C. r; f4 D: u! I不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，) N! m) e5 B1 Y. A2 m6 ]3 N% B
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
* R! M9 n5 }& S7 s+ X6 V6 `氯化铝铁。
4 X; x! Y$ ?( n$ m; t G1 j v& i(3)两步法
& q4 H" C- _& D: t7 u0 X0 s这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工' d& w. R9 y6 J5 }, a
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量& W4 g" h- }3 B U, E j( U( Z/ U
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是9 j) ?3 e$ x/ Y4 u# m u# ^
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。2 V) n0 Y, c8 H
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常3 |! C$ a) h4 z) L0 U- [9 A
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
3 }' z& ^( X4 Z1 U+ Q& p铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
9 a t* Y" V9 p, Z6 O* ~% g( E. ?流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
4 c" R# W5 j# X. L酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
* u% ~7 Y" V& J7 v5 N- ]铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚. c; h* O* U7 W- \3 f
合氯化铝产品。- V/ A9 o* V3 n
1．5 以粉煤灰为原料7 w( ^: `6 z1 X" S
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体3 h% N8 i4 y2 t( k2 b
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．% m6 x4 q8 ^+ @8 m) ~% V# b7 M/ l
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通$ \4 k8 Z; b) f1 P0 Q, r' R2 O/ I
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
7 E" v- e: t. W高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有4 ^( l0 D0 Z* p/ s* T
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸# }6 E n* P9 t. M( U4 @- |; P! l
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再$ X3 D' o9 Z% L1 b$ a' Q' j
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
; q, T1 Y: q7 q# P; x# z" J粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
. w& x- _$ `& u( k9 t2 }铝产品，据称能耗低。
) P+ L1 t3 Y2 I* W f: z; c2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及6 P1 ~ r9 C' v/ w( J5 Y
解决建议
" O1 o! W3 z+ O; i我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
) z7 a' u) ]3 t6 i3 h, |0 ^着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
& l: D. t8 ^3 M内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，6 B4 |- S/ B9 k% y$ v% l/ P
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
3 y- Z8 e) i, e: j2 @3 U佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者$ o8 Z& T) `. I$ L
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
7 c4 d9 ^2 {( Z面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
" u3 ~) x- W2 ?$ c w究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
; T3 p* \- a. ^$ |反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、& X8 v" Y: V- S1 J; t* |. b; e
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离4 K5 v0 z. p8 c: ]7 `' }+ O
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深- N6 q% m# l* N" d0 `
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
% [% D6 T1 r9 ]$ k以下难点问题" s% {8 ~1 m9 H
2．1 产品纯度问题 Q( K9 w$ L, X; [3 R
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通& D% v2 i. K- @$ X* n/ ]
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
$ X' O' |& }* f( |4 [0 r- U国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
! w& ~7 b8 J0 N0 m产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
1 x: D" S" u* Q& R- @% Y7 o酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产) f3 D- M3 R! n4 Q( g
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
& Q! O( U% S% _' d铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝/ O# h' J! g4 ? S
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需! i9 x8 o: w) ?/ s2 f
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
; a- @, F+ R- I8 Z' r$ w产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之9 Y7 O7 d4 o: e/ M' d
一
$ h* Z! U- O$ P2 z。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
" ~4 B1 C) y- e广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新3 s" b0 S, Y5 c* e Z
产品开发力度。5 ?% m: Z& K- S3 T! r
2．2 不溶物的问题
* K3 \- `" a+ J* `" V国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了5 S$ q9 }- G8 z2 S0 W
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而9 o3 i$ `8 k0 D; [9 A; t1 W
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加* a- R9 J8 ~% _6 f! |
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相/ F0 Y4 | A/ }
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
8 N& g( a& j' f( B3 `, V+ W不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
+ R: E( i0 a* J3 U! x, }决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效" q2 F3 \; q% u. j" i- {9 ?
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择. j! M" R, h( _# p; _
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①) L/ R2 d" D7 j) m' N5 X$ y) p
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
8 w6 P9 a) F8 t" y# W小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
5 q1 y. ^% f; z3 S) w! m& _; k高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
& k3 D; c" U: ]0 P6 u! }通常会取得较好的效果。
8 L$ C! t l) Q8 B. T, c% N; J9 \2．3 盐基度问题; ]" U) y, [* N* G2 ~ p
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可, v, A. C1 y7 \6 d8 Z3 h% s& L
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳( E. d5 X! ~0 ]/ f- v- E+ u
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
* V4 j9 f9 W" v" {5 `虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和5 f1 M. A/ X2 ]# p$ M1 a, t
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
, }: ^, h, z/ }. O% O0 g国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。9 F, l) b! z: w' V1 J
2．4 重金属等有害离子的去除问题
$ v5 M/ a6 k, ~& `3 B某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以5 J. K1 A+ o' g
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有" C" F0 i- V1 u. i6 y2 ]% S
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
9 Y3 {+ M S3 o置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。( d% b: i$ w; [7 O/ O& a
2．5 盐酸投加量问题
' {9 S; O: d; b制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工0 f% O; r4 Q j( ^
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
4 [# i. F* N1 o7 W- r5 ?. l" G本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶2 ^) [5 n) O2 _) e" t$ }1 }
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
+ K/ ~4 p/ p- p! P; j+ j; a k题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
( c" S* _$ S+ w, V# Z* ~$ M发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
# L5 K; p9 y; E通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率: F0 G" p6 N% l7 c# ~. }2 Z. c
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
& e9 }. M; Y/ @: t: I) N5 N低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。+ i0 U3 u: L+ \& E3 F
3 结语与展望( ?- u1 A& _8 i9 K0 q. }0 e
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
/ u1 p6 m) m, C: g1 Y( k品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水; n1 x2 }) ]4 T }2 r
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上3 s5 E& T& o( w) K
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产& v7 h# W8 Q" Z0 @
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
$ P `+ t" P. k7 q4 F- {品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
- V* n3 _/ N# w, k: v由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
6 Q. K4 n! h; f- O' C# A用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
" d9 S, y. `( k/ U3 w, u4 t: A6 O- T此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、1 F) z$ g/ n1 b$ t5 @# w* i
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用$ F, b1 x6 w' w6 ?! a1 d1 i b
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
5 k" L7 d( F, t! {生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
* X: O) r6 p- M应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
: w/ |& _- o W8 u& t* {, ]3 ~聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，! _; y+ N: j' h8 B
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向% a G$ L* w0 u4 m2 x1 t2 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
+ i* G# ~. w8 L, ]. X配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
6 y- |) v% J3 F0 |剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
/ D+ Y( \* w1 Y$ [围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
# c: w: F. O8 U$ d. Y子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
! K: E. s# [3 L: XPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料5 ?' ^/ V0 S1 S; B& d: e) w* ^) p
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产# X2 d6 A) _: O3 J2 D( d
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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