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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾* O) Z, g4 B7 i
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
d6 [2 G4 o$ C" K3 v/ t在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固% D6 K6 l8 q4 ^$ N, H2 G4 ?
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
& y0 f1 e2 y Q: @: h理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
7 ^9 v( W3 ], W& y& J水、生活污水和工业废斜管填料中。+ V# x2 j; d. k9 i1 B/ R: w
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
3 Y3 a- Q& e# b4 i$ V凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
1 y; S1 b7 Y# o- s5 g投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量& S6 H1 j( j4 D) y4 R( K3 `
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
! {5 ^& u3 V3 y8 v5 Q0 U淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH' t- f" q5 K( q. \, O0 ~# p
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国2 c8 z! p/ g$ a7 k
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研 F- D: c9 Y- C2 e: H3 R
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到; S2 c- G6 d% H0 \7 X7 g
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
j( p8 P3 Y9 |9 U1 k) g/ Z" n' r度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
2 h9 S9 f% Z( |. N# _6 T' H和探讨
$ r7 H* |0 p2 \1 \% t* ^5 I1 聚合氯化铝的制备技术
3 a3 M) j3 P9 m* F2 S' F* \# K1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料: {& q! j5 \& ^8 v! d
1．1．1 酸溶一步法
6 R# @2 |% M& j* Y# D将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，' d: A& c% {5 y- Z0 j2 \
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
P0 m( u' g8 |6 C' f+ I5 S放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为9 L$ }, L5 D2 {
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，' i# w6 g6 J/ r
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
l- ~0 E6 p. d7 }% p$ W0 G& c出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
1 f! G3 i$ b% w' M4 H* `; O1 v不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
% A2 _' z" }" S" W! u) G6 _9 \至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺0 e& S- ?) q$ _( ~$ R7 q" t
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量8 P$ s4 q& \- U( S1 q
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
; [ ]2 K; |+ w: j4 A- |5 [备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
# X8 \2 H5 N3 P/ \金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?; U1 s; p/ @ q, I: D- n6 L5 V( ?
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
3 F* B C" ~' G+ L. R/ N5 K$ m出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
! `' E4 p$ v) u6 e7 N+ }; L合氯化铝标准溶液。% E1 R- }( m" D b
1．1．2 碱溶法5 d( l n1 w. P& _' X6 w( H' L8 P
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再% x- {! S q6 T, F
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法3 ^) h3 E; U# F% ^# ]. C4 ^
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
: a/ d" A5 S; @& _& G8 M, O1 R含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业! u H$ \! w0 u8 |0 U) w6 H
化生产成本较大
- ~; b- o; X& s, q; n! F6 X1．1．3 中和法! ~$ W9 J1 l* Q2 Y- d9 I8 a
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别+ H8 d5 C' Y" |7 v1 T+ y/ g3 c/ X
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即6 [ g! f' i7 c( }
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶% l% N! e5 c' P; H% p. R$ J
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与 r( N; R- @- f, i' R7 Q3 Q
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
) T- a3 W$ n. Z, v, ]& v用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再( ], l( W3 @9 u( ~0 \8 l
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
# P, x6 A" ?2 K5 O& q到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据9 g' f/ R! |1 z* G
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
0 p0 _0 g/ N8 P% P1．1．4 原电池法2 F' s5 ~6 Z/ {4 R3 W" j+ M# j
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电7 H. b9 O: J. l. y
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆+ x I: P% g& A* l
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
3 ?" B/ k; {2 Z1 D筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
; l4 y$ R9 X$ K行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产/ l% L* |7 A1 _+ P+ F
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
1 J1 ?# [% v! [拌，大大节约能耗 ]。9 H7 @0 R4 Z, l' A' O" C& q: M
1．2 以氢氧化铝为原料
3 }6 ~; C+ v& b, l! e# h0 \将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的" @$ f2 l6 Q: P3 w! Z
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。5 ^$ d: C% f) {/ D1 u1 O* Y* P
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普; u7 m* m3 m- S
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故9 y3 Q- q* M z4 X7 L) Y
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度, c' _0 e t4 r, v3 y* y
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多+ g& ~, `4 r# s2 m0 N; ~
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
' R9 n* m! b! F钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂2 f o& j1 g' ]: c2 t5 `
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
0 a) |$ G# V C( O9 g2 V得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝* s+ t# k& w3 \+ t
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯( P* _7 a* |" l9 Q* Z5 l& v
化铝。& b5 B3 _2 G8 k$ J
1．3 以氯化铝为原料
, @# \" c" Q% x1．3．1 沸腾热解法; T' T$ ?2 x+ v0 B7 Z. g( I
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出2 e# U9 U# D0 |6 S& z; w4 A8 e5 u
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
! V* l- B. {' H. I& t v. Y( i) z搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
5 |. K- P. u; a Q' T* l合氯化铝固体产品。& R# ^' {1 C: M, V3 C
1．3．2 加碱法 }& i _6 g6 ]
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下; F' v: D& _- O4 b2 z$ m+ J
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液， W: K- L& {' |0 O- Y
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
4 K D, D3 S I E" e( Q* E品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
8 p( U. L. s# {& ?* m5 B品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
# |0 Q! I; T9 y通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／# v; `1 E+ s* d6 h
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报6 ?4 o3 D m# Y7 J$ G
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
& {4 g5 J1 e3 hAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
, C. g5 n- Y' }: f: c/ z1 |量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐/ r( {( i0 {* l) @. l) w' y
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘' ^9 }5 Y# g7 e5 A' P
量也不高。 a' A% O& M! `/ L( ~7 Z: I
1．3．3 电解法8 x0 y" I. P" X+ `- n" G6 i/ d0 t4 _
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
- O3 G4 M% \; A0 R% s& \# [ |不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
) v& V! P+ O$ \- v低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉' L* G4 h9 X7 s
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
1 z" W8 v% w; Z! y# ~# x氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
( U, d) ?" ?$ t* @5 M锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且# W) s( e, ] W! `9 r% B% N( t
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的- u9 z4 Y" A- Z [1 U
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解4 ~! F& G6 {2 q& ]8 v3 D1 [: d+ O
过程中的极化现象。
5 E4 q* g) B4 y1 F3 t! Q; [9 a K1．3．4 电渗析法 @2 @" [2 o: F" e
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解2 Z+ F% y1 s" V r" c; B* ]* F
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁7 s7 e/ S7 T# J% a
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
+ W$ m- Q7 _/ Q5 m) J$ p室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
9 w1 d/ b D9 t$ y: P& d1．3．5 膜法
( k: l" `: f1 g1 |% a: `& F2 `( A该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
% b& `, i; n( z* u- i% C+ y化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液) s% v4 O. N- W
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得; S* g0 q' X% Y( J
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜4 w1 P. _0 I( a% N
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％* P! n; J! Q) n
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
/ X% Y5 E& m4 [铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。6 s7 P1 G1 b H6 |/ z; A/ Q
1．4 以含铝矿物为原料5 k. V. \/ b. I3 ~+ V, n E; l* e
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物: B' e* i/ V0 r' q+ k8 K- H. ^
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
* k/ E1 y- `7 ^- A% a要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这9 y2 ~: K# a7 D/ g
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一* w+ \' \5 r+ U" b
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
; n2 L9 N) Z4 T! r- ^5 q4 O! i的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
$ A+ ?; z6 Q2 D# a分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
! F/ Y( ]5 u s% G& g5 N& R% Y& c氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为" S- G O* p/ k# \3 \0 B
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
5 k. E0 ^# H* @3 @可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
/ a7 w; X0 @5 b5 ?, S, T霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
' `- ^* q) l' U- o( ]4 S7 R合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
8 O$ K* ~; O5 q) ~3 y- Z一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。, i9 H0 z; K8 z' d' k
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
- l% c3 b3 f) d; C- u5 g2 Y1 B生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
# n4 O( f& W9 ^大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
$ a$ `9 u0 m0 b/ I* D _& I渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的, x# P5 p9 C% h
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
& e8 B' U+ X$ u) n对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石$ |) o/ F- P5 Y8 I% `1 F1 ?- _
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
' P+ Y4 Z/ i3 r% ]3 \溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越, W4 x2 n) q/ p$ H* I* m) J
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
# _" J, M8 I" G8 @! @' C& ]20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合. u: Q. Z. c2 V) d# h- |, w
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
( v. K N! o- S% ^/ f Z氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
3 T7 w) `. A2 _- {. z1 L4 p铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
$ K+ w3 t: j3 n) [/ b K30％ 。
% R% w5 p+ t9 B& y6 z一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
( n0 F5 U) p- o( o" G( y9 n制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
8 }9 n" R% E, v' W6 ?需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
! i N2 r0 z' N其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠( ]: m" {6 Z; O( S
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备' R/ P! z2 v# }& }8 Z2 Q
复杂，成本高，一般使用较少。
% X( \: i4 y2 X+ i( N+ Y# w6 `' E' w1．4．2 煤矸石
- O" L j/ V5 F6 u- v( W煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃% `0 q) I0 o3 w1 a
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
5 C1 A7 X5 c" ~) T, G) C增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原- G' P$ q( j2 u4 V
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而3 N2 G+ X! k! p: [" `7 i3 b0 R/ u
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分! g8 A) _* }: }8 [" z
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和% v" [) }8 M7 S: E
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
8 c: o( z9 Y B7 a3 l5 v! g* b; c氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
" u5 n/ x' g4 m4 s+ q. a3 m: U已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
% u* n' Y! U+ |; ~7 ~. W经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
- s: O: I' X* V9 o4 [* Y1 Y8 e时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当+ R/ k9 R( N# ?. e& t3 T+ Q
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
4 F: S# h O( U3 }- m结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化3 U$ c& M) u. |5 a3 ]1 {8 V
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
3 W" ^% F! y* |4 Y* w- j基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
% m0 x$ O: w! m& i原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
' \: y) t, J$ \: U, H( L2 R& Z1．4．3 铝酸钙矿粉
@; P1 A& Z0 q" I1 A; Z: M! G l铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
; x3 y+ p# {& v; q3 B煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的- S) Y5 ^: W2 `. V* p
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
/ ~1 `1 I+ F7 q(1)碱溶法
' {( ^8 m; o* e0 ]用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
( i, S. h9 R F8 A9 S液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
8 S+ m7 J3 \+ C* _在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH2 e ~ B/ ~3 f, K" h
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
" f3 {/ Y) ~; g2 c1 l反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会" B- y" d' a' ]
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
/ I4 N6 X! ~9 V/ T/ S6 d0 {加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
3 \& c& w2 |5 C2 H状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
g' V& z2 D/ @1 X6 w! p; J铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但: e( `, I3 ] s
生产成本较高[19]。6 ~- C5 ?+ K8 Y1 X( i
(2)酸溶法, y* T: C* b( K' v$ n, }8 q
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
H$ _ x* ]6 c熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
& P' Z4 A5 k6 g- d0 ? @' |单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不/ ]" R! L: i2 I7 ]! `' O% z4 f
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常! J/ g* P- q5 I
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，4 C; E) d0 m+ z& \8 Y6 k# e( P
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
, u; a! P& l( V* O' K6 n- c6 S7 Y氯化铝铁。2 i" c) h8 o/ C n. D
(3)两步法* O- I$ ]- c5 T8 W( |$ C/ j' r
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工+ Q }4 ^3 U8 N' ~- s* ?. n
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
- J* }: E( U9 R' H8 Z s0 j比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是* C$ S1 C {6 z0 r
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
& h: s4 J! i1 D' a5 H/ {这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
$ N3 ~) m; U% _6 }% U第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化) Y C5 i) A9 R- }5 q6 p6 @
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回# _' [5 w1 o# x6 p
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
. T9 `& b# L7 _9 `& G- ^# K# w( S酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
2 [( ~; V; G, s2 N3 o6 v铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
/ F$ i6 c# O% W% f% f$ A% o合氯化铝产品。; g' p" i) k# @ V* v6 H3 R% b
1．5 以粉煤灰为原料
& {! m1 b2 y5 K$ m z粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
. f# c- C! t- y6 S B# G' I& W, m废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
0 v, |" B: ^" z! j: U/ {活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通' E% m# L; w# {0 a L7 l
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
/ I+ {1 A2 a5 A7 Q# M* R高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有* U( N0 H# H. g! P
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸% B0 r) ]5 N) _ f$ e
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
- g- O4 C" D5 V用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用2 h g* S( n1 Q; M
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化; ?+ R( h5 _# m1 B3 I
铝产品，据称能耗低。1 E: I1 b: B) t* E
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及+ y9 B c) j5 d5 U" B
解决建议
9 ? t8 K P# ^* y- d. U我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随5 z9 R. j+ A6 j
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
1 ?7 u$ b+ Y4 c, T内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，; f7 Z0 ^2 C0 b' D% G
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
9 F. e6 ^+ ?6 V# X佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者2 x# L' I4 @; v' Z
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方' P! G0 s1 m# a- A; v! l7 w
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研# p, a5 x, m8 \
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度; [2 W$ k1 |0 g8 I( N9 }
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、0 @) P* @+ w, t. E3 h
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
: F$ a0 {, o8 f, Y子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深! q2 A- h- Z8 }; [9 P4 G
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
, G3 u4 r! ~( O* ]" t以下难点问题
z9 R( O! `& G/ m& b) \$ H: z7 O2．1 产品纯度问题" ]8 ]3 K( l: P- _8 C1 J& p
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通3 W# e9 k5 u- S: A* v8 p
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我+ O3 ?0 ^+ T' j1 w: s2 m0 V' T$ ~% X
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
7 k* l; ]5 Q. n2 R产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝' y2 ^/ I$ }) q7 ~& r& {
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
- j( j+ u1 r/ Q% @品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
( ^% }, |+ {8 x铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
6 q& M, L% r& E% C盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需, G8 e$ p4 m7 B/ v- r1 m6 y
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
# U& C+ c0 }; [( K7 l, m/ e6 w产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
2 V e6 r' {( G一
2 W" M# e4 h7 L' s# Z- L8 t。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
& r8 h0 P, _. U9 O% C+ `1 H广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新+ E$ d1 I: {$ v( P) A' W4 k
产品开发力度。: s% P8 d5 U7 [( m! Y
2．2 不溶物的问题+ o9 N7 I$ `- W: @' |
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了* Y5 h# s9 I$ y3 X+ l
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而/ u0 Y0 p. Y6 { c9 o; t7 L9 g
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加4 L0 i9 }+ p/ E" }3 A
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相, y6 [: U0 H4 o5 m% i4 N9 P) ?
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低& m/ b* D3 {( b
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
& J) E" d6 n: x' }! E8 R% L决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效 B) B; q) r6 _$ Z: L' P& k; p
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
6 n U% g, U: P" T- h& R" t) s也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
5 P. I" x4 Y5 `; b. G- _' l' g自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
~( t; y) z. b% I小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
7 ^" R$ K. u$ X# }高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
& K" Z7 {* E9 u3 {4 Z7 E' X+ T通常会取得较好的效果。& L, n: K& Y& {% l- c O+ j
2．3 盐基度问题- \2 [" S5 T5 ^9 c2 `% i
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可9 O" o+ q* o* e
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳( p& L: k& y: Q( \2 B
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
* x1 e& z' ?9 p) q4 A9 X" _虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和# {" T/ ^. O% }7 v K- N
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
# G }1 U. T; ]) Z, Q) T国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。4 d3 w4 o4 ]# I
2．4 重金属等有害离子的去除问题
) ^" s, P f& y. `( M2 `某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
- ^ T5 W' E+ `在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
* m7 H/ h3 e7 {! m害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
0 A2 n) K9 {2 }+ p2 M置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
$ B J. f0 X8 A' Y0 i/ v2．5 盐酸投加量问题# Z0 b$ e+ l) n
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
0 N: _* |. Q5 N5 `/ k: e业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成( G0 Y& v8 Q/ O' h
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
) S0 f: F7 h5 ]4 Z法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问+ O/ m u5 H5 X
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
& }" {- O6 n& f) ~, i" B发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数) x" ]* D F- _4 f6 O# u L' E
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率9 Q* e# \+ K$ T" S
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
/ f4 d* p" Y' t. y2 \9 C( r! k低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
8 Y% ?2 k% e( b9 j2 F3 结语与展望/ z% G8 b$ N2 g6 o4 E# s
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产& m. S, C8 e' B! C; t; O. o) u
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
% c6 m# ?, |+ ~处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上$ Z+ ?1 D1 [$ a$ I- a. o" j
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
. _( |2 t" f1 `8 X% r1 F# G品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产& y# ^$ ]9 O: l
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
, [4 R' l! l3 \% x7 i# K由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
, [# h( U, L8 \; |& |: t用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
+ ]3 W4 i1 b- z4 j# S此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
6 A% P- X/ w) W5 c氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
) P- v4 _% ~5 f4 B; n9 L1 Y: b含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业0 G% V% a& q/ C5 R& c: B* ~
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究8 k# ]. F4 V+ s- j* N4 y# B
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
8 w2 v( v- l r9 M聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
' m3 v0 y. A" G6 K4 g是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
7 _( g7 O% } ] B5 b' H是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
* ~ h: Z" l: j3 v6 } m配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
) a# e S9 H8 w$ T4 _0 y剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范$ V5 q* h1 u- H/ h3 U: K- m8 @
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
7 ]/ `- a9 F+ Y! ]+ ^子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内& ~: r( b* q- ?' k+ k/ H; ?
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
+ N( G0 f( S& Z' k: T利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
+ d7 }& t0 p8 E3 E7 M* f- W! k工艺，必将成为今后工业生产研究的热点8 j) a3 Y: d' \) G V: V( m
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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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