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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾7 R4 y) t+ D) M
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
5 ^' w, S4 Y3 b! s' Y* m在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
" c2 {! ]" J6 X4 t0 O6 D液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处0 L9 E- s5 k, R1 N; U
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用 ~0 B# K5 f( Y! Z
水、生活污水和工业废斜管填料中。
8 Z5 V k' }- T; d聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
1 F( `, Y" O# Z1 f9 {* U4 S% z- Y# }凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代" O+ f' Y' a$ Y0 d1 M: Y3 ~
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量" G- s8 s" F: S1 K8 h8 E
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
: b: i# I K" g3 b淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH5 U% ]4 D9 x+ R7 ?' ]) r8 S0 V9 V
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国( ] V+ D' |0 {$ k, F
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研$ R) ^( \( r# x4 u4 }. \
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
' K+ d. p; x! D5 c4 `了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
1 f- w6 |5 O8 r" }+ u度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
3 U, q( _# o1 n- s0 i( O和探讨
7 T8 w- v* x6 v3 E% I) H1 聚合氯化铝的制备技术: M, }! b2 w3 C$ L7 C
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料) c0 B6 q& @+ y+ e5 P* }
1．1．1 酸溶一步法) r+ v4 J5 m& t* o
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，+ c* s5 m C9 O( S, q! Z7 j
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．4 n$ `; J2 i3 a
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为8 n) W4 N6 ~& n" Z( u
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
7 d8 T$ \, T6 z水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放' D) ~# N1 i! i- i- |& L/ V
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
' {4 v- |5 @' M# ~4 O不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度' }; O* Z V7 k+ r% i
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺% N. ?. P% e1 P4 g8 L% S! {
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
1 K, c8 p% w4 c" ]4 p8 r较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
3 ?1 D* C( K( V: L备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重9 b: r$ a' E, x/ Z4 s* M
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等? s, |$ c' Y/ z t, M
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
/ X% d; d; J, @7 \7 q出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚9 O* p7 C" w5 _$ l/ k# `& @& k
合氯化铝标准溶液。9 x# j8 c, B$ r8 M0 m1 m
1．1．2 碱溶法
5 m; G. c/ z9 @) y先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再; t& p% q- p! A
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法* }# T3 Y8 r4 ?
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
/ D, [2 f. \2 P. e1 H8 H含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
2 w" d- F/ Z$ P/ N化生产成本较大
, @. u: T5 ^+ T4 u- y" K& s1．1．3 中和法
" X9 |+ `5 f+ }* L6 w/ t8 G该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
/ S9 x( {8 H6 t$ P5 ]$ k0 p制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即. n' ~. S! N' G0 R* c0 U7 B- U# k
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
6 j1 m# Z( @5 Y! n6 f6 S) d. p0 S物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与' L4 }3 R1 f$ O* u
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分8 w( m! V) H8 m
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再# k# i$ Z* p/ ~. n1 q' L8 b
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
/ A. `( F1 c1 H' O9 o' U到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据, a5 b3 ~/ J* k! G/ \. F: m
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。2 N# v, P, s" H$ V1 `( v
1．1．4 原电池法
; [6 {$ h9 J8 T& I- r( r! k该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电) c* W! m+ V7 L, v; w
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆/ L% w: r s& ]$ _5 m) j
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属, P9 e2 m) z% P6 H' e+ u2 }
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进# y+ ^$ A7 |- n# w8 o. l. f& S
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
% c6 D" J* G6 ?+ W( k+ x生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅1 G# n$ b( E3 D& v" ~) N
拌，大大节约能耗 ]。/ ]* k7 S$ u! D2 q. k1 l
1．2 以氢氧化铝为原料
3 o, t/ I& x( Q% P' L2 g将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
: l$ W5 Z6 P% G- ?6 t3 B# c温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。: |# K' l. }$ ~2 o0 j
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普6 b* F5 R) e' s! }' o8 @$ g5 b% }
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故' G( ]* _1 y# W5 Z' R, t- D; p
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
- n8 b, T9 Q+ S不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多2 O5 N4 w8 D6 f
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸- O5 u1 x+ N% w6 a
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂+ T! L' s$ i1 x4 Q/ q! x8 N) z! I. ?6 @2 i
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制) N# y5 e8 K! k ]2 V0 k$ v5 M% p
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
" A, q- D5 N& G' A; d; u$ S" {. m2 B酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
5 z1 G: y0 T; o. A化铝。
0 T5 E6 H7 }: j5 F+ i8 I1．3 以氯化铝为原料# v6 g3 i* _3 q. t, C1 _; q, f
1．3．1 沸腾热解法4 l: \- u9 _8 M* E5 l* q
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
! Q8 C& [+ t8 }7 U$ Z% w/ v氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
' L* l9 m& T2 S5 _: I+ J搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
: n' Z- [: Z: L9 t3 L) ]$ M4 i合氯化铝固体产品。
$ f- g9 R7 o/ q5 U# l" F a1．3．2 加碱法
* f- Z; `2 l1 i1 V5 ?先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
2 _+ I9 w& C- Q8 A6 m强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，4 T) i1 W; R$ w+ r. u Q
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产2 i7 c9 Q5 x5 z# |( K) @3 [1 N
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
) a* Y+ ]9 \+ T% L t3 |/ G品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
) q6 I$ _' t6 C通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
5 D7 I1 q/ Q8 P! B M: T& iL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报: y# C, P5 ]# R& p2 p7 o
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到. |* z& L& E% S3 w
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
2 A0 Z) b# F0 a2 X量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐# s c. s! Y( {! y0 ]+ S4 ?
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
9 ?% b3 M1 K! t. D# q0 F1 ]量也不高。
9 M5 _, K6 }6 `5 R; a9 y$ i) w& x1．3．3 电解法2 l! F5 ?) \4 m+ j7 W5 J) N8 _( l- f
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以( V1 t0 \2 e) U, ^) e7 x7 W
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在6 J2 t2 X! X% e7 t/ T
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉+ C3 O( g) {$ r' m& p6 n& J; V
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
' x6 `+ x( @; ^; Y7 k7 I氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何8 C, k% D4 [7 v' p6 e
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且3 j! ` v: b* P; q" `
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
# X/ N# @, A4 a8 N4 T+ k! a9 y倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
( K3 n( ?8 H) @% s( k; H0 _过程中的极化现象。
( H$ e" r& D/ L$ S: M9 w% w1．3．4 电渗析法/ U0 E8 e9 ]- f0 R) R( \9 `
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
' D0 J5 v$ R' F- d8 U液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
3 I+ m( y: W7 h- w1 f T板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应+ @% o$ `- U* P8 c' `
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。1 b' T {+ e+ T. E( C$ l1 j' T
1．3．5 膜法/ Z- _" x1 a+ [0 [# R7 J8 T/ r, _6 L
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
! N3 T0 }& z; {化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液. z$ r& x" q$ h! ^9 |3 D. K
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得) ~0 o( ~$ d$ y0 `
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜+ B9 }; ?0 e6 t1 H: U3 ]
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
. V: z7 T0 I% K* P6 ~! q以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
1 d" R/ O) H7 H* [铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
8 z; r, L1 {. y! i( E/ h2 h: z1．4 以含铝矿物为原料! |$ e; B/ _% m; A( M1 i
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物2 A1 R/ F6 c" F+ `) _' B
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主3 ?1 Q6 C; }9 H: L; Y
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这* b7 q# c' G* p7 `' b- ]
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
+ H1 M, O/ o; Y般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
9 w+ P' D, g' A+ y; A6 M的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其( `: Y t# G* c# I5 ^
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二3 k( `# Z. z; `3 o! ~9 _1 s9 o
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为# O/ f ^) L/ G# n/ d" Z
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，0 ~1 h3 l; a: l9 b- s9 o( b: _2 ?
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
- E+ u3 q' H, W. o/ Q. v6 ]霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
J7 [, U! ~) @/ o$ @合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
6 X! D) C8 {8 [- g: x5 Q一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
" q1 }: T+ V; p酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。6 z6 v9 C" _; |* r* Y( i
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较/ t4 d! D/ b X: ^
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
2 ? ]& ]) x- H- J/ S* T; N" H渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
* t4 o7 x! m) w3 I粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
9 [+ {* n* E- t; B对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石2 Y4 U5 O+ v% O* p: s& I
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
/ D" e, Y; J6 m: a9 H; p# Y. \溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越" b; m0 P/ G! {' d
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
; Y+ n* b& @% x0 v# U) E o20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
" ^7 u: N2 Q ^4 B氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
& D5 I" G \' s/ H: |氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝3 j9 Q7 G( _- s
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
8 Y( ]7 o Q( g% F30％ 。
% k m, l4 p- G- k一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
+ m! _# k! [% |& n5 g制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
# p' R# s* W3 z* w需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
7 U5 ]9 Z* U2 C3 P0 b5 y2 Y. z其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
6 z% f+ G$ r) @' r' `! K% S和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
- M# R$ D& y0 V4 d6 V复杂，成本高，一般使用较少。5 o$ h5 S4 Y' ~
1．4．2 煤矸石. p' w# @9 N# E
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃) o/ S) @. ?8 [7 G3 b! v- ]: P
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
- y) I6 H" F! w& Q' c8 [增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原% K- m3 u' A2 ~- r
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而' M! w, r2 Q+ N8 t0 I7 @- w
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
+ `& k* g. p# k2 E; [7 y" ^! ]数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
, K6 ~: W5 q( a9 i5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
+ r5 a+ r5 Z/ Y+ G# d6 }氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，. d+ S& ]$ D! m+ i$ a/ J
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
9 N5 ?4 `: ]; F7 S经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小: J+ e" ^- Y* e. L) D* M- `4 h
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
) T ]/ m( X& r- j. a) t2 v处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得8 |# p/ G, K0 b% y) K" C
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化$ m' x2 V7 R8 b" V h, ]
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
- P: Q* L7 Z# s( G# c7 P9 r基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
' s( r7 M4 }* C9 O. Q原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。$ c+ g8 r2 [) Z: @
1．4．3 铝酸钙矿粉
2 o$ x' j9 z- K8 G. c- i: O8 ?2 u+ j铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
! _6 v: p; L$ _' M' q. Y5 z/ U1 D煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
$ o3 W6 Y% t. g2 K) h9 P不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
( V9 N' m: I2 }+ u& B3 }7 }- q(1)碱溶法
9 Q& y5 J: t% p' o/ D用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶5 e" F* ^5 y+ K# Q1 v r
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后% _! v/ C# g X
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
( E$ R5 V! I7 ~0 X值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止# @) F0 s$ c* ~+ j- L7 C: x2 v4 X/ H
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会* G/ ]1 }6 r) |: a
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
* l0 I+ F/ c, f6 h" [* D加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠! l7 g/ h9 k: s4 Z5 S
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化+ c) Z0 h6 d% o/ d
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
6 E; C' y; h1 ], V0 }生产成本较高[19]。$ B4 @4 P0 o! D g" s
(2)酸溶法; Z5 R8 n' L9 ~4 ]
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并. l2 z: B6 M" \/ T! _
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简% n5 h; E$ Y9 i$ m( h" n5 Z6 y* [
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不. W W/ z) m5 Z/ t* S5 X2 h M
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常) m1 K! m0 }' M; V: @
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
6 a. z5 g0 p7 N4 V- E" Y铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合* W8 _8 k M1 d3 z/ A
氯化铝铁。
1 k4 L0 d* x* p, o9 h5 w5 [(3)两步法# R3 V1 M5 T1 ]# y
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工; P# X' K! C% {$ V" U+ x
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量5 v) c0 K( A% |9 n8 c1 K' o
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是& f! y% l* ]* L/ X
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。4 A$ S6 K& [: y8 f& I
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
/ t! d8 `( [' l$ b: {; c+ I" v第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
) e3 d. E6 Q! [) _" |铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回; x' {3 z6 P/ G& u
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
- U$ E2 f: i& I: ]2 ^酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化4 p4 P+ F) {+ J% @
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚$ |& F5 ] `. Y: N2 o, \' M H9 q, V
合氯化铝产品。2 S# Z( Q. z1 \- }
1．5 以粉煤灰为原料
8 D$ U3 @) g) R$ l粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
2 s0 ?7 V' ]& j( }+ W废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．! n; \0 w/ t! c6 e6 ~- _4 V
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
/ f1 o" m9 a, B, p6 C* t7 Z* c常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
) D' I6 P( g4 l T高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有$ @. j2 a; R* o6 v5 Z
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
6 z; U& j5 @! i溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再6 L& r! l' k W" o
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
0 k6 ]& X" I7 W+ s7 `粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
7 {( W. C+ S4 I铝产品，据称能耗低。
$ l9 \0 F2 H4 {2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及6 t5 T0 a. I( M2 f% r+ {' E5 D: d
解决建议
4 l& f9 P* T. K3 u8 s; P6 ^我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随+ s8 l, }7 n4 d
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
! s% M2 i- o) W, C8 k6 g内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
% n( D" j, N- y( [# _# K( k但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
3 d) V1 @$ N) y$ J+ _8 K. y佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者6 h, v( T9 x- M
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
5 n+ \! S$ v- h3 y面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
! M" R* R$ N0 T6 l1 h! h究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度# x, B1 ], E1 y- x' E
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、. m) W: t: U. m- W; e8 Y4 U
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离 Z1 N8 v) B, E8 s
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
2 J j h# ]( e' E7 C, ^入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在; C$ O6 l6 f# f7 M
以下难点问题
# e( k1 l1 X$ V2 `2．1 产品纯度问题
5 `1 _2 G; p* _8 f5 m- n氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通) s% N5 p) `" L6 P; k) G9 i
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
9 c# w5 r; z9 b6 u国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列+ F2 h9 A2 Y/ ]! n
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝$ i8 o% C) J9 a
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产: ^: l8 ?3 f1 q9 j( L! w: K
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
5 @8 F) e& B( C: b; f( ~- ?铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
; S6 w8 a# }" Y% W* l% W$ f( ~# F0 V盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需& ^$ o( t/ x( Q
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
& H" b6 ?8 W. X2 U4 _! E0 O. f产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之- _; k9 _% y. ^3 H( {( w9 |
一
2 [* ]; D9 @, k4 z7 i。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
! U0 v% J9 y8 Z6 d. l广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
" F4 N1 W; H/ m# [8 ?产品开发力度。8 n0 q+ a+ e# G6 A- l
2．2 不溶物的问题
5 }8 e/ F- C* X6 B国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
! G9 O% D1 c% {5 m2 y' A明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
( G- M% ^, d' r+ H9 P/ J! c$ k矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加5 D! A- b) F8 a6 M
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相" j$ T7 S6 F8 i
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
% D ^8 ?- X; t' h# F不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解7 e& u* [8 l' J0 Z, e# Y% _
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效3 r0 M$ ^( Q9 ^
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择1 L7 J: U! x# T& _) c
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
$ ~" z; R2 C1 ^$ e9 m2 U5 T% f. X6 p自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
" s( i8 ?1 V! B, X/ E" ]小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
% L+ M2 y! U9 H$ m高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，8 j, u) r+ U+ R& q3 ]+ ]/ c
通常会取得较好的效果。, k0 B- g& J1 |% Y
2．3 盐基度问题3 F7 n& K* h g0 \9 w& w
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
" \+ D. W! `* t* n0 h6 Z: S" s在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳* V1 u& v4 @( b3 m z/ R
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考% X/ @+ }4 O8 W7 T# a
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
- K5 e8 P4 ~$ s; w0 e, H铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
: P4 ^' Q3 E. W$ r国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
9 v" B0 D5 b0 V7 P6 R2 v6 S4 K- ~2．4 重金属等有害离子的去除问题# l) i* l3 j; r1 Z9 L3 m
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
0 o. X. e2 j9 \0 \在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
V. |8 H9 K' n8 }5 r' o) a5 l害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑, T- `. g. ?6 Q
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。$ l4 ?4 v& U2 r7 l" Z6 B" ]! Z3 ^
2．5 盐酸投加量问题
. J' }* S7 C4 s: a/ }: I" P1 c制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工. ?1 k9 g# J8 g) \7 G8 }
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
. W; L J; e) P- E$ j/ o, s本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶- Z1 X m2 S! v! G8 J$ j% Y
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
* m. _! l) l/ f( T& a$ [$ X题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥8 W! _3 ~9 W' X$ u1 Q) D7 y2 P; N
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数( X% O+ @4 n O: F2 b# d2 G& z
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率* I8 S/ w' ^6 C# c4 X
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
: v9 _6 `4 s( T$ ^" d低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。; C8 A% {7 A! I
3 结语与展望& C0 y* m3 I6 ?: F
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
- G1 R9 J* X; h+ e6 v1 S# y# t品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
, o6 G/ I" K: ^: r处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
& K+ z$ W$ d @( h+ F有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
0 T- X# k% q0 H) F品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
; Z" a& `! S2 s) J8 k! r品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
$ t4 n5 \& q7 t: h d( @! M由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利) R7 d5 I& t5 [
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用3 T& W. }1 V; a: h( N
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
c4 I" n7 Y. g, [氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
1 A* ?% l2 I6 \ I4 `! z& }4 o% b& e8 x含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业+ L: M! A7 G! n; `# r" [% f1 [
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究' \8 Q( s$ k! t
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
& ^, g9 J/ w( ~聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
/ ~. B+ o! y; `8 V+ L是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
8 j- z/ |- i' ]3 \是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复# m3 J- k. E* e- z* y5 G1 V
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
7 D }6 b1 z2 X, C4 ?5 s# j& n1 Z% g剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范6 @- p6 }5 d4 S) o0 T: ^. O$ g
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
: d# c4 S6 H% K( ]子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
; ?. A# K0 k9 R5 [! gPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料) `' o2 C% W6 a5 ]
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
& [% Q7 m! O, Y0 m2 ?工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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, F ~) u+ h+ O, s9 Z/ c3 I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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