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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾* A% Y. H- ]+ L" t; O
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
1 T7 T; `' G5 Q& @1 h5 R1 t8 I1 f在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
0 i5 m; i0 q! G+ C2 u0 `$ J液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处' i6 k9 r) _6 Z. W9 M! F _5 s
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
G3 `7 \6 Q3 @水、生活污水和工业废斜管填料中。
& m8 Q) {# F* E# S$ J* \& d聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
& K0 Z/ i& v' D% U+ s5 m1 Z1 C v凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代 T; K- }3 }) ~. q( E. x
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
8 G t' c# D6 h/ O( C I0 e0 [! i最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉+ g; v( i( K) N; V- @
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
* J1 J% d1 U( x4 a9 ]值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
/ }5 J& o4 d: a2 Y从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研+ `/ T9 ]$ D) _8 Z% {% y5 \* ~
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
+ [& u0 M+ m, D7 M% u; f: S O了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
! k& C: H% k5 G. J* O; w6 I$ P度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
- b' @; y* D: e& K0 n4 J+ e' [和探讨
* b& c( u6 z2 t1 Q, ^5 W! A4 @1 聚合氯化铝的制备技术( y I: G A- B+ F% u. C
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料! a. h6 c. o# G9 m
1．1．1 酸溶一步法8 y/ @ |7 t: I0 n: l1 z
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，4 s5 w4 j$ x! U0 e5 r' N% m- Q
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．* Y* L8 K' N1 Y# p7 W+ e( ~
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为0 s4 B8 }# |2 r/ q
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
- u+ ]7 }( K- B8 H水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放# j! A. o$ J3 A8 ~* ]' j- U
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
( i$ E( r: z L5 k& ?( P不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
! b' H$ w- f* _/ z- Y/ x7 c至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
. c+ m, t9 W# e+ Q7 a" Y简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量1 p5 E! B! L$ E+ N; Y& U) e# M
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设" f8 S- t' v" V$ o
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
& p) U, O9 ]- ~5 Y金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?' `& L' O! o9 P7 ]& s) s9 ~
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备" R' F& V$ u5 {; ^5 D4 O
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚6 Z' s# W1 c4 H1 O
合氯化铝标准溶液。9 M- t7 ]+ o! ]- s
1．1．2 碱溶法
- Z9 p$ K% l3 H: x1 ~) i先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再4 \- e- t) e6 d
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
, ~+ g) t& f# g2 o) W& ?的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠; W# ~ Y: e3 R' Z
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业) N+ _3 g, T( C
化生产成本较大
$ C. n5 `! E. D4 g1．1．3 中和法
/ b# Z ~" y3 \ [3 g7 ]! K/ h6 K) \该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别6 _2 m% f: _/ _9 r
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
( \2 T) C, T" J" w制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
% a7 h/ n( s, _- }0 F+ S物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
4 c7 M3 ^* @+ L/ } B铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分& [4 o& y8 I4 O- c4 Q" z
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再1 Z5 V6 X; l* @, f- @3 c
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
+ r1 h( B3 Y* V+ C* i! w5 r到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据 Q1 k, z; J Z" V6 c
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。, J2 h+ V* ~4 u/ v
1．1．4 原电池法 }7 y2 M, a5 T; b( V* \
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
, m$ V$ e2 Z) q5 O2 S化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆1 o* w5 b& E* } b4 t7 t
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属: i; `+ M' Q4 T; V8 B( g
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
# e3 q8 E2 r0 R; @- w行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产3 y' g+ u0 @. `8 ~0 G
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅% S8 g6 N! N* F; e
拌，大大节约能耗 ]。5 P+ N8 y( V( ~* D8 h
1．2 以氢氧化铝为原料
+ G. ~1 Q) E4 i9 F将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
4 c) O( K% o ?! I) ?7 K温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
! K. M! |2 |* ?) o该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
3 @" R7 a! ?4 e) l7 L& `/ R7 P2 h遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故0 |$ ~2 W" T0 s% s+ r7 Q6 M: r# }6 L
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
, ]0 v9 g9 Q! o+ R3 j不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多4 a% _/ Q( E% ^1 u
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
4 I+ @' O+ I$ F" K; a钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂4 n. ^- L" }6 c& z4 S. W7 ^1 m3 I
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
* Y9 N; U5 ^8 f# A2 p得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝) N& P2 J1 i9 F+ u$ ?
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯$ v- n% K& b8 S8 Q. H' ^
化铝。
, o, C& M& ^4 L7 U4 r6 w6 w1．3 以氯化铝为原料1 _9 @0 s R/ J) ~* Z ^0 ~, u
1．3．1 沸腾热解法( i1 b [+ c. Z, O8 e
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
+ D5 s5 I9 @- P2 B# l# O氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水8 }1 L8 Y; p4 c, ^9 }
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚) Y* k! g, a F3 n" U
合氯化铝固体产品。; _& e# l0 l; X
1．3．2 加碱法
) ^6 x2 N! L* ]7 l6 m( |, l4 G先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
: H+ J, u* M9 W, Q$ d9 A强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，% ~" a b1 l2 l6 o0 y1 G8 i
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产4 }7 F% Z9 c# p4 J$ x
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
2 \6 `7 X) F% y1 \, E" y1 L品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
( w# a ?1 }% a通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
9 Y, h/ @' p* c# [# ~6 pL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
$ r/ Z ]0 i2 x- s, J道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到8 X F& |0 q. ]. G. Y$ u. e
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质& o( j/ c) \! A# K
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐0 W V* K& X; a; n/ |# i
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘' [* i8 _4 o9 Y8 b
量也不高。) b |8 I5 q) s# ^3 t6 P: j
1．3．3 电解法7 t& }( s$ h& Q6 f- m
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
( p; k/ c7 t3 J0 |* q3 @; ~8 ]& ~不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在6 B. Y+ s; c/ i) Q
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉2 u0 N4 b4 _5 n) ` h3 E
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合! C: Q& e4 ]1 Y
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何0 G) t3 N+ B# h% ~; V
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且$ H+ k& ~( }2 Y% s
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的6 x* y- X7 a4 B! u* [1 D& H4 {
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
& G( U5 N1 o* H* W0 o& w过程中的极化现象。
M0 p+ I$ K# s5 I1．3．4 电渗析法& U {( t. K) j
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解+ a- u5 E1 }) N
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
* d+ D3 t# M9 n: Y! G5 j, z板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
0 _/ R/ A# h4 r6 d' }& ^室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
8 l {; f5 l$ b! Q! w1 B: L+ K3 o1．3．5 膜法
/ Q, Y9 k0 S }该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
8 V! v$ ~, t3 R# R# H化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
1 X2 E$ q. [' h( i4 X: \通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
' T4 x. S* b- i1 J, {- x( @Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
+ P9 l( F8 ]. O制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％" x/ {& K$ A8 u/ d! i! H
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
' n3 o: J' O7 g3 G铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。: T4 Q( Y+ ]) p' n ? ^% N3 a
1．4 以含铝矿物为原料
. r. u% D# {7 g9 k9 ]1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物. ~7 A6 ?# q; T" K) ]
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
# g' l3 D6 H. [4 r! \要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这/ v, f& J+ t) d8 n& i# E$ V" O2 F
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一1 z, H" |8 B3 Y& e1 i/ q+ P
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
6 h# n, @- d! o的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
3 z( }) w9 y3 C分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二6 n4 H+ C+ \: ~7 v
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为4 H' `* s5 k% R0 ]
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，4 o q* ^9 c# u4 S& q* g, w
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。; k4 T. K* @4 v) g
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚* k" d) ~0 y1 N% I2 R! m: G
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物; S8 x) O# L6 z0 a6 K$ z# I; d: V& T* I
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。! }5 h' k; I; \2 \ B. U# Y4 h; G
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。8 j( _5 H1 ~6 y8 s
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
9 n( E+ J: s1 S; v7 N大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
# h+ d! e; g# S: }渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
5 S( T, p" }9 O7 v3 U* s3 b粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
! G) d5 J, m, D8 i/ T对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石" k( y' t6 w: f; ^8 g
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
9 L4 U5 ]. W0 F! [1 u溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
( Y, N( A+ X3 O# h- ?高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为, m$ ?7 W; a# m8 o( k& {
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合) t9 [4 ~8 r3 d& V( ~( v4 r; g
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，! M7 ]8 a5 s8 |8 B2 A0 X8 C0 e
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝8 a- O! b0 V" c& N6 {! X! Y
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
& z: V! k5 p. l9 ?) A: d, Y+ n9 y30％ 。
; u& f! O* |+ _/ ~一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法6 f+ I; i% {& j; x5 m9 \, @+ _
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
+ n3 N. N. `: t& }/ v需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
# V* ?) ?, h! Y' o其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠2 @' Q4 `: M) H6 b( _% B
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
5 h( r4 H c. c0 e+ L复杂，成本高，一般使用较少。
; [% x. U6 ^, O) C& Q$ z7 b1．4．2 煤矸石
0 p8 d4 B- k r7 y7 f- @$ M0 A- g/ {煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃, M, U$ J K! }, c
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧" H8 V0 ~- z& R
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
( X, r% s0 @" h/ V/ o) f& i4 D& c料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而! g9 s; W. E N
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
( K3 r6 p( h. i9 n, V7 ~ i数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
x$ c* T, V3 n( o0 p3 C5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合' t5 K3 E+ n3 ?9 q4 m! O& a: d
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，1 K; C p8 K f! u# S$ O+ V0 {
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石0 v9 C2 w( M3 k- Z
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小: C6 J6 s' H- @. f& u. J
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当5 K$ F1 _1 ?# |5 z7 l
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
7 `. D/ w, N% D结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化7 o' b9 y& P" B' x5 S# C5 c% g3 q) d
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐; ~) S1 Q# a+ S, d; j2 H3 U
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
( d( k1 h) m' o/ D原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。* e' G {7 \" D, \9 L v3 t
1．4．3 铝酸钙矿粉
# f. K, b/ q+ E* D' P0 K# S: Y铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温3 U% }/ z# U9 R/ u* j3 W9 {
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的. g1 d& ^- B4 H6 E1 S
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
8 } Q/ ]4 _4 Y1 f# i(1)碱溶法7 X. Q, n; h6 o% R# U$ a/ c4 d/ |
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
) ^: Q0 |; O! y* O& Y, o液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
% }/ I+ ?5 W& m6 R+ `, H在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
/ I! ^/ O& ]" W* A( q值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
9 V7 a }/ E: o$ m) ^反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
( w5 X I0 L4 Y( ^ o# D ]) i# I. m形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
+ c. T, r# H; F/ w/ B# T0 N( x' x( ?加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠9 B! @$ v4 |# Z4 H5 w2 ^. O
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
! @- Z! d: _" K" n2 Z铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
/ E0 Q2 i( o4 v7 o* M {/ {生产成本较高[19]。0 V9 u) o) T- {; v* Q
(2)酸溶法& ?- n$ I% v5 M5 i" @' {
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并& B+ A3 ]' f$ Z* i' W) P
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
- @% B% d+ D+ A单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不" A5 j- l# F- Y" R
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常* j/ U3 c4 z) O2 U, A
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，6 s) |6 y& `5 h5 o2 j
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合& z, J0 }4 G: E
氯化铝铁。. m+ ~7 O# I) |' m3 x
(3)两步法
2 E3 Q8 u2 e( ~, j2 m/ t这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工- C+ ?% e6 ^5 \/ N
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量1 n" J* m9 B0 y& T( o
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是* F$ p9 |! N @4 f4 z3 a2 z
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。" z- {6 }& a1 f" C* A
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常$ X$ P; b3 x4 ^2 D: [
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
/ G \, i1 V4 C- n5 w1 K& v C铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
& `6 x- `% G( G流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
5 v8 `2 p7 U+ l酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
/ }+ z& r1 n) Q6 N) n" e C铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
. k; A" O$ ]4 g0 K3 M! h合氯化铝产品。
. u) d2 F/ o" i& C! W& G1．5 以粉煤灰为原料1 a# d) f- n: _. }% F @& m4 o
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体' l% x1 T" R4 \) U: a
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
/ Q/ B3 p7 f8 [; }: T. t. j4 ?活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通6 @; c0 l( ^! i
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性' Q' O- o% T# t) J
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
, C9 O0 X2 D1 p( Z; `/ }) e人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸/ z& c4 Y, I" R7 Z- ^$ e
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
) R @5 J9 E! L. x+ s用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用6 u- l! x3 M _5 [6 m% m8 I7 C1 j8 Y
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化0 `" z6 @1 x' _ _' u
铝产品，据称能耗低。
+ u; f7 C0 E+ P2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
0 X4 l# Y, \# A9 B解决建议
) }# \. X# [2 h* t7 [我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
( g p$ ?4 C: e' ?: D4 ^& K着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国0 ]$ s7 x6 h( C* u& d# i x7 H
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
5 p/ T) k) Z" G* O. i但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
' p1 b4 L' Q3 ^佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者1 [& Z) s, }" g: V
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
; B v! Y \% L4 Y面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研5 c" x9 B; J/ D
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度) ^* ?# {% e: S0 K4 B" |( H z
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、: [1 F% N, I. \! ?7 t% X! r9 F
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
4 Q5 q& Q- m# o4 O9 h) c子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
9 d U( y8 A2 H0 j入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
! s2 C2 {. A* o1 v2 x7 |/ F: Z以下难点问题/ K0 O! t/ ^3 s; n$ @
2．1 产品纯度问题
0 C: d" M8 W1 b& P氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通/ J$ {' Z9 c/ {( t% D
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我8 \2 {7 ?5 T5 W
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列/ \+ z, S2 o7 D4 {/ F8 G
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
2 l# u& s _- x+ z: V- |' Y- A酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
+ [ q* h% o Q6 }9 Y( C品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化, Z! l2 n( i$ C) z D6 N4 ^
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
3 p9 I8 ~3 ~+ _盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
2 F3 d Z- s- i4 v8 S求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
6 b" A6 i- ~- u$ q! e& ?产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
$ r, z, a" L j- |2 y/ T一8 f& [' b2 I/ {, q7 D/ t9 X
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推- H9 D2 |( c0 n1 G3 d
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
+ h/ h2 R* J# q3 c3 o. u产品开发力度。
( _1 H+ ]! P7 g7 V& W7 ]! ]2．2 不溶物的问题
, o1 b5 v8 `3 E8 u1 v6 _国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
# |2 P I! B' U0 H7 r& v& X明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而: e; b9 |0 f# b( A$ @0 f
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加3 w7 _' \ c9 z& r7 v1 w( m! ? j
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相3 Q6 P) v+ V8 @0 C. ?: L
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
" E- c9 p2 H( V* v; P' b+ u( i不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
+ d: s' ?- q) {% Z4 S t决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
9 E6 F3 D! E$ m5 g果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择 A9 |/ k' ]0 Y" S
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①% M! w3 c; I. m! b! @" P. l6 B
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
3 F9 p$ @7 K# D小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗 x, p3 \# D: o0 E5 J6 Z5 F( I
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，2 k- |0 E: L E6 T& I
通常会取得较好的效果。
; g: e8 R. o. N: U3 |4 c& ~8 W6 W2．3 盐基度问题! b" k2 w( n' y
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
5 S& ^& W' Q. \1 S& { @在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳6 w( n8 I+ U! l- P! a" X. I0 v
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
2 R) a+ ^3 i: i1 q虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和+ z( A: f" I" V: |0 P
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
6 L( e" _4 b6 d$ m! t国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。# O. _7 {& ?1 R: E5 g
2．4 重金属等有害离子的去除问题
- `1 ]; k: i2 R( A4 K某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以5 S% X8 ~, @, P& j
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
3 D' y5 g0 y4 z& A# ~害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
0 z, ]+ v) L v. P9 ~置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
& {, e/ N5 d. C3 d' v2．5 盐酸投加量问题
7 O2 v1 a. A/ v制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工+ F9 K( D5 Y; H. ^ R' w
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
! \. s* C/ T1 j4 O本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶/ v+ E3 C1 ^+ y5 w4 F
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问2 c; c N8 a4 M2 d; t/ a
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
" r5 H2 m/ p( V. ~5 I. o* N* R发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数5 `" R7 T1 X5 a* Z
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
+ c, Z. B& z8 v) P. T低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
& ?& i/ J e6 o1 z6 Y低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。 ?4 K0 X, }' Q! v1 v+ N3 a
3 结语与展望9 o4 d% I& \& T5 j
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
* H! c" @3 u$ R! g7 @品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
U A2 R+ n5 S8 }2 m: [处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
. u% E- e; s1 ]$ H V有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产; ~' B( w9 W( t; N8 {
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产( g0 D' J0 G! R: _2 j
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来2 w# H- \' @# ?
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利& f! y5 s% K; r7 i. T
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
1 s5 B+ j+ l5 W0 {/ I' ~此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
$ l$ ]- {. V# p3 N氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
! J6 O: n; u. l3 X' n1 d5 M含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
' t) X% N# Q* ]' V生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究' S' j" `, r+ v z7 f* |5 R9 ]
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产3 B6 ?" R! o8 ~( y; y
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
0 k/ F8 e- A. F1 _$ b8 S" s+ ?是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
5 m3 b5 D7 v0 n, m3 v. D) g是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
) B3 n. M3 q* u/ w; G0 H" a3 a配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝2 ^$ l* n$ w6 ~1 H c
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范+ h1 n7 _; P7 o8 ^" b
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离/ m4 r% e Q8 Q! I# B
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
. t: }# f @; o h1 y7 B: p6 KPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
7 Z5 w- L, N' P {利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产0 D2 w( y4 r5 q8 O4 s( ?
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点* f9 y. G4 F5 s" U6 w( V7 o, q
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+ D0 o' |1 `$ }) Q4 }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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