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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
3 b" d. _; z# ] F, o. p# a. \( n(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)% K) a9 i8 `9 H* D
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固7 l- w7 T8 U3 o9 d4 o5 G4 v5 j
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
5 ]- X' D; ?% s' O) z/ Y2 j7 N' f L理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
1 m0 m( y- B9 Y; B6 c& \水、生活污水和工业废斜管填料中。* {, j8 S8 A2 O J
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮: x- C4 [* K0 U6 {" a: D8 W
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代/ j' W e5 n4 \, |5 F: C+ m
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
. q3 v6 K* d6 I7 d* O最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉0 b+ d$ O5 s x& ]" K% U: O p/ J `
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
. C6 L6 t, v. B& K) T值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
1 G3 t8 Q& C, v从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研% w. b: B7 L3 d
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
9 v) M; {$ @# t1 U/ V% ~$ b了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角( {$ H! H4 ]' X6 _, e- n0 u# ]: t
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
: Q0 G" L3 O6 I1 H. Q和探讨; x# M5 C$ _/ H3 I9 |
1 聚合氯化铝的制备技术
% ?8 r% p- q3 q; |$ S1 A- Q1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料7 D; M3 `# F% A/ c
1．1．1 酸溶一步法4 t. S' T/ v- e9 G( }4 Z# [
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
& N4 K- `. ?. G# i6 ?4 _4 T8 }在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．* _& e2 p2 l# C! Z/ k$ a" T3 k5 j
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为3 V, B1 @4 p- _& U
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
/ {, ]5 N$ P: \+ G6 l水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放9 P& D. V+ @# x1 T
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至. x) w( X3 N+ g& F, N$ w% H% u
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
; b9 b6 `; }4 Z5 g至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
& i- \' a' @0 v* r简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量9 d+ H/ n' W" Y1 g4 m2 R4 f3 ?
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
" o) v( h& _/ h' ~5 E, R% E0 l备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
' ?1 |3 |- m7 V$ J金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
# v4 ] [8 R; K利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备' C2 ^! p5 y& s3 H% v: z& n. ? I
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚9 u0 C4 I! C. W
合氯化铝标准溶液。+ s2 Y7 H% Z8 Q
1．1．2 碱溶法! L1 z3 H+ Y& Y3 A7 v0 G
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再' c2 J3 `; p. L1 i* _5 ~, k$ T
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
3 T4 H5 f4 I: M W6 z的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
8 o' q; c" u. O6 Z4 U6 C( B! J: S含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业" v7 m9 c. ^, J6 n" K
化生产成本较大
5 f2 c1 x7 \; ]1．1．3 中和法
. i- @% n* x/ g7 }该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
& D* r. h" D3 x. t! \制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
0 C& ~; ^0 x/ R# A% M制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
5 {& I: I4 P% L* ]: C+ {7 f物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与$ y' m% L% p. [9 f7 |# l6 [5 m
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分" \2 M$ ?1 q6 F' ~6 Y; f" f' b
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
# C0 U! i1 g1 v3 M, F把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
8 r' V+ A7 H" t& N! j到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据% t0 ^5 u5 S F$ V p, I, I6 e
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。, u: I* V1 @2 _, i: L2 k
1．1．4 原电池法+ F7 i3 c) a6 N" {" m8 h
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电. X N& P6 }2 ~9 j" }, W9 q
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆8 r4 R$ i! U2 H
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属9 P5 x z7 [+ R) V$ O) t
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
: Q' u) M# u8 C+ B% ?行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产; X _9 b! J4 {% |, w" o
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
9 G# p( S/ r! B5 I2 f# F! _拌，大大节约能耗 ]。, e% ?0 {- w$ n; K+ ~7 p. X
1．2 以氢氧化铝为原料 ^( p# X) s' j" I" ]0 u
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
- g% y' J4 X) e0 \, W温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。) j/ d% V0 A7 M7 }; X- H$ Z, S* ~& O
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
0 Q @9 t7 ~. H遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
) }2 i, \9 I2 D4 S8 X" f0 z! {酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
% @" v' Z$ f' [9 m0 g+ H( X( H不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多4 r0 V7 {0 s- S* T* O# G* M# ]
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸5 J+ b' s% w5 a* G$ O
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂# y! F- U0 ]! a, w! |7 Z8 S
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制: P2 i- p; h8 c
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
; V% l! K9 W( e3 _2 z酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯$ s7 o `: `+ w. j! s6 M/ G% v$ K
化铝。
3 [' R* Q# t$ F( |. L1．3 以氯化铝为原料9 V* N3 _0 ]1 b' E+ K
1．3．1 沸腾热解法; J7 L8 y5 C& ^3 V- @( ]. o/ u
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
- B j N6 ?9 Q氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水& d, z2 b7 E3 |1 q# _4 s" }* s: ^3 _
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
, ]4 {! s1 M4 ?% }3 W5 V合氯化铝固体产品。2 U4 ]% ?' b: Y! {! u
1．3．2 加碱法
t N4 T* b7 R& D/ E先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
8 J$ y0 i J. Q强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
5 ]+ h5 T+ h& e5 a1 W- N反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
7 |- W# x" z/ `3 `& ] K+ V品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产' t9 ]/ S0 {: c0 e5 O. w% U
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等1 f% y& U* Z, m, O, i" N6 ]
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
% ^, z2 v ]' mL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报( K) Z9 c$ u5 L0 t2 s
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
- I; l! L; ~5 Z% vAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
& Z" U! p5 w) _+ e3 H量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
9 P. X5 E9 T3 a' a8 l滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
" B# X1 T; O; I( m8 _, s0 M量也不高。
8 K/ x: U% m; Q7 r1．3．3 电解法! @; s( G+ q0 D6 Q$ @
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以- y$ H/ A& F4 X0 U1 A* {
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在7 i; t6 }' e8 g0 j% D7 \* i
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
: ?- E( H9 C0 G# G等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
+ D3 G6 T' o" n6 E; n0 F氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何 W; w* J9 V! ^* n8 x) P/ ?4 x3 O
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且0 v6 ?4 N$ i1 `; j- p# ^! m% P
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
2 @! O& T# {+ v倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解4 b) ^6 c: B( e; A0 L8 g4 R T
过程中的极化现象。
. ^" h4 ?" v2 V8 h0 e1．3．4 电渗析法9 a( S# [( `; W$ D
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
8 @5 O3 a0 Y( x$ t6 p& k) Y0 M液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
. G' d. ?9 z1 ^. r) F6 F2 f板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应5 Y2 E" P9 g& X* K
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
' S6 J: U% v& k1．3．5 膜法. v B+ W8 {) c; ^5 s
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
) f9 H1 x/ v! B, G+ n化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
+ o! \) u* J5 B1 J3 |/ U通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
1 w4 N) }6 g1 B* O0 gAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜& v+ s" l* X8 s3 E/ s/ K& J, Q
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％1 X# J0 f' m. M
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化2 q# I8 }4 l X, |: C$ i6 ]! Q2 e- |
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。4 d% H/ P9 R$ m- y" l/ b
1．4 以含铝矿物为原料
) i5 X* G- j# \4 N1 L9 x6 C5 l" G1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
# t% Q M0 ?. `) ~% c7 E铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
1 a3 C# C4 i6 D' Q9 x2 g要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这4 p; C4 I: c" L/ m" b
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
6 n1 v, A9 X/ r: e$ N般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等+ a* T% P' Y% H8 f
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其3 q- @3 j& o, G
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
, W6 i1 h b6 B$ v( I. L$ a/ b ^$ N氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为$ E1 m) V% k/ T0 q0 c
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，& P9 f3 D" `) v3 `4 B+ E: m
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。5 z( o' \" y5 D; x9 i
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚" n4 j. E" c. M' C1 C/ l6 _
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物# i9 E: s/ a' s
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
! C* o2 p, ]; l酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。6 n8 J4 z: C: r- [
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较4 [" F2 H+ j# }0 B2 l
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残+ r" z$ D c* M9 X* g4 W# g. U
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
# e. M0 @7 z, P粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
t, p2 {$ Z% ^, `5 d8 v/ }3 o对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
. M T7 ~5 n+ C7 M& M' U/ G种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
( |; L. C) A9 U' \, T; c溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
( ~: @& X6 N# m# V+ U* e高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为8 y) I3 O. P# d. x1 f5 I
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
S ^: f2 }5 b1 W8 W/ c$ N氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
1 X x, e3 A3 `: J) u8 X, }氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
) h" m; W! {! l8 I铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
: A4 e# `# N$ u. |' l7 }6 |4 K30％ 。
! S0 a: P! {4 A' c一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
# ?% |8 J; o. y# E- @制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都4 }: v/ x [% ^( _+ q
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
0 w& Z. F1 c. P8 ]! e9 P. H其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
' x2 @) l5 W# g! [+ ]1 m和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备# P* k) T8 B/ J
复杂，成本高，一般使用较少。6 }" `$ V* j, j N
1．4．2 煤矸石4 r2 g# u! o* ^9 T6 C+ d% A/ Z F+ Z1 t
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
^$ P/ b5 o1 R4 W4 V) }物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
. h5 r" S, M* R6 E D7 T增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原2 U/ `( s5 S1 x2 U
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
, \ s& \ w) M且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分5 n! b4 T9 U7 x! F3 c% d2 S
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
8 g% H+ C) F4 X I- H" T5 x) O5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合" X5 j6 d2 E1 Y) F. _/ C- X9 T7 w
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
1 U& R/ K: P- M$ f已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
/ S- H) N0 |+ `0 U经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
8 D" d7 p/ g' F/ x( o时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
0 N7 k6 Y1 G3 t0 {! Y4 K9 R& @处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
3 s" l9 d+ Z9 `: ~* z; s: L结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化! s3 m% Z) _/ [8 L6 V# _* S# d( U
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
/ D7 F8 V& s' \# C* A; h9 ^基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为" [6 u0 d, y# w3 ^# b- M
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
* [# `6 W8 n, p6 {" U0 A& E/ \1．4．3 铝酸钙矿粉0 y, K* K9 Q; }7 {/ T l$ D; z1 v
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
" t$ j6 A. f, D- |5 P煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的9 U! P. [; {0 f1 @7 E4 U
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
W8 Y4 K% T9 H( U( I, L: D(1)碱溶法+ K6 \( T$ N' p
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
# I; m' O3 ~ N n液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后: V% H0 E5 F/ t9 x8 l7 W$ z
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH# X# G' g( C" ]- _0 R5 ?" R
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止. B2 R0 y, o) i. C/ F% E( N
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
: y; p& X9 Y! C, u6 g形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中8 z5 Q- S/ D6 @9 i) B; _0 A
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
) \ _( I l- |6 z' E$ X; I% F6 J状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化3 _- \( o. w' I, V- s
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
' R$ @" N/ C% q- E% O! I+ t" g生产成本较高[19]。8 z3 l. A, D+ h1 O& w9 r
(2)酸溶法+ N' s( H$ p! o$ s' t% Y5 ^% K. a
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
5 i2 [0 a1 k4 T熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简0 p1 @# p: M$ [
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不8 ~( ~* [! G+ I$ N" w
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常3 `, R( `5 |7 j- \ p8 K
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，& y. w7 ]/ a8 F: }: P3 E; f2 ~ _
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合( R8 N. ?) x, ~% u
氯化铝铁。
- [ v; P) E# M; F7 w(3)两步法
' a7 \! E( b/ ^( ~这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工2 u+ w0 C6 q7 ~* f$ u# _
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量% ?6 H; @4 ^1 \+ H B4 E
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是! q5 @( b5 ]% w; ~0 M- [
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
7 W M( n0 A$ ?! C8 ]: n这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
& r9 E# x9 i7 e! x5 b第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化' T& [' ~- p. \- d2 [" W/ K, n7 @% p
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回: _+ ]5 d) m! _
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
" x% i8 \. q" r( q酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化8 z; s9 R g" J3 T W" n7 [
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚" P, D' {5 Z5 _9 R
合氯化铝产品。; S8 Y9 R5 t: _# y0 d3 |# \
1．5 以粉煤灰为原料
4 E1 h! b/ Z, A) `粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
9 U( H3 F, v, E ~3 }- M$ T6 d- w废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
- f |, W+ L x% G3 v- I活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
6 G! z. I/ s- @9 U/ r. I/ ?常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性! Q5 ]$ p- m! m& A: I0 K
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有4 _8 O# \! `9 y6 S
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
& f2 q3 [; Z, x溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
3 w, z$ u6 d! n- C用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用5 q/ A$ B' z4 w2 Z, v2 P7 o) @9 K
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
- ]4 s- _3 o* [# Q" U& J/ N铝产品，据称能耗低。* B! h, q7 f; e7 h) A, \
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
8 N/ i5 a3 C( q8 n5 Z" m解决建议- r: @; |7 D* Q2 Q" A! [2 `
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随" [+ u- v# j& |# O1 {& @* k
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
. H: k% y. N! r1 p# h0 J$ r内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，3 i- t! @6 `( Q
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
7 s9 O" v8 } c7 _" ^佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者7 `5 w/ [' I$ ?+ F6 i
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方" Y5 ^* c( T: t7 k: W
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研2 Z1 s/ h L1 X* e4 Q Q# m1 K, Q
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
9 H. v( Y; h5 b5 t6 n0 E2 x. B反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
- x' K0 u2 {7 Z9 w$ y$ z硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离4 G; i3 o5 ~$ n; f$ `9 k H6 _5 }
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
5 b$ @# S& `1 A t! i/ B* N入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在% O3 }7 t8 l. E
以下难点问题
% T6 g5 c8 g/ O; O% g" B/ e2．1 产品纯度问题. R6 r" u+ N4 g" o
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
, m {# Z) p+ g. `/ U常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我9 Y4 g" k H5 B
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列; `/ \; M' }! ]% I" G
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
, w; N, p0 m, E' }5 \7 m/ B1 C酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
8 k8 i }$ R$ Q9 {/ _+ S品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化5 d+ {9 s3 d1 }4 z; m
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
9 ^! ^) n. f O& \( y) A盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
% u% w% c% t& D6 W0 x z* n求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
1 z0 \. m: t F2 b; w0 }产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
' P( o4 k* D9 L# V0 Y一
6 g @- Z2 [$ n。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
8 p. q/ `* t1 I* B3 u广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
+ @( f; O" {' T$ P! q产品开发力度。$ o. b; B3 o0 Z9 C9 X2 x* d1 a* M
2．2 不溶物的问题% U( |9 P$ D/ a! z% ^- X
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
) @( ?1 ^5 \0 I明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
2 U) R- X9 n! I矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加1 ^6 M: C6 H6 \5 X* A
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
+ O. n8 F2 t. N. T. S1 s- ^应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低) {& ]: a" s, d
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解: m! i2 A" p# A8 d+ d3 H1 w
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效; Z3 N- ]0 R) H) s4 p
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择' ^7 O& C. [! t2 g
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
4 h+ V5 h2 X% {, G! f3 o. }自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
8 i' E+ x; a! P; f小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
3 g) Q: K. w! F# b9 c% p4 j高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
9 z" D8 M- t- F, c' e通常会取得较好的效果。5 ^% B4 z, [0 g% y
2．3 盐基度问题7 s5 U9 T8 K1 t& ]: N
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
9 Q- p5 M8 C- H, W+ s在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳9 h* N" r6 i* F" f/ u7 S
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
+ a; M+ n) e6 c4 T) {4 F- {3 e虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
, f Z4 `0 `' P: J0 f" E铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前) J6 b1 a# J1 S
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
) C7 ]& B$ L8 T! ` ?2．4 重金属等有害离子的去除问题0 C- K% M6 {2 x, o- T$ ^1 {
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以* H; t8 o" `: ?2 t, a$ P
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
' g- L3 {1 Z& f3 M害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
0 F- z3 Y0 i3 y& q3 B- r" ^- N置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。+ h: u% I* s4 I
2．5 盐酸投加量问题+ s4 b* z! }' d3 L/ k
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
. D) c6 f) p# m; G: S& [# d! T业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成; J4 [* |0 b" w
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
8 `: y' O/ H+ b+ A0 a法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
, e( L9 l. b- l题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
6 f$ I' r- K# c" e0 |发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数9 O' X6 X( H# z# g; j
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
b0 \9 m* r" N4 @) u" B低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度3 P0 \0 M; @# [& z; ]2 V* M8 V
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。$ H* l4 s9 V; {# F6 c) W
3 结语与展望& k w% @6 k' C: E" f
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
* K C3 Q9 }% F) v, f* c1 m品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水; N$ h+ O h( ]4 b, A5 x
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
; z3 l b5 j+ |1 R有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产. E8 V( x4 U2 w) C' P
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产+ C0 K7 T& E1 h
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来" n! h9 `- r7 m" p8 _0 |/ P
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
+ q( }4 ~. Q8 p& N# Z* G- r9 k& f用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用6 D0 e9 {6 z& N- ^6 A, j6 D; s) j5 [
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
: y4 G' ]$ y: d氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用5 L4 X! @+ ~7 @7 V/ p7 f
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
* d0 j" Z) Q7 |( b生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
4 P1 o: T$ U4 z- V5 s应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产, B9 |' _, X7 |
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
T) @$ R' ^ H是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向: T1 q. O. |; v* l) Z
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复6 T8 R5 Q6 i% d* s0 N7 ]
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝 y! L# J; z1 V: J9 ^
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范& w( v# ~, C4 W; W1 f
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离' p x) w+ F' f) F0 _
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内9 Z* I3 \7 z7 H" t4 f3 Y v# V
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
: l/ `1 D0 C' L5 [5 a! y利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产% T0 q0 L- B! q9 a4 j$ h* R4 B% |# H% {
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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) }0 K h$ e& M4 Q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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