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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
1 G2 B8 h! n' Z& Q( S(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
f/ c( P. e9 `3 ]) V# Y3 n3 ^% J在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
( {5 l- i+ F7 ?# O. Z0 U液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
+ _$ u8 M! {3 {& |% U理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
+ ]3 ?' i X* r) ~水、生活污水和工业废斜管填料中。$ T5 ~& Y; G( i
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮2 f u7 v0 v7 v8 o
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代+ ^5 k$ D' T/ Z0 N }+ }
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量9 _/ y2 c w" Y2 P
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
1 Y, u% }. @/ W" {7 o4 Z' H淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH6 L" B) t( {1 w y: Q6 \
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
/ s( ]; c! x' G7 b从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研* k# I0 o- d9 [- v; v
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到& V; C2 y7 G0 o5 e
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
8 G5 t2 p: h8 }8 ?2 x2 {度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
! Y" Z" n8 }' c U- q和探讨
) U3 F# q: M: y+ A1 聚合氯化铝的制备技术
& y0 a7 m6 T. h) }7 y% f1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料$ ] a; X; @6 M8 V0 {
1．1．1 酸溶一步法
. c9 c- c( C) h- k3 k7 a将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
) Q2 {( l$ m1 O/ y- D' W在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
: L% Y) u- H2 ~0 Z ]6 K放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
+ F/ i; A4 X e3 } T, ~$ F/ m8 ?放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
) f( N& Y8 @; [( d水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
u8 a$ Q! Z& A* j( ^& K/ X2 V( A出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至, u E! {+ }6 ~' @
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度1 J2 X- s) D! R A
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
G7 t, O/ K* x+ |% y# a8 _) K简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
3 G4 l. M' t+ Y) M+ l7 a+ x0 Z较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设& _- y* U% x0 }2 C+ _
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重$ Y" Z8 A- p! n7 E, Y x: v9 X$ @, q3 k
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
9 P' X. g/ {- u' e3 T8 w% U$ o0 C$ k利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
+ i+ {5 k6 i9 O' Y& L: o出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚( b; x2 K: u4 A& K9 }8 F& T! Z
合氯化铝标准溶液。3 X1 E9 v+ B* T$ h
1．1．2 碱溶法9 }; \3 D/ ~' M9 q
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
9 S( O; I/ m" P7 I! x7 e& ~1 M用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法: F. I8 ]2 p9 F" N/ J: @
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠" g1 o; b0 a7 p# E' F- A q
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业& d& K: |) e4 G. s( e- v
化生产成本较大( m2 Z. ? Y, Z% f* k5 F. b4 _
1．1．3 中和法
, F( q0 U% Q; M$ ^7 c! t该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别, Y0 e2 b9 a; R7 \! B) f2 [
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
' d2 O0 d! J/ S制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
: `" h0 s, A) y- h% V物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与- Z5 b8 N0 m) J. ]. p
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分7 ?# @# N5 Z( M5 R' g0 O- g* l
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
! `# g: L1 G7 v0 H/ v8 T) P把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
9 p9 S) j3 t& x( d到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据4 p: W8 P5 }& V! R- }; ^
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
E2 L4 J- _. B3 ]8 H. s1．1．4 原电池法
: M0 [8 A" L! t6 q# {' }% r8 M, o该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电' T* F2 h* d" p8 @0 B! W3 }
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
: a" z) d2 m# w% b, F8 H2 r4 M8 e桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
3 G1 p/ @8 E4 ~" J- e+ r7 L9 ?筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
B6 p& I3 b: z$ J0 k% q" f行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
. G+ d* y- [& m( s5 E# J生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅3 K" ^4 O# c3 j9 V
拌，大大节约能耗 ]。9 z3 ^. z2 b8 T% f2 ]
1．2 以氢氧化铝为原料
; s# M! q! P: ~ g7 K8 c将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
# f9 V1 [8 D, [% q! Z' u0 U温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。( O7 {# v" e: z: E" A! M$ R
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
{/ ?3 \, X% p) N9 {遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故; [& _7 X# h" T' ^4 D- b. t
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度/ k6 @7 Q H. c
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多! X: e: I) _; G/ v- [ p( k# ]; P
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸5 P& p2 k$ c0 S I9 ?' V
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
% l/ M2 L' `) K* u) v& ~# M质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制( ]% w2 X3 W; b- d( v& z
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
4 l3 Y3 k0 e7 e( ^酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
9 w6 l; H- M* s5 O1 `- |化铝。
$ C) A- {) O3 B! Y" Q1．3 以氯化铝为原料* u: X( l. s; Z6 D
1．3．1 沸腾热解法
/ r |& U! S+ s: |+ H- F( |8 @, Z用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出! e. {% G! O7 D+ |. r
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水+ Z4 ^. |8 x; P# F" l W9 C1 C
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
( V# |4 T4 `; D' D8 M1 |合氯化铝固体产品。5 M, b8 |9 o, E3 {6 q" V! H
1．3．2 加碱法: L6 h8 Y- G! A
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
6 X5 }4 o( ?/ D' H7 ~9 a强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，4 X3 n4 P* T7 E- k/ |. k c* H
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产* i. ]. Y9 f$ E* A$ r9 \+ C# g' \/ _
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产2 y0 H* ]7 h. Q' a6 U
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
( }; h) v. J: E9 Y2 l; \通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
5 ]9 u8 M) v( I' M' A' zL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
) f, b9 ?, W8 `# B% D道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到3 A4 ~/ ?4 n Y" n
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质" g/ [3 L; J9 v. ?& G0 M
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐( G- u$ u8 W3 {) _$ t
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘5 B( y; Q, k' L* W" |
量也不高。
' s9 j9 n1 h8 x9 W6 _1．3．3 电解法
4 e6 o, ^1 d; y7 Q- J. Y5 W该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
4 G3 Q- c O' \; n" q4 ^) M不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在: v: T" \9 J9 @( E' O: F2 b
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
! v1 \ ?. f5 l+ z) T# I等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合: e2 d4 Q* x' c/ |4 H9 g
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
, M( g0 v" F# B$ V- x( i x- n: j锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且8 ~* L8 ]7 G" `5 s
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
- S) S' V5 V! W% d( N5 G4 H倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解0 d9 b$ q* V3 w7 _0 j
过程中的极化现象。" X) f5 P. J) ~9 @. |! f J
1．3．4 电渗析法
, N+ j `4 N Q, S5 p1 X/ W2 F& U, o路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
4 F1 {5 z+ J( K4 F8 S$ O液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
* B3 h3 v$ }: t; i* K. t0 `板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应" m; N7 n) s( ^; x* p3 p1 z( Y
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
, L! B$ T; Z" X- D9 h8 f! `1．3．5 膜法
" j$ x) B/ R. \' i) d该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯2 [8 D/ s0 R, e& y j
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
/ t0 V {, u, m# a( i- P5 }通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得3 ~5 W: m( b4 v- ?( n* s
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜, B% H; U& R: G
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
& Y% S) t8 \/ Y& x, O6 l8 T以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
* _. ]( M+ x& W铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
, ?8 G' c% D4 r* ]1．4 以含铝矿物为原料
3 r5 g4 P) ~2 {% d1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
! w4 p# ]) |6 L; L( o铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主0 c2 R5 v' G* V+ `1 I9 K
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
; B$ a4 ]9 ? t; F几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
+ l: ~4 l% A t6 `8 k7 Y般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
" |+ n8 C$ o- N6 E的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其. \- f4 z" P e0 L
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
% ~1 c/ ?. q ?8 `" ~$ \) y氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为: h9 E5 L3 H6 [
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
3 Q3 ]3 ?, {" H可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
/ E! k, h7 b ?$ h4 X$ Y: d! b霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚7 `+ Z+ B+ n5 `7 v
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
; s: r% d3 n# p- z) u" l. V; R一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。5 }4 e. s5 A( q# o* g7 @- _
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
* W6 ~8 w2 J9 r5 i生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较3 k3 U% s4 k2 U5 s
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
1 `" M# g( e9 t* F! k渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
$ \! y% z) f) f& |6 M粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
, F; ^' C9 i1 l3 Z7 [& ^+ C# N对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石 k- e7 z$ M# b1 r- Q0 n. g$ w
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸: n, E4 i- F( M$ p
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越, r1 U9 Z, s7 A3 o6 }
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为' @( q3 [0 A% Q- a0 w0 _" i$ Q
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
, v D+ d0 c8 _9 E! g! H! Z2 E1 U氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，' L9 }1 Z) J; _5 z; w
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝) V3 G6 A0 b. j
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
4 d% U. l2 f/ V5 Z) m30％ 。
" I! i( l4 @$ N9 T+ f4 `! [一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法 G6 E1 r+ J5 r- W7 L
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
8 N6 h7 j9 t' r+ j. U* |需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或7 K, U9 \7 f( L# S2 A+ h8 l
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
% n+ {2 }, y4 l4 }9 ~7 d和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
$ T+ v+ b1 \: {: _复杂，成本高，一般使用较少。* B* S; k4 e9 y7 R/ I- K2 f
1．4．2 煤矸石
) q% @1 F! P7 I8 ~+ h: D煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
8 G c4 Y* E2 R! V2 W0 d物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
- Q) E+ q ^* g# r& ]增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
# s% K6 [6 V5 c9 N( q+ K料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
, w& C, ~0 b9 w且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
( N' ?0 k# \- L8 \/ _ O数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
( i+ y% K6 B9 n5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
# N1 J5 s+ h/ G; L8 O u氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
, b! a: G9 {& x; X$ W% A已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石# C- {+ R) ^$ Z# f# H+ g* p( C
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小2 w2 T& l S, c3 E& s
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
" H# h2 }, z& U$ V! N; M0 ]/ d处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得4 q2 V' Q& h9 z. _$ d7 q
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化! }" R# a# X. ^* W" @
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐) j4 g- @1 e0 F' K
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为- A" _. k: A7 M
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。% j3 m1 H/ k& M% B
1．4．3 铝酸钙矿粉7 T' @; ?4 p2 k# G5 s4 y
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温! d9 ?' F8 \4 m! [- E, p7 C
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
. [ q1 B( k' }; A8 ^不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
' ^# k7 w8 D+ B3 |7 T(1)碱溶法
* L: N* ?% V, W6 j4 F# v! u: K% c8 c5 E用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶( D" P" W0 f' D1 j. K
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后/ z7 @( M& t3 t% r0 }
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH8 S5 D, L/ o( W& m O# c
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
9 x+ }1 a4 v2 r% t; ^ s5 P! O反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
. d) d0 D' Y/ c/ Z形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中3 n. }3 D9 X/ f' H8 T6 Q- o
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠$ p/ }0 h6 v* C9 o
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
l, m$ t9 K6 {1 V7 Y9 f铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但8 P% G T; p. T5 Q
生产成本较高[19]。7 T, }% V0 @. N8 r% L7 z
(2)酸溶法1 N- _* M( a8 a" |8 s6 G! p
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
( ?( Z; \# b3 Z r熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简1 F4 g6 u* d6 `2 ]" E, v
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不7 E: Q2 c7 |- o4 E( L- D( S
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常! y' q. t. s( A
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
; A5 ^. y! a- N3 u/ z7 C! \铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合; w; V. p- q |% Z/ k4 {2 o
氯化铝铁。2 a7 t; A+ o! E" R
(3)两步法
( X, h+ z- O# [' q2 a: \) O这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工4 T3 d) u# M- A/ G) b# i! Z0 f; H/ d; I
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
( z1 ?5 w( S* G) y1 P0 x比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是4 i) } R" q( g7 X: ~9 d
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。4 p% U6 U, [) O/ Z, F
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常! x% F8 Q5 Z( P2 A0 r w' S
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化, X& ?. D2 }$ E! L( I4 b5 T" B
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
( ^6 k. {9 v8 {( ]9 P& b( s7 e, c0 z流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
3 Z I( F) x5 h8 k酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
0 g7 w8 u, g0 e! b: ^4 ]铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
5 ` |. O; x/ O/ @0 G6 u合氯化铝产品。: f2 R- E" I9 o% \% F; R$ F
1．5 以粉煤灰为原料! E# V3 n' ]2 Y L* W1 z% I
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
/ E! f% B! L% d5 F. y+ y% R2 H" {) b废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
, x( V& ]& w# z活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通1 Q% v4 X! w- w. b7 i1 z
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
, O+ _; ]9 j7 T高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
8 v) r* Q8 z. I' s; V" c' u人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸6 W# _1 G; B" b6 {
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再+ K- Q. F2 s4 L7 W1 [
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
' [/ p: `# w+ t5 ^% T粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
; m) n+ N2 ?: f" ]8 P9 s9 z- Y铝产品，据称能耗低。2 |+ ~. N% z1 d3 Y b% Y
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及- I. }; A/ O* r* A
解决建议
! k: B, {8 h4 N8 D: B我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
0 |8 t9 ~: X+ X+ n6 I着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
; v. E- P% D) n- @: e) G内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，7 z% s" U# I, v( x& g" O0 I s
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
- m" c8 _1 H+ Z- A# n1 d. V佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者6 F3 q6 O( r4 h0 l
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方+ I% R x" S" `5 A6 X* B! P
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研 h, S/ b* h8 }* r9 a2 L% \* o2 u
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
' p9 ]0 U! h7 V$ R- X反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、( I7 }" l7 d" g
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离- J; ~+ O* p4 g* p- _' P/ b. w
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深2 _$ w# g9 K. u8 S; [
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在4 E& y) h# k2 I; X+ m3 t5 C
以下难点问题# x, s G: l8 A$ Q2 T
2．1 产品纯度问题4 _3 W" s2 r' b
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
/ e" l4 v" ^; w5 q常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
) V. D1 `6 m6 d# o |8 G+ \国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
. y2 P: h2 m; L% N+ L9 Z产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝9 Y/ ^2 M. C- o( C- H
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产% p* G! l0 X/ j y! H1 b
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
3 d; p% Y, {# O* ]$ z; u" s铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
" a' A& `1 k+ X. K" w6 R. e* W盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需( T5 W2 y$ x" l: J! {& |
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
1 O6 V0 h' C- T. p g$ w' N) r& D( d产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
& |# K& O4 |3 e( R$ f# s一
2 n' ~( k( W/ \6 T! ]% H。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
' D' t! G- I0 b6 \3 V广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新* l& ~4 N: ?. w/ K
产品开发力度。1 O" B, v2 d% } P# b! y9 N+ R
2．2 不溶物的问题
/ y! {* W7 j: l, d# }8 B国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了' N" H0 M3 z% p1 L: l* M _1 k g
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而( w) t0 i! F8 W3 ]# A& T
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加# U0 j6 G3 r) X8 h/ t
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相 I1 a2 R1 y6 }1 ~
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低6 D. a( L) d% x, Q$ {' W
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解# D* |( F1 [& j A. M2 d1 z
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
) E r3 V- i# N5 ]7 {- j! M+ `1 o果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
$ G7 T0 f+ Q$ A0 }) l @也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①" t: F& V% |* ~2 j5 p+ |) }: \
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
; P- |" @8 I# R6 H; ?5 ^9 Y) e小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
( I3 g+ J" F/ {+ q高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量， G$ \* j6 }% K% U. F( P: z1 @
通常会取得较好的效果。
" X6 }8 O" Q* v+ W, j2．3 盐基度问题
; `, T8 |8 v! q1 Z: o& e9 E6 ~盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可* u! a r3 F* y1 n
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳- I0 H& g& l1 ?" }* {+ {
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考" O9 J' g/ W( y9 [9 H
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
% K/ |$ E+ e: L- d, ~铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前) _! ^3 }6 E/ h! l( j! S$ l* B# J
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
2 q3 B* \7 `( O1 Q. _& o" m2．4 重金属等有害离子的去除问题
: Q7 K1 w- W, v/ a" } Q# W8 V* R某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
9 H/ B% I8 E5 H' z: u! A' m在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
' o5 K5 b! L# d# M害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑# @& W E% d' @" f0 D/ K, d+ e
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。/ q' S1 X; g& ?" ~8 J# e, i: L
2．5 盐酸投加量问题. `2 g3 o/ v* f7 O" d
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
$ {( x: H( r2 o, U6 K: K! k+ P业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成2 x/ q1 O3 o, {+ r; U
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶0 B9 z! R4 \+ f2 q- G9 ]
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
2 C7 z4 A+ ?- V% ^题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
! I, K6 C% a6 q1 u发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数# R% L9 P' t% C; l) ^" W: i- a
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率: Y1 s8 \8 N( @! F: f$ b
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度0 W- o& M5 R3 W$ G, y, C9 x U
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
) L8 p+ e- `. R; w& A3 结语与展望0 a& P' {: l, V8 E9 C+ v3 N5 C6 M
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产( `3 T# D. b$ k) r3 N8 L
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水" Z- m! @+ w! \3 c- z
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
0 H* C M5 {' O有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产% P7 D8 _ W; t( ]5 ^& j2 k+ T
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
\, A" p _6 E品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来0 q. K# a* R! P4 T( Y [/ P
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利5 { ]) k7 m( `. V# ^& p
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用1 l7 m$ Y: L0 ]- Q9 C# @+ v; P7 I4 r
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
8 q; y4 \- P. z4 m& K* b氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
% `) M* L7 `5 ^8 n$ {8 q0 h含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业( d" D- ^, \$ f
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
( Z! k) N4 ^% u4 j, j应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
' ^1 B6 c! n1 V) ?( U1 H聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，8 G0 ], ~, p7 b7 E5 M( e
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向% B3 g5 Q; S. c( c8 O
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
9 s+ c, {. n* F- P" ~5 z! d配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
$ k0 M0 L3 y/ b) I f# ~" k剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
e+ f8 a) T2 v: p# e7 L; p围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
+ v$ u, e7 i, f6 B/ W$ a6 Z" W子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
# N" h1 S3 h3 ?0 F. [PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料. C3 ?4 E, h' {
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
2 J7 a: X; y% k8 c+ k" e工艺，必将成为今后工业生产研究的热点) K+ d! ?4 V( Y8 ?5 n! [$ ]
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1 ~2 `' @% @' M% V9 I$ U. v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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