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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾' H3 y9 P3 Y" {6 S, h
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)1 {5 Z/ r7 n" r. g" S
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固. p6 B5 @, i* @# S2 F: U
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
9 W/ w% \# S+ D5 R7 z, ]' _2 L理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用, s! M( [2 u1 j' R
水、生活污水和工业废斜管填料中。
: L' L) r- Y3 |) ?* v& H/ Z0 ^/ C聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
2 v8 j. `/ g9 z4 a: j& @; Y( j. E凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
5 q# x. ~/ ~. y( P( I投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
6 d3 E; ]: J( `, M最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉1 c9 {8 ~5 I6 e9 ^1 r
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH% n, X: n% s6 H4 Q# _2 x
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
" C$ N8 g1 s- |; f1 X. Y从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研; _0 U+ }, A5 M5 E5 b
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
7 G( T1 i1 U8 D4 q了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角0 p/ W0 B. `8 [4 `$ H0 v
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
o' W! r# p% @% D! g6 `, b和探讨: K4 {0 C5 T8 C1 D6 A7 k$ E
1 聚合氯化铝的制备技术( B9 f$ K) r/ {* c' `" A' h
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料$ s- ~" L* ?% u2 O9 T
1．1．1 酸溶一步法1 \1 y8 S0 }2 ?, O" V3 Q
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
+ {3 u4 K- C6 n0 ?在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
( J; }0 g5 O& s! D$ C放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为: v7 f- a3 ^. b: E/ x# s0 K
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
3 E) J1 Z; z, l, s; t% u0 V5 F. z% ?水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放5 X C4 X$ |* W! H* D. E& n! E
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
9 j! W+ g2 W# [/ r1 X$ ^- p, S不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
# U O- n" N8 H: K5 g* O3 y3 C* E1 H至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺3 _9 b- E. Z$ c; J
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量' J0 I( ~* L# Y: L5 |
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
. [5 w! ]$ L2 e9 l8 D备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重2 x% b" }3 h+ m8 I
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?7 \+ E4 x' c; g! D5 B. Y8 R0 V
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备9 [1 e6 h6 v0 e3 t/ g
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚' x; F3 X( D: t) }) z/ z% y
合氯化铝标准溶液。! W3 v$ a. |8 g7 {3 e0 e0 H9 R
1．1．2 碱溶法
3 Z4 R. n- V9 H7 j先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再8 Z1 {* i% [4 I% G: ]: o) q
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法 }/ r, l" D1 b
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠8 c" k& U" l; G- |
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业! R/ G3 }( H( b$ r* h, }
化生产成本较大
6 Q5 h* g' L. c+ d& f1．1．3 中和法' G% L7 \$ D4 z- h6 k3 `% \' F
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别' Q# t! W- {4 g6 q& P' ?2 I
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
8 R G2 x( h5 y& |" F" J( P$ {# J制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶/ X7 ~9 x3 g# c$ {% `% j! c
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
8 t, f% r: D# A3 r; D, {! K铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分8 L6 m8 V! c- F
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再/ s2 s# O! e2 u5 u/ r3 Z
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得- n: w7 D% ]# b& `# _( e
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据1 Y! [8 C x* `# U
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
/ T4 O, J; P9 g2 }# R1．1．4 原电池法6 P: t |7 G6 j* }3 \
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
& h1 }5 s; f! M" P% N2 ?化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
1 g8 S" }- G' C( w4 L桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属; x1 T! ^# ~ s' F
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
9 Q$ j# ]- Q+ T' z" [ l& ~行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
( d+ U6 ~% }7 H& t生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
* b, s2 [2 ]/ e$ b% t+ h6 T& |拌，大大节约能耗 ]。
* C- W( B: [, h9 n1．2 以氢氧化铝为原料3 [) o: \& V; l, G/ o1 N4 d
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的2 j* a4 M$ ^8 Z& H
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。) O( A6 @: v$ a, z5 t9 r
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普8 I, w+ s* E8 S8 s5 X% U
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
1 F& M$ p: a5 H9 l0 t8 r: H! U酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度, [% V: r$ e! W& A! ~
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
" {% {! B6 [/ t$ O; v提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
9 Y) ?7 e2 L% X( d3 ^6 O9 W钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
g2 H) B/ B5 m& d4 j质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制/ P0 u3 F$ x6 \4 ~" t9 q0 B
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
1 h2 }% o! R. P& H酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
- G+ {: i4 O* Q6 x. Q化铝。: R- G; Y/ J& x" Y& S- o
1．3 以氯化铝为原料" o& o% c( j! j& r3 j$ O1 x3 A
1．3．1 沸腾热解法
0 b$ H5 ]$ b% E" B5 \3 C用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出6 f, K& |6 ?! r' Z/ o- p/ ~
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水2 k. n7 Y1 {# h9 q8 `' D7 w
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚( P1 D: r& z# K$ x2 ^9 O& P$ b
合氯化铝固体产品。
% F' }5 C( i2 h1．3．2 加碱法
) {. M1 m1 J1 G! K先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
* |3 g" ^+ g. x. s* L' t: Q$ W3 c强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，; D |$ I' ~/ a C
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
& q! D! ~, B ^6 b3 D$ \$ c. ?品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
* W4 H2 {7 D5 F$ ?" _4 f- b- i; Y4 l品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
% M h( Y) j4 v; C9 e8 k* i. W通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
' y% J! M% M$ W) s7 ML，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
9 H' n4 r# B {* G道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到3 a+ K4 p6 d0 Z. S: ]
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
7 }; k$ b) j8 V/ e' p. ?$ v9 ^量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
! {; y) Y# X% U/ p; p2 _滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘0 q/ ~, K2 h S$ K! w2 L, U
量也不高。
6 }" y/ L- p8 j1 p# s1．3．3 电解法
" P5 Z2 U- S/ t1 c( k2 X [; ]) S该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以* L3 |, a5 {: ^; s5 G: R) ^% P- t
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在 s1 Y5 z7 r1 `. U
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
; d9 ^8 x& Q( P5 f8 C. b8 E' C, S, ?等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
7 A0 p8 x/ N4 p. T0 Y+ `氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
0 d% v9 j( b7 X8 B; W锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且- F3 H$ M% _# ?8 t, C' K4 P: X: f% M
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
) ~8 k2 e% u4 Q$ c9 V倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解9 m- J7 u5 d4 |* q7 H. R& ^
过程中的极化现象。# Z. I! L: A% D" v A! K
1．3．4 电渗析法
8 b1 _( G# ]4 s% ]路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
4 A, F8 e/ ~: K# A液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁, `6 O% Z% J$ I# p5 S5 n
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应' z! D0 p4 O$ D: |3 p" ]( [
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
! I% }5 C- M1 }" N$ v0 D1．3．5 膜法
& k8 h) O+ D: H. x5 p; h该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
: G& t" A- `: N: K! W3 o$ ~$ U, n化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液; Z: c& o4 ` p0 N' I
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
; r4 M: |+ ]3 c5 \6 RAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜 J5 w4 _( ]- d5 B7 G+ B
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％- j2 g- Q( l! l1 ~
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化' s5 S! x1 x' h
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。' P/ a, Z- Y5 T# k2 g' `0 K i
1．4 以含铝矿物为原料# p3 o8 D: S" y: X9 b8 R
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物7 ?& V2 @$ b$ Q. E% b
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
9 t5 Y- J- v0 _: C* t4 `8 u( x要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这$ M- B4 x9 H) t% l+ [- K0 u
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
- s* {7 m4 S- r; X' C( I般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等$ q4 E4 S1 T4 a
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
$ {, Q" n; H M分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二8 r2 T2 \! K- Z, o8 j: w% j1 h
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为: O% b7 T; m& s' R, N3 g
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，# _- j2 y) n) ~
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
, N# j+ S/ d% i1 ~% |6 l霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚! l" x, m0 Z1 b
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物# o6 T0 }4 @* X! {/ p0 B. ?
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
# L; ~* G1 j; G1 H1 }0 H2 a `2 P酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
* \6 ~( ` j! V M/ [生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较7 w6 m0 k# i" N, k+ M/ C% ~: F
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残+ P' \! ^, M! @7 I7 R
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
" v2 @0 V R6 ^- k# b4 T粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
+ G. o/ o* d2 t对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
U- C5 b: R) b# E: g' M: h) e种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸- {, F: X. \+ N3 V9 T) D# b# S
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越( O2 l# @( E; D
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
' l- p- U% Q1 S' L: S5 A- r20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
6 s4 l3 G; Q5 Y! l9 S氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，9 A; J. Q2 C- p' {( q7 V, J; ~3 E
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝' p/ e8 i5 w: q5 Z# y u
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于+ G+ b* m$ K h9 C! n+ r0 [
30％ 。
! X: e5 W9 y, f9 C+ ^一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法/ ?, d' f! [ _% @* Y; @ p/ }
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
( T( J* M- ^/ }( m) W* F: B需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或" i( D, J' Q& }: I
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠9 z+ I( \* L. q% h6 {0 M3 a' g
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备& E4 u9 w2 ?9 z* Y1 f x
复杂，成本高，一般使用较少。3 E9 I5 q) y0 Y1 K- v7 M
1．4．2 煤矸石# S+ g6 e( \# |
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃* H3 G" g4 @8 X7 m0 }/ F4 g8 [0 r, u
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
/ P# g, ~& M- N: B# W$ p9 a; j增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
* D5 ~% C5 D- a料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
# R0 r3 ?0 z% n/ F: d8 A. x( P且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
, b+ C, ^$ A z, G数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和- R& g0 J; Y" S9 m7 W$ y; r8 g: m
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
3 N" @$ q8 I, x' J6 e5 _氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，5 s- `3 q0 b% M" E5 a' E
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
/ L! d" U" ]4 c) p, S经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小+ d' v, `! l% w! v6 U3 c
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当, Z$ a5 v) P( A4 b" B, \# _
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
( s5 g: R/ v/ j结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化- p' @, |5 T9 G5 q+ |& L
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐$ \( r# i+ k' \7 m# l: T
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
- o5 d8 U9 D2 s6 E原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。1 d6 \2 X- Q6 j F
1．4．3 铝酸钙矿粉
4 N7 \! N5 M/ D% l7 W! V q铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
& C) {" ~1 c9 L煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的: l& d! A5 t4 X
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
, ~4 M: ~' x/ _( ~(1)碱溶法
" {' @, Q5 G9 V- ]- \% H用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
( f9 P" ?) H3 d" `; P! H液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
% _% P8 A/ M( H# O3 k7 T" I& C% G在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
! ^- K; M# V' L2 `5 i! ~5 Z$ M值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
! u+ |( A: ]% S8 v& m反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
/ P. i2 w! a: C) a* {1 `形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
$ [7 X1 X5 r5 g加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠2 @2 X. F# `* [2 R( E, ?+ ^
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化1 N* @" w& P( c( \% r( E a
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但* @- a* @% p5 D% ^
生产成本较高[19]。
/ S8 L% T' S0 |2 z- d. d' W3 t: j(2)酸溶法1 e' X3 J j+ |7 _* C
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
; U8 O! p3 g8 Q& ]! l6 N& t8 G熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简9 t. ]9 F/ j C& v
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不! r' b! D0 F0 M& ^3 {
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常- h" o, Z7 H* S
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，4 I. I: Y) S+ a; R( i: N X
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
9 L4 Z6 [* g1 I" z- s氯化铝铁。( q: H: s3 w* J8 l% A/ G. C1 n$ `
(3)两步法 b+ r1 V# `! E" F+ o9 O* b# x
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
5 w$ w* [6 r1 Z, M) P艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
, X) d8 u R6 d% x0 G( U5 Y! @6 [. `比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
0 |) Q* X$ ^+ [) }' b把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
0 A/ E! O# }1 p1 V& \% `& L这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常- W* @' |/ c8 h' ]; ?
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
/ T8 [( g/ b; m8 ^4 s! F4 ~/ j% d铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回6 c5 e, s+ {8 z' N1 L" Y
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝% G7 R6 q5 H; P4 D# s" z2 K
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
0 W+ U+ F; t. m' ~: x- r铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
/ b/ N- S% s1 |9 r- q1 t# Z2 P合氯化铝产品。
; T* ^, O7 X# R, J% b1．5 以粉煤灰为原料) h- {8 s- n0 D2 P b2 M* o8 I
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体+ h' E6 J- O1 v: X+ g6 M: V" ^
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
5 E* `5 I3 K' N, S: w6 t! ]3 ^" O活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
4 k0 [5 o/ Q" W. v. y常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
4 n9 r6 I& l& J0 F# O高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有, p4 |/ p0 @. B; E# f, n% U6 Z
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
3 m U0 L+ j+ T0 q: g1 T3 z溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
" d5 {1 _. k5 v( S+ o. D用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用' I- D5 P; i* ^! e2 x
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化; I9 A5 @. ~: m# o9 i
铝产品，据称能耗低。+ V5 J, j" L" D" d. N
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及9 L$ q0 u' v7 D" X( ^' C* {/ G$ M2 M
解决建议- V" s' m( n: O. R/ e0 }& d
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随1 ?/ `) O2 m" J+ A2 D
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国+ t% M! ?8 M5 o. ^
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，; ]2 A' o6 a1 S3 F2 E
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最% I7 X2 H O; s: w- n
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者5 A3 e; u8 Y* f5 `) z
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方! ]$ M* L1 p. E$ D- @! @5 L5 l
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
0 y E( A" p3 T& F! N. {# k0 x究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
0 s) M7 W4 \! m" e) U4 M3 ~反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、6 E J" [3 P: \7 U6 |
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
& m5 q# R5 ?4 r) ^. w. d: Z6 H子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深7 ]; O3 W& e4 B
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在0 E. P3 N5 ^1 E/ u6 u$ w2 N, k
以下难点问题2 K$ n, J- \8 k9 Q1 i0 o5 o) }
2．1 产品纯度问题
. {" f3 D( B) j3 c6 D氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通& t# ]/ j6 o8 D' d5 n) m, V
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我0 I. t0 G' {+ e; R' }- A' J4 T
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
% c6 K9 u+ N- R( z6 z1 r0 x产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝3 h& O5 q6 D! v6 A( | ?
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产! X# A9 `7 M$ m3 P* i1 t7 x1 |
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
( N; F" M/ C! z- M3 [! \& f( H铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝( s& G6 N9 M. k& S6 g' y
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需3 y( ]1 P6 [: i. i! V) v
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝) s$ W+ `1 D, A. S( m3 d( a& S! D
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
) C: i- K4 F3 m5 F; x一% a9 C6 I% O- `& Z5 u$ |" f* q
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
% ]( d/ J0 D5 r% b+ i广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
6 D( j0 i% d3 q3 F7 C8 Y1 Z' y% x产品开发力度。
- }5 U8 N8 Z* k- e9 r: ?2 `* @2．2 不溶物的问题
1 {. t' [( U ~( k" p' h7 D: a国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了) M( U5 Z: H6 A7 y5 v m
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
1 p {- _) f3 k矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
1 o; _# O& f+ U7 A4 _! ]* w: u8 H成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
; @7 f+ }& l4 A4 F% p1 }应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低. A/ P5 f6 T$ a9 v8 m, V
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
# i' `4 N+ l- F: U/ L决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效/ _& R9 ?6 n8 o G. o% @
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择2 K, B% ^; a9 @
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
! ?) t, G0 \- e! A$ ~5 O$ }) G/ t9 P$ I自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
! B, U' P5 e( _' `7 I& M: v小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
: }7 S' e) k- c9 a* s1 n) `高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，; C1 ~, |/ d3 T' l# Y' f
通常会取得较好的效果。
0 |! }; m+ z. u$ D2．3 盐基度问题9 E( C \3 h( V- t
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可4 L0 @" @( v Q% x2 H- d
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
4 v* ~$ i! q0 {% ^; T酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考, K1 f7 \8 e3 r6 Y& i
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和7 b/ m" x1 Y5 X& [' c0 n8 C# o. j
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前% ?. l( K* Y8 r( Z
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
+ ]1 `& J- [" d y% ]8 f2．4 重金属等有害离子的去除问题
5 u* L& |; Q* h2 y% P, O# O; }7 W某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以# ]' Y+ o' D d8 L! u6 I& N! x
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有/ x% Q9 x3 U% A+ Y2 M1 a/ e1 t
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
: v U! B5 c, u2 n+ w2 ?置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
* N& e9 K0 }0 o$ q* o1 f. e2．5 盐酸投加量问题
0 \2 i/ V- x, w$ z4 ?1 ~制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工6 y* B+ B+ U) O; H- v; y
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
N% c' \. r( P本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
# K- s) B. Z' ?: p法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问7 I( m0 g1 D( Q e0 f' t
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥: X j0 ~9 x2 O6 x
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
& o9 e; { z; X' O4 V2 q# G1 l通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
% B; ^6 Q+ J. F K7 K低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度7 }6 T0 u9 g1 r" T
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
# o$ V% E, t `) U" u- D5 G3 结语与展望6 H- k( t( W" z& K' p: T
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产5 r6 p& u i* W- l, ^7 o% `( y. [0 p
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水- n7 ^- P/ H$ m& j% j+ f! z
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
7 ^9 y* [5 k7 W3 o) G有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
& T6 N9 H$ ^% r; q# [品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
( M& p z% I2 y6 ]4 B, G7 }+ J品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来# @6 k7 t4 M* I
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
, I$ F1 v, Y7 ], ]& g+ p; W. d( Y用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
' w8 ]( p6 C A此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
" A- a, V) z9 Y1 I; U5 f" @氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用# `" l, ^; d O$ r; A* F( @
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
% v1 B- J/ \! i. o1 @7 G生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究; q3 x, x! y5 o
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产0 n4 l' r# N# E* Y
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
' k, f5 Z0 B6 Z是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
, F% B* X3 W$ R7 p是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
3 v# s1 P1 c! c# V" U配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
' a# A1 X& C- r& [8 r6 P剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范! a: \. C# |9 G( H: w
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离0 K/ Z6 b# g; i d
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
g) D1 r$ `/ A9 E# @9 q/ h @' \PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
% ^- K; }1 K( q4 y: F4 m利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
# f5 r# @' o R9 b- L1 G: H工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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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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