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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
& K; l" ]. Y. r& W* U(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
' d7 O% `5 G7 |8 G7 C在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固+ k; w6 }) u/ U3 M
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
7 W! i1 H. I [0 T7 C" w理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用( z& c# z: J' \; \: a
水、生活污水和工业废斜管填料中。$ P' Q0 D; W" V8 g" W
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
% i4 R J9 R' c) z% Y凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代' ?8 k! h% H& E* J
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
6 n+ j `, |1 U3 N最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
; q( P- D4 i) _4 l淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
& E% t- g/ _2 ?5 O r4 C2 B2 G7 i值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
4 r3 q. m7 ~6 w6 K从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研0 f# t1 t7 s+ @2 @- I5 y
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
6 |5 t0 ?3 U: P3 d) J9 ?) M+ k+ @了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角9 P0 A" ]) S# P4 O" U; N3 O9 S
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述$ ^: f$ B3 @/ v! e
和探讨
: Z$ Z w& S/ W; G: v' e1 聚合氯化铝的制备技术2 r6 v. Z0 ]% f7 ?+ b+ S% J
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
& n+ S5 F, V2 }* ~9 \* A1．1．1 酸溶一步法
( `& M, n; m, ]1 Z6 F2 T1 y将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，3 o2 y8 d6 \& z
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
* d0 ?5 w8 E0 T3 F. l放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为9 g" v2 I- i" N3 A1 ~. G# K* M
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
* h: _3 r! x' p水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放! i1 P5 s% F" A6 ~1 }
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
% ~7 L- t: {5 s. P* X不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
; V- a) h. i7 K& M5 S: q+ o至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
3 _, f8 z; J+ k r5 w7 o简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
. X& {3 i- X& b* c- l5 k6 N* L+ h较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
/ s( D9 J% D0 f3 `% @1 o/ T0 d备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重+ |4 _2 L( ^6 A- e$ w
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?$ Q$ U1 B4 ?5 \9 {4 h
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
1 q- C& T. t' C0 N出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚3 c1 C! L7 U7 Q2 j
合氯化铝标准溶液。
4 p7 V! ^4 e+ A1．1．2 碱溶法
2 M) g$ {+ w+ ]7 I3 H7 x0 a先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
1 Y7 I0 N" C# S3 G! x9 J用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
2 W2 e, W" A$ T$ \的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠5 k" w* m2 _% L: q3 n
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业5 P' u% t$ s( G1 [2 C# j- i* F( p" } {
化生产成本较大
0 E. u7 j5 w" d9 k5 ]. I1．1．3 中和法
2 ~; ]6 S& }8 O% u; Z' ? ~该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
. K/ J: ]) N* M c4 v3 ]制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即4 |' `# e7 B) y9 v$ o
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶6 R `1 l( u& x/ O3 a9 v
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与/ u; s+ z$ ~5 M* \/ v# R: p) s: n8 i
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
6 ^, L: |2 @( F5 X I3 p, o q用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
/ x9 K. d1 ^0 v( S9 W0 S% ]& i7 M把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
4 v7 o$ o4 M4 P; j, A4 V到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
! a6 \7 K+ ]8 C9 f/ |称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
: v# \% Y7 E- i2 s" {. g! D1．1．4 原电池法
* t2 _. o# E' i3 n该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电1 `. N+ h4 Z1 v% I
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆9 _ b1 ]- G% \3 _# z" [
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
5 Z, v3 A: _& `' P' e& z筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
, K: F( j5 ?7 ?' y) D) Y行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产' p: l) r; ]/ h O
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
D+ t y9 o! _$ ^/ }- a5 q: ~/ k拌，大大节约能耗 ]。- Y' W5 k8 f' u/ b" j9 Z3 R
1．2 以氢氧化铝为原料2 V& Z+ P& }+ w, A+ `- e
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
1 E1 K1 @- Z) q4 R a: n温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
; ?9 R) T" u" D该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普8 H" g% r6 v3 n: n, T
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故* P A* i J5 _9 b7 d
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
v' P" m7 L1 e) P/ t! m/ d不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多 E6 }# x4 e# O' K4 h+ u1 |$ ^
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
6 |2 M; ]' S- u钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
+ F3 L3 O; L. `6 {( o; X, s& |+ A: U质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
) D0 p$ [: E$ O# M. G# `: l得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝3 r# R; v$ O) Q, C
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯, Z# ^* ?4 `# H( N3 M
化铝。2 {3 U+ N) `2 q; \9 `# q
1．3 以氯化铝为原料
* G( x! r$ z6 m) o. o/ Y; N9 x( w1 \: y1．3．1 沸腾热解法
' A! ?3 G; C- C用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出. l4 [( F/ z* b$ z
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
* I6 l# l& ] ^0 O# V$ j9 l) S" n搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚$ x7 J6 a, z/ B+ Q
合氯化铝固体产品。/ }+ u& x2 Z" p( e8 V# p6 v
1．3．2 加碱法
$ s& o6 ^8 {! T先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
2 R0 o7 o' @3 B强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
5 A, k _! e# W5 f( J& R& W$ q反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
' N2 `: ?+ t) q品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产/ e4 T" {9 s% a
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等& u8 k, |# b5 s b; x
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／* w0 i0 y! H# e) C/ Y0 h- w+ R6 X; _
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
U& a: ~9 h1 O8 D: U2 K, B道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
0 F/ K0 F# `$ A, C4 xAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质/ F" [+ _5 J: h! T$ t* U
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
; L5 }# c6 N( M" f5 v: W" j4 I滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
7 H& [/ B5 Q2 x8 R" N量也不高。
0 u; P' _# X Y: P0 P3 r' i; ~$ g: A3 h1．3．3 电解法; y C5 R8 L+ ]+ f
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
7 y1 z% ?% z9 o: c2 S/ l不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
6 ^! |6 y2 ]0 {低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
5 I: X0 F6 q$ p% M等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
/ h0 s) H: I z; R氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
$ B: |. P4 {1 q9 m6 n锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
7 o+ }! C; h' a$ b- H" b7 F. g可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的$ |$ F( N3 z) G- \( u) _7 k
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解8 ?' N6 V2 z, |; @0 E; R: p) R
过程中的极化现象。- P0 [# s+ m4 [7 e
1．3．4 电渗析法7 q4 J2 _# `8 O- C, ]" \4 f
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解0 J v+ ~/ E7 U: Z* J$ N
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁* y& a8 j" B9 p
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
* S; B( c b6 p" Z, H. o0 c室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
- y% x+ [# L# J# l) [& G1．3．5 膜法
% J- d) U& c% ^' O该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯6 Q5 u' z r! w5 ^* G
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
* ?- o; l& A7 I5 \) ~4 v: \通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
; q; W; `! n( }; EAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜/ G5 J" n; a. U
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％' k8 D1 i4 K/ H9 t. M( ^
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化& o2 x1 k" U1 ~" s% Y1 o
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
/ F! d q4 |% @& |2 e1．4 以含铝矿物为原料
7 c( |$ p5 V' m6 V$ O- ]' m1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
( l) v- H: ?7 N }. [7 J9 J1 _9 {: t铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
( a9 D1 e7 `5 Y. j% t* t要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这6 K! o, p* ~, F N8 o
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一0 l3 r1 J- n9 J7 ]
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等0 ]5 S& p- k d! O7 r9 |
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
* K" E; Z1 x8 w- u2 G+ p. L分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二2 h/ _( `/ u4 m9 P! H. O- }
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
# }5 P, p$ {* ]9 t) [" I丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
5 g: D+ d& r! E, R4 \) i' \可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。9 a2 m* h0 i' q: x/ I
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
/ z1 s* B8 e/ r/ b# F合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物' D& i5 D2 q* g% P
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。6 u" @$ ~) G8 C. k1 n, U% D6 g1 D( w
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
8 I. D& C2 O O! [' j. Y5 U生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较+ J' ~& Y9 q5 r3 s
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残3 x! J) @+ U! z# U" P$ B
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
4 d- F% i2 Z3 b; I, b粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
. G2 e( q Q; N7 S V: Z对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
8 ?* i( C1 q: h4 w" L种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
$ ]: g: Q# `0 a4 O; ^溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越0 {7 X/ G) C1 K. [ A3 M# a) }
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
8 H) F, A5 S8 C+ L, k: z1 T/ r20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
- R) P* }8 q/ K1 X% ^9 j氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
! Z7 g6 D `" \. }+ a氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝$ ^( \5 U, B T
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
|9 R9 y2 Y# N* R30％ 。, o% G+ Q5 |; x& `9 l4 S8 U! }( }
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法1 y% F" U, A2 `/ g! p! v
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都5 j1 l7 G5 t9 j2 C0 o0 `
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或! U, ]; b7 g4 u9 o4 i6 D
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
: l; a" n0 l- {和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备* ^. H4 F T/ r' |# f. m1 N- _
复杂，成本高，一般使用较少。
, B% h! q# Z1 u2 U5 ~1．4．2 煤矸石
7 R, ^0 Y% J( i/ E7 R& K9 ]- c煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
T3 n) ]) e+ `; d& _; M* L物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧9 `$ |0 u) ^% J0 `9 u7 {
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原: Y* J" R3 R' g6 O2 a% Z1 G1 A+ ^
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
A- `; O$ }; t, d1 A且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
+ J$ o/ b5 x0 c7 {6 r数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
/ N' H9 c. W! U4 Z5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
" i) h" M, S2 @氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
9 v) A* X. S- m4 n% V1 W0 [$ D' `已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石; T3 f: X# s5 G6 o0 w a
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小/ r$ S/ l3 b" A; h. N; p4 g
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当: J( @8 J" ^" m
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得 ]# m T8 l* D" `- }. M$ I, p: K# y
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化7 M$ [ ?7 o3 ~- O
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐: Y, r% ~9 W: ^
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
7 j5 g0 z/ b% P* W原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。5 \8 _) S A; t0 I, O. K* X8 L; M* B
1．4．3 铝酸钙矿粉$ W# T) }. b' t/ B0 _) W2 o. q: P R
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温9 U4 Q1 j2 ~/ T6 ~. I$ F
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的 k d7 _* q( s" C0 Z1 W0 W
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。4 c& N+ D7 l- i7 o9 x2 v' K: ~
(1)碱溶法
& w& g& x0 J6 m# y4 Z7 j5 |) B用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶; _+ _ t# G G% ~
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后+ Z0 x' x& ]% f
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH% V/ N- Q# T$ M4 Z
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
# b+ b' w: A* I7 O$ V反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会: s+ r) l7 |( I1 |
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
; l+ L9 D8 E: e1 T' f; X$ k& y, U加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
+ M. ?, u: f+ ~* U9 c. m1 L1 y状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化1 r6 z6 i, r. e$ p* p3 a
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
' r& K1 ]8 v& g- D! h8 r" U- c) m5 t" Q生产成本较高[19]。 s G* ?( _% M2 @1 z3 Q1 h. v. q
(2)酸溶法6 ` n& z" J. I# I# y
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
4 [8 U% v3 W; B( i% l熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
- W) {6 x. v6 b- g, @" M单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不- e7 M" u; z2 ]! \' ^
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常$ G1 ~' `) k/ t5 G
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
# @8 Z1 c0 @; z8 W铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合( B& g, N& a( |. U( q* W( {; N! x
氯化铝铁。
: p/ K& b7 a' M9 N2 s(3)两步法
8 o* q; R# P7 A3 {0 p# K/ G% s这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工, [1 p- W9 j; X. |8 C
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量6 y# m+ o [! b
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是# O- X, Z& e' Z& Z: ~$ ?
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。+ W# h) Q6 L9 z) Q. J$ m
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
- N5 f- I/ w0 ^' p$ k, E2 `第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
3 X P/ h3 N4 o' E7 u1 m' V$ I0 C铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
; x& `) Y8 H* w( i流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝. V. D( O9 J6 c
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化9 |2 |3 @# k# v
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚* ~+ l8 _ Y! r, x
合氯化铝产品。
% ~8 i9 c" u1 c6 T# I/ F# E5 Z1．5 以粉煤灰为原料
6 L( F- i0 T4 q$ v" d @; D4 C! ]粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体# ]0 T4 E+ {* M* W
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
# r! b. l. [) x6 y活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
! g1 t1 z: K9 j+ B6 O' T8 V5 U; ?常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
9 q9 P, a' t- M l8 V* k- l( V高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
& E: z% w2 A) U% R* B3 \! Q$ u人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸7 f5 I' m! r" Q9 G+ z2 w9 i" V0 ?8 Y
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
1 _; D) x# ^; ~! E w- p用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
* ~9 Z/ Q3 u2 W( m/ k粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
) d: o7 t% G2 p: o" Y铝产品，据称能耗低。9 O) x0 H& }+ ]* }5 q
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
8 U" Q1 |+ U' {/ E' \解决建议. S& u+ s H. {0 @: {4 l) y
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
+ h# R7 x. e+ ?& P5 _, T着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国& V& [4 _4 @6 s/ }2 ~/ ?
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，- s' V$ g; b; c" b
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最0 q( {* L3 u" Q& M
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
' \' X3 U6 `6 y* C: a认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
2 ^8 `# Y9 E& q2 {, q4 B2 T面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研5 e* I. T3 r7 K8 k
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
: ~$ X2 C" z7 Y% T5 G反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、 W) U/ O, r$ F2 u% r8 @
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
9 K2 ^* f8 w# w6 r+ Q* ? u子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深0 y- o' `+ l1 d6 X' C$ d0 J' j6 ?
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在; c, W E4 y' f
以下难点问题$ n4 `$ g6 ^! d
2．1 产品纯度问题
2 ]$ h( @* l! Q0 f1 L# X9 w3 Z! D氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通( d# k2 P5 [% G q9 V5 ], |
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
3 K2 [. a3 F, l7 ^国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列# @: q. v4 e* ^$ S S
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
" T( w* U- T* e t+ y4 x酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产" g' ~7 m( ?, \5 @& ~" ~* h! t
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化5 P6 i6 B& d3 A1 \* P! c! M, p
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
5 T8 }2 _; @ o5 [6 h* |盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
- c$ M( B) d' b! o- H; ?求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝2 u: N2 T( @9 B" B( R! I0 o
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之2 N2 C- _1 C' \( y4 Z* M
一 h. |( _ {( X6 j
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推1 J" c+ h. K( ?3 m$ `: r9 m
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新% M; }# d$ w. _- i
产品开发力度。
, X/ Z; z: y j2 A! i; F2．2 不溶物的问题- U& z* ~. ~* m* V5 o+ L
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
# C# t$ o! ]1 Y# B0 S+ k; ^明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而' t, o: J- R; n a- I2 z3 L
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加- E* f: l, G) K
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
/ W( {. |8 q/ j. |应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
4 s4 m2 e8 `6 ] q; M+ I" Q不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
8 @3 }- S( c$ x( M* R决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
1 f4 F& n; m: a4 y# @: g果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
X* i& z4 }& L& D. ]也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
* n7 X' S: J, j自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积, w. q9 g' ~. ~4 D! W8 ?( J0 W. [
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗, p: n7 o' o4 U% F8 n
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，8 T; G1 s- _" S2 ?. u2 `% v9 M: s
通常会取得较好的效果。
& V" U' z# }( }2 v! X2．3 盐基度问题
% L4 X: i9 M0 p) W1 s5 C盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
) D3 S6 O% _0 e% a( T4 z在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
# e, s8 e/ c2 `# m酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
r+ K* Z( A- q [/ w, p- o' E虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
4 D& M( o/ c) \/ p/ f; e- ]+ g铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
' l$ s3 P$ f4 m2 T国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
m. W6 Q2 e6 a( E6 n ~, V$ I1 s2．4 重金属等有害离子的去除问题
% E9 E7 f, H2 j3 K某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以* X% p; B q8 F# X) R
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有1 k+ n0 e! b( ^6 P h) Z( t U
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑% c: q& @( \4 A2 P8 B
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
2 F) }4 o- D v6 G: Z+ v! S Z2．5 盐酸投加量问题9 @6 ~4 T* b6 l( N' K& ~
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工& T7 ?& A6 ~/ e7 V
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
, e$ ^6 s. }5 ^4 D本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
2 c: V- l2 i+ `" M/ M法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问( N3 `; ^+ O) g
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
2 s6 A$ |1 z- w( I7 I) M7 O r发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
% k* u# ~. h; L4 z; _* B! q通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率; h# L- W4 o3 J6 A! H
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度# b; r: ?1 t9 H3 G2 q* Y# y# \
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
0 N1 j! T9 l7 p' Z8 j+ Y& A3 结语与展望; J1 i) S- s' C: [7 X- T- C
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
_0 |5 l* P/ S1 V: B" r品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
8 C( v) B) ~, ]8 N6 Z7 N5 a处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
8 E# R8 X! a6 T; B% u有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产$ Q! n( G$ r7 L
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产8 n* P1 @. {2 J
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
7 [. z5 b$ a% G- i! ], O由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利# t+ I/ G* E' P+ H* k% [- x1 {2 w
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用1 a+ I3 l7 h% `9 V% p& ^! }3 {
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
P; D8 ?# p9 I7 S氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
- \& F0 h3 n2 @7 m) h6 ] x2 w含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
9 c5 d, Y9 l O& N1 V3 y' d, a生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究) \, Z" l6 A W9 L- s( ?0 Z4 c9 J) k
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
3 h' s' C8 ]3 a9 d聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，1 d9 i9 p& k! Y, |0 y. a; v
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
1 f5 ^2 I( Z$ v' Y1 b是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复, M9 i, n/ V/ m2 ]" s* v
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
8 K2 e* J- X, h# v$ i2 F剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
, {- g! O; @7 t$ r. R" Y围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
' c, o: ~$ ~- b/ t+ k( h/ M! ^子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内, ?9 [( m: j% e* _6 z
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
& J5 a# H9 |* f) S. \$ K8 e9 H利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产1 ^) u( k- H) E; n0 L
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点/ W5 o2 ^) K/ x3 r5 v
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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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