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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾( W% a5 x; |$ J
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)9 |4 k5 i8 U0 E0 f
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固5 g2 ]9 X9 w/ G4 X
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
$ B9 C0 U! z5 ]. l7 T/ O理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用$ K8 ?9 ~! o, I* \6 n* ]
水、生活污水和工业废斜管填料中。* _' f* i [% P" M4 l. p8 @1 E+ P
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮 e& Q5 A: o) }. P
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代* s! W- r- \2 u2 ]) Q* t5 v- l
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量& q& Y8 O4 q7 g2 H7 \$ g
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉; x* c4 f) G9 o$ }8 j. y
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH; g: {# P/ X1 _3 v1 R- Y: \
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国# H% m: c8 Z; \( ^9 [* o1 g
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
% `7 G' }0 ?/ [. c9 j" P发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
) I) \" k w0 N& i: D4 |了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角* q y) l5 s' j/ K' |( r b/ ^
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述8 s7 c. `; E$ i- w% ^
和探讨# g; a, F0 B, M! {
1 聚合氯化铝的制备技术
+ [7 v! P3 p# P1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
" N3 N7 t- N$ l) S# b/ P. j1．1．1 酸溶一步法
7 g; l9 a- U4 H将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，) j! r5 `1 V/ Q
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．* y8 S" N' Y& p+ f' {, @( l A
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
" Z# ?/ `/ {- V5 a( s0 a8 Q放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，' ~4 ~# r' O t, y
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放4 z E) Y. U% |& u- z& t7 Q. R$ @
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
/ e' }/ K; @ R H, r" F不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度' S% T( Q. e# u) }. E
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺% h: h3 F3 g2 d: ]) N
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量2 N: R3 h; }$ X
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
5 [2 x5 P: k9 [% }% N( I备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
7 C1 f& f$ J4 s2 H金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?6 z8 x; N6 }) }, c: U/ ]* L5 R
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备6 O* g/ U% v% S& N, t! l% F7 X
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚# \; P6 M/ r; W! `) Q
合氯化铝标准溶液。
" y2 h7 i1 v" p" ]4 d. b9 V1．1．2 碱溶法
! D( a+ x+ Y4 b先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
: K+ a% G" W. w. E9 y6 p2 O用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
3 T7 Q& \9 K/ q% B+ o4 S0 [的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
. v/ X9 J: j* y( @6 K含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
; @( r p5 X9 A& O% ?2 l化生产成本较大
6 |" ]! L |( C5 A6 U3 m q1．1．3 中和法
4 V: G$ P! Y! s& b. H5 B; e; x; ?2 [该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别( V. q7 k. V' @; M: {' T2 D
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
, I4 @0 K! f0 \ N9 r, e制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
# G5 n+ u; |1 h8 ]" @: w物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
" n- p. V) w* y! B4 D! ^7 E& l铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分 z" Y; |) s3 c# J& [
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
1 C! G# Z) ~ b3 |: j& o1 c把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
( {; E. n* i% i4 \$ v2 @到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
, K+ ?3 d% h: r8 G称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。4 }1 i& s3 u& g5 ]
1．1．4 原电池法( z" W: p( c- V) B* c7 P
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
4 p' k8 o' O1 @" S9 r% O& h化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆 r8 x0 _- G# Z. @# R: D+ E' U: Z
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
8 @3 B7 \5 i. G$ `# G3 h筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
+ O' Z4 p0 N5 w N- |! A" q行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产0 D, l" |7 A. m t2 ^" S5 L
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
6 y2 p* U* [8 k- c拌，大大节约能耗 ]。
; I X1 a" a) J* K1．2 以氢氧化铝为原料
: n* B7 U( H( v& Y6 W将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
$ g% G" O* M: s6 X/ z3 V温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。$ S0 |2 K! J$ N8 V, R
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普5 {+ D$ C% M5 G. K+ ~: l! b, Y9 s
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故: {7 x) a2 ]: Y- ?4 d
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度7 ~/ ^9 ^+ b; c8 f' H+ B! U* M" Q
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
& h) i" k) O5 U6 J( T$ u. I提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
! a$ s5 B) h4 _- H% I$ B钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
! T- [6 t, n$ Q4 _: B3 f' c+ Q质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
+ M- _1 k g" Y. f3 h1 I# C得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝/ U* W1 v. K1 L) ]% F4 o) ]
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
* p+ j5 J( X, z& C- X8 o- z5 s( _化铝。
' i, r, G' z' G, j. t; ~1．3 以氯化铝为原料( P2 z# c/ c% O
1．3．1 沸腾热解法8 ]( u" m9 G2 Q0 i
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
7 z- B4 `$ J2 w) @氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
, \; D" e8 l2 u5 j% x8 H搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
( `& m t7 }0 }- a6 E5 R合氯化铝固体产品。' G9 l3 f6 O S5 {0 n3 F9 J
1．3．2 加碱法) c8 y* y& e0 Z5 y
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
9 C" }1 p8 ?) P" `强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
5 c7 b4 j% }# W反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产7 e7 c% x f* w* p
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产2 K, z# ~ X# A; x5 ^- u
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等6 M* I; [) U% q& x& b
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
( r/ G0 Q2 ?; O5 Q! w4 OL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
( G3 i( Y& W$ y# K% j道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到8 U+ }7 ]1 Y( w1 \6 @# V
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
n/ C) M( @ B& S& E% c量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐# u# S6 J3 p K3 k) T+ j" I
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘, g# v& l% l0 I {2 k- y
量也不高。
# \4 _* G7 d) i& l1 h4 m/ C' _% \( o q* C1．3．3 电解法
! ~7 T) K( m$ s2 s该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以+ d+ U6 T7 F! c8 ?8 m, T: Y
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
3 [0 D) @# [+ e2 M% w( J低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉4 F, k* k1 h% Y) D8 B- u* N
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合& _4 y) V( Z" c6 i0 r5 ]7 F, @) \3 \% L
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何; J5 G! o3 N2 y# H- _1 i6 {# x
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
2 B' v, ^2 f9 `. \: @可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
4 k, E, r0 H- e6 |5 F倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解' i$ O7 C. I$ L( U" _% W5 v
过程中的极化现象。" o1 g' n9 X& r6 a- I
1．3．4 电渗析法* s) b. o5 ?" x! `# v3 y7 ^
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
" f. i, a3 |9 P' T( M液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
$ a( v6 U9 T; P5 V9 q. k' j/ z, [) c板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
, @5 e' U/ R! R! \: Q1 c9 A室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。8 G* s4 D# E, X" y
1．3．5 膜法
5 \0 v" A/ E2 c( X0 v该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
\! V' ?8 g. V( ~, `化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
6 |* \8 g' k" Z/ |5 m) e9 r* Z通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
8 _: ?" {6 @& _# B) a z- UAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
; t, G% }! ^% [$ `. ]制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％: Y/ Q: w- \6 r) f* t0 X& H2 J' a
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化; u! d( ]: w, s" w
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。/ d8 I% G. f! j# L( p( g' @- s0 a
1．4 以含铝矿物为原料
1 ~/ W; ^0 S2 U1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物$ k; a2 r0 W8 s$ A4 S* Y
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
6 W! J. @1 n. h- B% l6 k5 ]9 j要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这- W8 Q) p& d5 W" s# i8 l& W* D; _
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
+ E4 }0 v( ] j) v7 N' Q般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
! h5 x/ ~" P1 d8 H: @3 F' @! ~的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
9 j) ]: Q. Z# N! J+ c0 y2 p0 U分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二, d0 ?* B) E H6 @! d1 H/ X
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为1 G, k A' T: O+ S4 _
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
& L! k8 h2 d& M, R. S& F' E可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。3 N8 ]" B0 i2 G- R3 G/ c
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚7 e3 B d& u5 u P* C$ r
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
: t, ~# Z& _7 K3 ^6 e& o1 t一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。& U. `$ P- A9 A* ^) g6 |6 e% f
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
" _3 ~: l3 @8 u# ^ n% K+ \生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较5 y3 `4 r9 p' l' p0 f1 ~7 R
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
7 e7 H+ ^/ v) _0 z& X渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的* {5 g+ u5 p# R/ i, {5 o' x( t
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
5 J$ ?2 C# t! R对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石6 b- O4 U/ Q9 e; w5 O4 j* f
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
+ k6 d/ ]7 S% K; }9 a溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越$ U: ?, Z, g) }; L# o, G# g- j
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
( t: M2 R+ R, R20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合, y: L6 K! q" F6 ]
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
4 W* n4 b$ A5 P氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝, F& {/ ]! C( E9 I. V
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于7 g+ v& @! y* s5 R$ n6 |& F) E
30％ 。
0 t: y! f# G! I, ~ S7 f3 j3 ]一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
! @0 C% P8 N9 p2 d% [制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都5 g7 x- y2 C+ _
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
) j: ?! g8 G) l, {! J7 g9 J- e其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠5 d7 D# ` t5 k" D; B+ h+ |
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
# x3 b9 C& J6 U复杂，成本高，一般使用较少。
$ q. Q4 ~# h4 d, _1．4．2 煤矸石
' ?" @& ~8 w/ I J. ~. t" \煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃7 G. l9 `1 c j" O% N% b
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧7 B. {! i' q& g, Z# ^+ J
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
5 @# c& f) g% m) ~( |1 L1 B料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而& ]( g2 R7 C/ [- a& h
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分" @% z) ]5 x' P, R$ h4 E1 d
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和2 m" Y# T4 k, }. ]
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合) m+ P: W& R# I, F
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，6 n5 G' {$ b7 ^% d$ `
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石6 j( d5 [& J, U) J2 d" n$ [
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小6 H( h2 n) s8 X0 s8 Q1 T
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
, A2 V @& ?+ p( Y: F处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
; J1 y& s m+ f1 l5 G结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
) P7 F. S& T* E& ?5 l9 j铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
7 D# L; l& Z* k+ h$ }' W( V2 p基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
7 B$ T- j, n9 D: v) E+ W) e$ J原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
4 O w1 r) D% o* j* a% ~! I1．4．3 铝酸钙矿粉0 X. y, k1 C4 T1 A
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温1 w% L! N, h( s2 D& s
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的. ]; B& A( T) b9 M
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
' Y4 G' L Z2 T" E4 g- n(1)碱溶法
; a5 C$ m9 ~! e4 a用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
( v E6 [# L" {) m% u6 X( O. F h液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后, X# N2 o$ G* d0 | D1 l. X
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH4 t) O% i0 d4 x; q8 ~3 h
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止7 Q. w- i* a8 `# i# Z
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会) P! A7 G) \; Y5 h; C a# ]
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中, Z* I$ v! L! J& l" v% s
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠7 R7 _, S' T( h0 G# _! t5 Z
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化) ~. E; z) _ }8 D
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但 y/ Q+ w' p- e: p
生产成本较高[19]。
8 b2 ]% u4 \/ l" B* s7 P& |: a2 D- T(2)酸溶法
* V6 U$ g* R, [把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
9 b+ X) u: |$ ^0 w, \熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
0 |. x1 `$ @; l, Z( {单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不) c! v0 H: z! u9 |) K$ J! K
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
8 G( x4 R5 H6 c6 q8 ^. a0 ~不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，/ T3 [6 G+ f9 c/ D" h
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
H* |4 ?" \) K. G% S+ a氯化铝铁。
5 \1 K& A$ _, ~0 a$ H" C: }% F4 B; @(3)两步法
1 J$ @- O; e: ]( y这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
Y8 J( \, k7 h' |$ P0 o艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量8 Q' y0 K/ D; X J: D# `2 w- ]
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是5 O& M* \( B/ x+ x& v
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。# O: O# z g! p& N
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
% v q X. B$ b, Q, I8 _8 F* E第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化: T+ U9 O+ \* D- h' z3 y
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
- w } n9 a% S# A7 A3 S- C流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
3 l/ I, Z; W/ V- K0 b& F2 Z酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
8 P2 P, i7 T5 W0 M铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚) q6 w% D# w7 J# w3 E# k; K
合氯化铝产品。
! e0 r! i+ u3 _' L v: [) ~- j1．5 以粉煤灰为原料. [, J& K! z# }; P* }# J
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体( f9 g, h* h# O1 w
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
( p" ]( P2 z) P7 u活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通- z- k0 ^2 `/ s6 r) {
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
: T X& t& G6 Q/ S* g高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
g r, i% i+ @% y' Q$ [人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
+ J) y6 K& b) `: r溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再! |' J' B; P5 K2 y2 B* v7 d
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用; t: Y1 X: E$ k8 g/ U" H
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
5 Y. `5 z0 F! n铝产品，据称能耗低。
; i. |3 \$ l# f* d5 g, O2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及+ D' U$ k: [0 g
解决建议9 i9 {* ~5 d+ |
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
$ i) C6 u4 M2 m6 N: ?着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国% M. A+ E6 [# x( }1 {8 C
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，* s' A+ y4 [$ S) x3 z6 ]; C
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
, S# W& X# d; `0 z4 N佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者% M% a5 x6 D( A3 m) W" N
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
0 O" B" j3 y/ E3 x3 a面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
5 T+ ?% z: ?1 z0 z2 U1 ]- n究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
/ H! ?! y5 P; W' J9 y6 I. i反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
3 Z* C* b# {2 i- b硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
* i& t* e: X! {8 c) p2 H子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
7 F, s% B6 ~/ @! v. B入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
- o: J) b" }* H1 \- P以下难点问题
* [9 z- ]" \2 s' S3 @8 `2．1 产品纯度问题7 m; K: v$ p5 m* C" Q
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
. f5 z& e: r3 L' {/ M4 A常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我, C" C5 P! D+ m# w) S# ]$ |
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
4 ?- i% D0 ^7 t! }) Q1 }$ l产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
4 k. D8 F6 w. d, c* u! p酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
9 k( k' ?: M7 h1 V0 f$ {/ e品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
2 d* X1 C- G- Z3 M1 L7 l铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
. n: \7 W' T" w盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需( A9 L" o X# }& i+ [
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
3 `9 @, T: a, T) i产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之& R$ u3 @: |8 \1 ?; \
一0 W7 S! W3 U) ~7 w& f& I, `
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推7 Z2 P$ o$ m- \9 a; A5 A* n9 K
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新. L) y' E6 J/ J) u; R
产品开发力度。0 q8 T* k7 h4 a; s
2．2 不溶物的问题
4 u* z* z9 Q" |+ P! Q国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了3 C( c; R; d- B2 H/ P
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而/ d# l; C. l* c. o M# F
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
) Y# q0 X- h) ~成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相$ ]3 y9 v% s% S i% R( H3 T
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低- H" [1 e! _: B& Y/ A$ {
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解8 u3 y' {) t+ o' [+ E; F
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效% M. g: s' `* R' |
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择8 |$ W( f3 A- n: {5 c
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①# ?) {5 J. }) q/ m1 r5 E7 D9 p
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
6 ~$ v6 t+ u; _+ W; `. N小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗! a& p9 m0 | c; w e0 c
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
& }& m" }# W: i: i$ v/ h通常会取得较好的效果。( C; }6 ^; Z7 H$ G6 a+ Q3 ]9 ^
2．3 盐基度问题
& a7 ?/ s* R6 G) m8 ]盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可, e5 g$ j, X# i0 |
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
5 ^; t: `* y4 J1 H5 N, o酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
2 f4 x: c( u) t u3 `; C虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和8 P, A9 M0 f4 a# i) D* H! B8 U
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前( I, o, ^0 g1 O# E! j
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。" e% P4 j4 I% r9 Y' q# T
2．4 重金属等有害离子的去除问题0 E. f h' o' _: x
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
7 ?# m G- H0 a9 j9 f在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有- h9 z* M) `, J. ?8 v
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
9 r7 {& f$ `0 _7 y, K& F& P置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
5 N. x- A2 F) R& I- u; h6 n2．5 盐酸投加量问题
, P' W4 G! ]' }5 C8 l制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工8 A0 S7 g( G; r, R) B
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成: ^6 j" K# {2 _0 K8 D3 g
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
# c1 V8 {: V" Z7 ^2 b% P法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
, G* P. r- B& P' E& v+ ^题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥: g0 D' q" h6 x: P
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
$ f" q; h$ c+ `' n$ i) D U通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率( ?* ^$ ^0 Y/ E3 m
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度; g' I @0 B, L2 D3 N
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。8 |$ g* F& N& Y& [8 s2 F& D4 r
3 结语与展望
* `* ~$ K: d0 D2 X# n/ \- H# r8 [聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
0 U( ^2 Q/ G% @! V" Q品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水2 t2 ]) Y$ S! B& t6 ~# c/ y& B
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上0 v; F' N- }8 ?6 m# P
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
4 p% e( v2 r8 z3 O/ | a4 H* y品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产4 d: e& Q h) c3 M( \" m
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
' Z6 y; E2 j0 F6 R0 H由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利: J, o$ h$ H* u
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用 W' n3 s/ c; N2 c5 d6 p$ k/ w
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
/ k% X3 E# y' q0 g+ Z* G! X3 N0 K2 \, N氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用2 @* u7 t4 G+ @* A H
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业2 s/ l( w* W: j& g4 W0 W, n) H
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
# f2 p/ n# D! e应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
# k( J: [: x4 h聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，1 o ~0 [$ v' b4 V" C% A
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
" k( b& | z2 I6 A是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
/ F2 t! q: U1 e0 ?配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝& P1 E; K9 M( k; p0 Y0 B) I1 j
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
; M6 S6 w. ^" j& w# r, f5 [& X, s围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
: m! x1 U2 S9 {1 N子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
' h) A# Z7 j+ LPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
% t( g- T/ U) _2 \9 R0 ^- m利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产) Q, ~' l" S( `6 o; k) y w
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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( E6 r8 G* }$ C6 [7 H. I* D: `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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