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潘碌亭,束玉保,王键,吴蕾
- u h) z w7 l" b$ ? w1 Q) R(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
3 X' X; k+ U# x' ]4 c* H7 |- H |在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
$ W/ l! w3 K& Q5 e5 p液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
7 B" ]% g6 H5 s; C9 G0 X+ C理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用( W. h6 j3 |* N/ v7 q0 I5 h* |$ G0 E
水、生活污水和工业废斜管填料中。4 I7 _ x! j" y* a3 u
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮0 a. h9 V5 l* |
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代# C- l" t# {! X" Z' R
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量; y1 b' Q8 v* a' s3 |
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
0 }0 k0 h0 ]1 c0 c# B& a3 A淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH
# x; E. }; R4 R9 q, O! W9 @值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
; g7 n) x2 \9 ^( j( P2 i从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研( f& s0 ^- \4 E; U8 t$ D% p; k
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
2 V3 G" W2 T" }6 n5 ^了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
$ E# R {) ?, b% c9 W* B' W* v度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
* g/ G7 i) M+ t! j$ R- H和探讨! }$ _! K/ ~, c, N5 H5 c6 ^
1 聚合氯化铝的制备技术
* y9 H2 i# s" Y: Y2 L1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料6 e! ?2 U8 A. B, u3 Q' p4 `6 R
1.1.1 酸溶一步法" b& g) h0 m' O# r' J5 w
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
, j2 B6 P* o4 D( [在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.- L1 Q1 r3 z3 L' q
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为! n& U, u1 X, B) n! F. O, ~
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量," W8 K/ U1 e( v2 |" o M9 w5 u5 m
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放+ }5 T3 x5 U- V
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
4 }3 y+ e) }; R1 A4 o不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度* ?+ Y9 L# b7 o5 Z
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺' c! }9 O/ s/ L9 i% p
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量& b* V8 F& u, `% v$ w7 p. a" \
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
1 q. Q- y8 C, q2 p" s% V/ k备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重1 [8 \4 ^8 y/ s3 m
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?4 t4 P% p# B: u: \8 s4 V" l9 D
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
7 u2 C" J3 j- x* K* d% e' f出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚% g: |5 o7 i! L+ v6 q; G
合氯化铝标准溶液。4 T8 ]0 a+ s! G: k; k1 Q/ F( p1 N$ {
1.1.2 碱溶法' T6 q: P6 y0 v& h' b! j& ~- p# g: n
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
* C2 C9 Y1 v" c9 @1 W) @用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
0 M# O9 c" n: U/ v7 x0 n的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠2 z9 H {$ \' e) T- o" c3 u
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
: o; g/ N* S* v) |! _化生产成本较大8 M1 Q! {) p h7 P& b( \; D. m
1.1.3 中和法" ]5 Z) c4 {7 i) x
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
; H9 ?8 q/ b- V( p; S! Y9 ]9 V$ ^制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即: b+ u' t; A, ?) ^2 R
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
. U7 k* H! g& m' p! A# v- L8 I物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
% y: ~$ @8 P. B' G2 W9 Z铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分2 I! h: k# a/ |% S
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再8 j4 \' c: z/ ], N: x+ L t: V* k* J
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
. G n4 K* N! k7 }9 K到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据. l# [. d+ ^6 W1 i+ o5 P, o
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
' w+ F7 j1 ?% q6 [1 ] @+ ~) b+ X6 R1.1.4 原电池法" Y' U- Q+ L$ r# I- I7 Q) J& k
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电2 Q9 r5 x/ j, x! J
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆0 ]; L3 X# |5 ^0 ~& A3 b; H
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属9 R$ h& f1 w/ f, S9 H( x) `9 }% R
筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
4 ?* a! M* K1 N! _6 Z. t行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
- S$ I+ {- P' [$ a% h/ ~( Y/ `生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅
6 V* E8 D2 d {/ a拌,大大节约能耗 ]。" b$ \/ `1 X' s
1.2 以氢氧化铝为原料& C N* G+ u8 p2 q5 U' n j9 |2 I8 g
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的) {0 c' k6 |1 G4 o7 H
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。+ k) l$ m3 Q1 \, v" i
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普& G9 i! D+ F$ L) c9 A- [
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故( m- w6 _, Z4 I: O) c* [% ^
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
' p F( |, P# a7 j7 i不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
2 B, P8 b3 D: V" O; p提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
3 Z y) F# v& d# u钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂) }4 K/ j% n6 U& o5 ]
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
/ Z+ P% D9 w0 w7 t得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝1 ~8 f1 m; P! E; @1 ^9 r! l
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
R, Q' Z. f+ v5 N* w+ P+ q化铝。& D5 P% A. Y$ d/ v) s$ w) k
1.3 以氯化铝为原料* e4 |4 x9 [2 z+ M. l
1.3.1 沸腾热解法
( `& \' @3 h# X5 X用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出2 U9 `$ Y' g; v) t
氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水4 n w* Y# z9 x7 J& U
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
& ]! M: Y2 @# P合氯化铝固体产品。
9 k' C- g' b/ @1.3.2 加碱法
' g k$ i" b! V4 C& H先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
h( Y: r: Q, i, e强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
: J/ r7 X$ ]* q1 Z9 U1 \反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产, u% q: Z+ U9 y h# @; w
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
2 m. ]/ }. j/ |品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等. s( x, }- i" E# Z* P
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/6 @$ i; n% g$ K; E7 y- x1 v* i0 k+ X
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
+ m+ ]3 `7 E2 m* _' t% m0 z道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到1 U5 B1 f$ G: s/ f C- }
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
' p4 x ~# }! o8 k6 j% ?+ l- T量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐
! W+ b+ N, i) ~4 b7 s, X8 z+ E8 x滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘, \- |$ r" Q7 i3 i" q& F1 E, A
量也不高。# N0 ?& f: j) t7 X1 {
1.3.3 电解法2 T0 c# \1 d" d! \, z; a. K6 y* a
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
! R1 S6 \$ G; t* p$ V不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在& T# a2 Q/ v# h& ^7 F: \ Z# x3 i5 _
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉1 w2 H7 c6 f; b2 r4 r/ x @
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合) E, Q" @, ~: Q' v4 O
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
+ Y% V- e* O# L+ R6 f锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
$ z2 e3 ~) g( @6 L% ?7 ]) k0 S可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
: h7 h0 ~2 m5 N% P, o6 }0 t: N倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解3 S, ]' ?7 n( ~/ D& q
过程中的极化现象。& j7 s* f- y8 m1 H, y$ z; L3 F7 I6 }
1.3.4 电渗析法
. W R: @* @8 ]2 B7 f, ], Z路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
3 l. d8 h- @! J+ n# ?& I液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
, X& G2 z, u$ ~7 H板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应/ f6 q$ _6 z/ _: \0 T# w
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。* L! U, R' l* R( a @
1.3.5 膜法8 B% V9 ^5 p" m
该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
3 `6 D" i4 a* Z化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
) J+ N2 S: K6 z5 g; O通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得# B' ]# v, S- y8 U' q; M, e" Z
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜6 n$ B. w. G& D' C" ^1 [$ K
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%. m& x/ W1 e3 w! @, l+ O
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化/ s F+ i$ [8 f" b3 Z Z
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
7 a- X0 j4 x+ Y' J1.4 以含铝矿物为原料
. x" p# e+ _7 J6 O. c6 B% c1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
* }. ] T5 D. o7 G铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主
4 [' ]3 _" k1 m2 M- W7 p$ Y6 [/ Z要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这* }; v$ m9 ?5 `
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一8 Y7 g' @1 `: I% A4 } U2 [8 F
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
9 F F" B* N, f' M; e的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
7 [7 L5 M$ |# v. s" {0 K分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
4 O- @$ f1 b6 ?; Z- O氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为0 y$ f6 B1 G# [9 r% r
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,
4 D% \5 Q% b1 Y2 y9 I1 n可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。! N1 Q8 R) {; y! F( c6 i
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚+ [. J2 F7 m X7 L0 x$ [
合氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
1 K1 l; p) M1 A& u4 v' j一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
9 V0 b9 b* L \, r/ v2 k- V8 ^酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。3 c8 W, W( j: w. i6 b! K8 m$ P
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
9 g# g6 z, X6 q大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
- t: S+ S" _" I5 T4 [2 H- [3 H渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的
2 a1 f- a: r9 ]粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需4 I. i- A& g) L: a
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石) x- q) R: N! \3 z+ b6 y( B4 r
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸7 x, D; w6 d: E" Y1 w$ e0 S
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越, h! d3 ~ v1 n
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为1 W9 g/ ~9 P# J
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合4 x- c' @$ P) x8 {( s1 h: S" {
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
+ T- `: E1 O7 V2 ~- Y氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
" B8 \0 K, G2 l9 y5 _: I5 U7 |铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
7 ^3 a9 n6 Q j5 a6 y2 r30% 。4 h f1 y$ D/ l) y( q) g$ d
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
5 p! `' F$ y9 |% q$ n9 x制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
7 ~7 K# ]7 C' ]. |- i# T7 e3 v需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或. d5 P6 |$ z" U# F
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠
' F1 C, |, o) L2 w( L# O和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备$ j- X! `' }) \7 B$ P
复杂,成本高,一般使用较少。: B6 C: C% o# I/ ], r+ n
1.4.2 煤矸石
0 h+ @4 v. H: {" d煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃( K9 x# {5 r! J1 j0 G5 i7 U# q
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
1 ^4 E2 E3 k: _! A0 L增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原( }; O [' w: P# L
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而. D0 H8 k4 F& \# i0 \
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
3 m! M( ~* T0 }4 }: j$ K9 p数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和, F$ g1 u/ t7 g* [: e
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合! r& @9 Y6 P9 J
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
X8 o0 D/ {0 i* \已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
" a! G _2 J/ Q6 g2 `2 e1 |经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
2 E% f0 b. e9 c/ j. C( @2 ]时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
' G" C. r2 T2 x处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得
6 M+ F1 b1 g, ` c结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
+ i, F+ g. C/ R3 c8 D铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐! X: O% u* G2 g
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为: ?3 c6 l% H1 l7 l% H) z
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
( y; [) {1 D5 x, R) X4 X9 {4 I1.4.3 铝酸钙矿粉# H. j) h% {" ~* U1 q! s
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
/ @4 ~ \% O+ e3 ~ e- T) f煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
0 i& U p' g; Q: J/ T7 H9 _不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
" g+ \+ C9 o; ^7 B(1)碱溶法7 k9 }0 n% O# s r& \7 @
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶/ X0 B8 g3 X: X) i, C) ]
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后2 S! p; k/ c6 Z. j
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH7 l5 j! G9 E& j* g# }, Q
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止3 o4 b' m6 Q- K
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
/ w! u9 p0 s& p# m* L* J形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中3 {$ M5 ~$ U( M. h, D
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
9 P- _0 S& p2 g9 T; }4 e状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化7 p7 |8 Q% O0 u
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
) a. c5 l0 p$ {生产成本较高[19]。, g; |. T6 q: t( C+ P
(2)酸溶法
1 Q: u; }0 {5 m0 \把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并, b8 R% X$ C) a, t( C% \* `
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
$ h% v( u. j8 `* I! [- o" r0 [单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
1 f' P! @$ z7 b2 x溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
! e; d" g+ S4 Q3 u: M不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,' T- r& l1 }$ N: ]# ^
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合* W7 J0 K+ P8 `. Z3 ]6 I
氯化铝铁。
- H/ V4 E- t( O) \$ ~# k) o, g(3)两步法8 D" Z) m6 ?# w2 S" E2 L
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
7 v0 {) ~# H& Y* j8 O艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量
' C& y8 \2 `* @3 D比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是' Q7 v; ?5 ~; d$ o# T! q1 I- e
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
1 y4 P. r0 E5 u Z& |这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常8 [9 O$ k9 Y" }/ y+ o) P& w( p
第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化3 a7 s# f A9 U) y" D8 Y2 y1 M# n' E6 y
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回1 X7 @2 j+ x! u3 ~3 k+ o1 _
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
3 p- `% R I7 ^( X5 X酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
- Q4 _$ }& K3 J, x( l铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
$ Y! O# f, {. C! i5 x. C k k合氯化铝产品。
1 v5 l# f# b! h! `, j+ z$ Q2 j, n1.5 以粉煤灰为原料: H: o& \: R# G! H
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
! N7 j/ _5 m, \( Y2 W& l B8 \% {7 ?废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.4 n& I0 x; n/ G3 Z* h* f
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通5 Q) N" _" p. Z/ P2 o3 f, }
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性) U% S$ l3 b/ ]! z
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
/ ]4 G& R% J* Y' [人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸- i% N6 O1 A: R; r
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再; F/ a/ c5 ~5 E/ P, w6 e$ }
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
% S4 t7 c- h% x! _3 v9 H3 `粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化0 Q3 ~3 k. J! L O: M2 S S
铝产品,据称能耗低。 B" w( I1 s' ?, Z; l0 ?. t/ n
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
" l- o. m7 D: i- W3 ]" p' S. Y解决建议
( W$ Z5 t3 _. h4 K" k, M& a我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随 d) U3 ^2 w; v4 x
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国& j S/ r" z$ q5 K3 D% Z
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
% ^( ^$ R$ a4 ]# F5 _0 y6 [但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
# H" j% W# F; u, k$ c& c$ y佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
4 w8 E( M# `# o" `& b2 C# J2 d认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方: ^% I2 C+ _6 N; o$ b
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研3 I- t8 j% S2 z0 D) Z( P) ~0 x
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度* u4 @, r: C7 A8 p5 U
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、% `3 y- }$ T; \6 h" O, N5 n
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离; }$ f1 O0 P3 g# E% H0 Z
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深6 ^6 P. m, f6 O) u% m
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
8 p9 |7 g. o% D+ z9 ], v) \以下难点问题
4 ~/ K- v" T! {2.1 产品纯度问题
a+ E0 J8 I- n氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通7 A6 y2 Y. s' \1 C: \/ l+ w: a
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
1 S! I% f$ g8 k6 W8 X/ J* a7 ^ \国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列- \. p/ o3 L5 C+ a
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝) E# [1 _; D6 W0 V
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
& N C) I, J/ g8 S! l品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
! k' {/ Z* e) x$ a" v7 ~铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝' a$ ]% q) c9 Y+ g0 t& |& C
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需2 s2 f. Y$ ^" T$ G2 B+ n& Q* ^! d
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝" L% @7 E2 t1 E! k$ Z
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
/ G! t3 i' Q# p! u# B! _一0 {9 l1 b/ b3 t3 G$ m
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推' b- c# m* h5 B+ l
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
$ U2 I% m0 P! n3 |' N" X# V. F产品开发力度。3 Q* i# Q9 u3 l3 I* s( u
2.2 不溶物的问题" ?: }/ `/ O9 B: z
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了; E5 S O' @8 q# n* G5 u5 l
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
0 k2 j& ` _2 r& u' e$ F矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
; z ^, u7 U3 x+ r成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相7 j/ [* a0 d) E6 s5 x) J
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
9 p+ W3 a1 K8 t不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
/ ~; x" ]6 _! d0 t+ i6 C w决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效7 s! p2 Z3 O* @2 E. l
果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择: V j1 K! [# G4 V; ~) l
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①4 [' X: k/ y% A4 o4 A1 j7 l" z
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
- L- K5 v$ E7 b( Y* a, ]# X2 r, s小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
# W: P9 H$ e- I1 _, ^高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂,控制好投加量,1 ]# e5 S- A: v3 l
通常会取得较好的效果。
6 X- o: `9 \' b2.3 盐基度问题
6 r/ F3 z; z7 l9 p5 l盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
9 N4 p" X* r, P1 Q8 R$ V2 E0 R在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳' r# ?% l! r& T& T. ?
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
) U- ~( h; X: p: R/ s3 k虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和; `/ ^6 @$ t0 F3 G- F
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前* @ k, u' ]7 d7 X' ?* X+ k
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。7 ?4 l1 M0 G5 d* N8 c x
2.4 重金属等有害离子的去除问题0 b8 r8 Y8 n) ]8 x
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
) B6 X; q& m& E/ ^在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
( l( H. Q1 h) { `$ A害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
- L% y3 b4 K- @2 i/ q! G9 @! w置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
! N( c- _7 x3 M# x; q2.5 盐酸投加量问题
7 c5 z- j3 G2 {. S- i制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工- e; [3 d" t/ H8 J. F
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成3 \1 _3 O6 f( `! \* g) u
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
$ H1 c5 I6 |4 [* X法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
u1 H- [5 n. N+ r( Z题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
q* r ?' b+ Z9 ]8 L发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数! l7 _' ?( W4 ~1 ~
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率6 L# d1 h" r7 g: G# d8 r. k
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
& i3 h- F1 q& \- j2 k1 \) A低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
) ~# ~6 K' k+ R$ t2 E* @3 结语与展望
. S9 p8 C5 Y1 L聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
9 N. O; h8 x y% q$ i. j品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水; ]6 E1 N a& A3 z# w6 X" Q, L5 f
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上# Q& } `: a: ^9 |3 o6 Y8 Q
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝产
! J7 m. {% F( A3 R6 w品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产$ X: Y* ^; z5 B- D1 m3 C3 D
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
7 _0 G5 y3 A) t4 h; y$ D由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
% I" j v0 R2 {用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用9 [, G2 ]# z3 z' G. H
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、+ Y+ d o# g' i1 ?6 b- f
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
8 H0 F1 s1 Y9 P; j# n含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业( Y' I9 k+ z8 u. i( I; ?
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
q: G3 l* W c2 D, [; e0 @应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
: s9 e$ a1 c0 X/ t" O聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,6 U) L* j% n' A, z1 L5 E
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向) `9 X& q" [& @/ V3 X
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
/ n" K6 t6 K. X配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝; H$ z. ~ H' ^6 z& a
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范/ z7 }1 y6 G. |
围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
" G6 [* R d; B5 L! I0 u子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
+ ?; X6 ]* r7 pPAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料& A2 f+ y8 S& k. }) y0 k3 T
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
# A$ R: V: S" e$ W- D工艺,必将成为今后工业生产研究的热点7 }# c3 {/ N0 ?/ T/ D+ {! Z0 \, {+ H
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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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