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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾9 y& T/ z: ^+ J
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
# H5 d: ~! q ~在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
! \ ?* b6 i# x6 {) u! e液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处# y e4 b/ D4 x* }5 R$ w% R
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用6 Z4 A& ^1 ?) [% a3 o) S! Z. S
水、生活污水和工业废斜管填料中。% N& j& b9 h4 }( m- ~4 T$ c: v6 }3 K
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮' J! }) Q& C; N; n0 D
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代8 V; d2 U' T: q v
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
6 l) H! F$ m4 c( U最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
0 ]6 l& a6 K' G淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
9 d0 A) x$ n! T6 M3 k. R) _% j值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
0 W: o# e1 Y4 X8 B/ l( T- |从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
$ a4 `+ V9 _' f6 a! [) |' G0 s发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
5 Y6 _9 Q' D, D/ c, O0 g& D/ F' ~了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
$ J/ _! N- W* f9 T度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
/ Z* N9 d3 J6 [$ h. p和探讨' G, `9 }; v' P& O8 _
1 聚合氯化铝的制备技术7 U$ K) w% B+ m8 Z4 _
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料( G1 {0 D A8 i! K
1．1．1 酸溶一步法
e9 s8 k+ h* ]* ?将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
7 g( T6 W9 x. l5 m3 Q) O; Y在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
; u! b2 R8 f2 _7 x放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为. s( y& }0 V8 |
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，; g9 ^, K2 D; h' f! Z: k
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放4 h4 M' d: ^" D7 r+ P' y
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至) N! H5 c/ e7 f
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度4 x& F1 w* N# b, W0 I+ m
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
8 i; D9 `! l* u简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量. i. g0 ~. P9 V0 @: U4 m
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设4 Z' g/ l: ?% M3 t) e6 G5 r
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
- B+ M ? ? z8 _3 i金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?* ]% g$ j2 k2 R- H
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备4 U$ X; o2 C( x9 x3 Q8 T
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚$ ?3 W3 I6 A0 X3 P$ H4 V
合氯化铝标准溶液。- M8 j5 J/ p, B ]0 L* k
1．1．2 碱溶法
+ }2 R# g! R& V1 K# e5 d先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再. I8 o: e3 z1 J
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
) \# N* D# ^) Z* ?! m# w) q. O的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
: I, C b/ W7 @0 q {+ z( Y% @& c+ h! ^含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
; ?9 `, T. n. X1 O3 ]化生产成本较大
( Z, ` |/ u1 T3 p) a' f6 z [4 a1．1．3 中和法& m1 X5 s: h# q& ^- t$ |7 W, L
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别1 W. t ?( @1 R
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即9 R7 f# d3 H/ [" j1 O* q6 R
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶6 ^2 P4 _- W' R/ U$ P
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与4 O/ S5 k A9 `2 H( |7 |) |
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分1 y. @2 S( x, {
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再0 `+ o4 ?9 Q4 i: U/ Q4 a$ B+ `
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
) d' [* m) I% I w到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据+ C$ o1 N5 A4 W! L. V6 }
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。6 m9 B! S2 t+ `8 k; e
1．1．4 原电池法
8 _3 z& O3 a) L# i9 E p该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
" W; N! H: V& F* `- g化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆% j$ |& p% e& k
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
" H$ X; E2 d" }7 t0 v* [筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
& E# n: B5 y% v$ _* E( C行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产4 s8 Y% ?" | R2 ?1 @
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅+ C% Y |$ ~: s
拌，大大节约能耗 ]。
4 ?. s5 x. H1 l9 T; m$ |" \7 Z( w1．2 以氢氧化铝为原料
$ j' r% @3 h3 n& b- N将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的5 Y7 K/ k* W. }
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。9 e2 k4 P K+ v1 R4 w* E/ x. Y
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
5 `2 w. I/ K. M" H1 O. N* z* D遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故6 K H- E9 d( O j! H T9 ^
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度9 w3 Q0 l4 `& B7 d0 r: j9 u) |9 S8 ]4 B$ k
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多; ^4 H' P% O* \. L+ B* N3 o* P( O
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
2 f _% N7 x& I- }3 m% n钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
D6 t J7 n% R5 D9 u+ z0 l" \; V质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
6 T- w4 Z2 D- _: v* b1 z得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
# ^: [* N# M9 i/ V) V0 d" k# L$ ]酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
. E' B6 T T1 g/ t+ R化铝。
$ Y1 ~! U( B. A0 E! y1．3 以氯化铝为原料
$ a& x5 q) w+ C2 d2 x5 j' ^1．3．1 沸腾热解法
0 S% r8 Q" b2 L; v2 z$ O用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
( ?7 ]2 T7 L& t6 R! R; x氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水3 F w2 w) N! [
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚- x* Q: q; k J r" x
合氯化铝固体产品。
# n5 e. r, o: J) I; v( ]3 f) _8 R1．3．2 加碱法
9 O* H! c( ?, o2 y先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
$ w6 H( @. n \* X! c9 z" t- g强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
2 x3 {1 ^ ?. C# l v% Y. |1 O0 U反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
4 e2 `6 \9 q# T$ r0 M品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
& ^ Y8 E: u. q$ i9 W. p品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
9 L: |2 k% D8 [: l% {: W' [通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
p- o1 j7 e$ k9 Y# b/ |: h; JL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报 f4 f1 f. c6 |/ D1 c
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到" X' \: i3 g: h( c f3 A% J
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质1 v! D- Y' ]% M% y" P6 g# o9 N' y* q
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐2 w9 ^9 _0 |! Z) B
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘! o3 R6 n/ I$ g2 L. A& v% ~: ]
量也不高。: [" T0 V b2 }. g
1．3．3 电解法0 |$ W/ _" o9 d
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
9 ^9 J; M) T9 k( [# s3 {不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
_% ~% E/ o% V! u# `( s8 _$ }低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉( m7 ^( E. p/ f
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合; B: X; W. n4 M% B0 }7 v, I7 R
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何, G/ E8 C1 k/ d. H! u* b
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
6 r7 U9 J; c, ?$ B# H可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的' O, ^7 E& c3 ^ M7 \0 B$ ?
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解. _5 K$ a6 ?- } `9 a
过程中的极化现象。' X' B& h4 t6 h+ o. ~ K
1．3．4 电渗析法
) h# B Z* x8 Z+ B路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解* J4 a! v& a3 o
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁- I; v; |+ M! y! V6 q# s5 a
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
, f6 A" k- s# e0 D9 M室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。, W, z9 R' G! I; R+ O8 B1 N
1．3．5 膜法4 H. c, \1 |7 t6 E
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯. q% [6 H4 O; i( q. U) q. L
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
# d1 o3 C! j; D, p通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得: Q G d2 @+ K* l R
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
( o8 [( S+ l" T/ _: D, j! U1 m制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％7 s5 x( z+ L6 s7 { {( }4 b6 S
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
. M! c/ n) |/ l0 ^8 e铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。+ y" Z/ A; C" Z) N1 J% V
1．4 以含铝矿物为原料
7 \/ ^ x# ~5 D1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
8 W% d( ?9 \% c3 m铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
3 ]7 ]) P& Z$ q. t! f* I7 D要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这 a# J% q4 { E. }% c Z! |
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一3 D! X3 B0 O/ y4 d' t# P4 k
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
! _0 r5 r7 U& A& Z X; Z4 e0 X的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其8 n. n9 v/ a* ]
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二7 _. D* @3 {3 c
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
1 K5 C& f) m: B3 z& H, T$ V丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
! N5 f% |& E8 [可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
1 W! z$ B5 k( t, f霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚9 l: r' w" o2 q2 c
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
I- b/ B; G L% Y t0 s一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。1 V ?- Z) M+ d% p
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
# D9 ?/ ^( O4 {7 p生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
+ i3 P0 M# j! J' A/ m( A5 r1 b大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残/ J; ?% b% Y0 D5 M
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
2 Z6 f9 F' V: M# G粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需- O* s$ i! e" Z7 N, U6 W/ i
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
4 o( ~ h% A6 A: k种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸( \& G6 t5 p4 F& l5 T4 J
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
6 ?0 E. X5 z) A3 U" i高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
! h% W! M5 v' Q4 @- m) U20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
1 ?" g- D5 Z8 m氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，5 s! e a% j! G4 [
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
* h' T1 P0 f0 D8 N( M9 Z- Y铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于6 o) z9 i6 o+ o: a
30％ 。% r5 G1 h8 h) O% H6 k& \* J+ c
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
1 P: Q, v) Q5 C/ g9 p, s制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
* ^* |) ~' L8 J1 M3 g5 b需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或4 |1 J" j1 f. y8 x4 c' H
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠2 g/ k% H( C7 J9 t* q2 M7 c
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备6 a0 a$ ~1 |% q( V7 T4 w
复杂，成本高，一般使用较少。5 {% C+ t5 g* o4 O6 c: i
1．4．2 煤矸石
& M5 Q4 ~! @8 p" ?3 p- R# h& {煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃 Y0 L3 k6 G- C9 W( j
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
) f7 s% Z5 }! P$ T2 D增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原, ] S7 q. ]$ a" S- i1 a4 B
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而+ b7 o2 f. C0 U* Z$ H3 g( f
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分# b3 _. m% D/ H! [# c
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
* J8 w# T X8 W/ f4 l( q$ y+ N5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合; K. I, ?$ T; }* q! X9 Y
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，7 w/ q2 w- f; X: }, U) E B2 A% B
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
5 ~* R, y7 r7 X0 B0 w经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小* D' H8 A0 u6 x
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
9 l6 n% R1 ^' D* t; k. d M处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
^* B5 W5 a1 y: @& G W. C结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化" u% x) C' ~" t$ O/ [
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
- ~( ^6 i1 a/ ]基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
( w- `7 S! c; s* x+ B1 ~+ G9 I原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
, l5 F' O+ G& A1．4．3 铝酸钙矿粉# d: P7 m: ~* L$ \
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温" q* N: ~+ z: U# d) ?
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
2 L, ?7 h8 r. b* R9 ?0 Z% s, ?# X不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。& v0 \. d/ f. |8 g0 L1 R N
(1)碱溶法& a: x c1 W* h5 D) K" F3 D
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶& b1 U! a+ |# }' q
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后. L; j2 D* G- @' r# `$ n* c
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
% |$ }. b" v' q% Q: s+ j, m W值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止0 g8 K: A% Y8 q4 V8 E
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会, B" q* M( B& p3 N& p
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中: d- x& I ]& G! ^# U3 Z
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠 p" o0 X/ x9 R: }( d
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
% ~) a" H1 g) X) g( {2 l/ ]- E0 G铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但- T4 x& Y- {' H8 Q Z8 y. i
生产成本较高[19]。% L& m$ q3 Y2 e6 u/ B* G" Y
(2)酸溶法
3 c+ ]1 i0 R! d1 Z% T把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并% f' G+ s! |2 ~) {
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
1 S0 ]$ `( g; g( Y2 \, Z1 H* R4 h单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不2 g; ]* D5 m$ r ]' |. e. Q; r7 W
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
) I+ d- j( C9 ?& \2 _不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，8 g( C2 O! s$ U3 O
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
. N; _) M% b0 I/ ^2 ]/ m7 P0 U, C氯化铝铁。
0 H. B3 T& R2 o5 ~(3)两步法
0 }5 m& O3 {6 W" e* X这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工3 S- N/ R+ V& ]0 t2 O9 |8 F$ D& F& i
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
9 P8 s, x- a- R8 F$ R Z+ ]比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是' H& e) s: i9 R$ x
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。- E& f6 o$ c B# Q! P2 }# P
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常* m7 b( @6 A6 @6 t% ?( p* [
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化% W" o8 ~2 V# m, }
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
( }& |% B9 E" ^: ~1 N流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝# P* ~4 D2 d0 f
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化; |0 @- \$ w" S, |# |. G0 x5 U. y
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚* f3 F/ o: t% y, Y Z' }# @
合氯化铝产品。3 h4 ~: g+ A0 V
1．5 以粉煤灰为原料1 l/ O0 `6 r. |% Y2 |% c( h" i" Z8 s
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
4 a$ _% b6 l [0 `* E废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．9 ]) J T% S2 n. U' q
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通% c! b8 C( [. f- \8 s+ T& N2 c0 n
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
/ u9 D# Q* a9 P6 R4 {高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
8 r% A8 @4 j3 |& r* ^1 G y, x: `) L人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
$ e6 l9 o. L Q溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
6 E% O" z% E$ v7 f1 M8 L' S- U用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
) {( B# f4 n# q, ?5 |6 K, ~粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化0 m8 D' m$ P! C0 ?. T
铝产品，据称能耗低。9 b0 B e; g; W: ~. ]' _! |
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及2 M4 S3 f0 W6 J6 I7 `+ l
解决建议
2 p1 u1 P6 X5 C! P1 i我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随/ T' X# ]0 i* y2 a" K+ a
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
- V! q! y I- \3 D内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
( j/ y( v2 M3 l4 ~# E1 [但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最1 D! J* g9 v4 A/ M5 i+ ]
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
# ]8 c- ~) t" Q6 O4 A) h9 x" s+ j认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
8 [# K3 |. ^) `3 [/ T& ^面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研! w0 X) u+ u, [8 c. a9 E
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度2 ^ Q+ A; ?/ n; U; P
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、( b) ]% B1 ]. h* ]1 @1 m
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
* K" B) i3 I9 W& J& R子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深7 ~+ P% V1 I- [, @
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
7 h2 p% S- u" w l8 m& d以下难点问题
5 N3 h" {/ F4 I P! r! K1 S$ p2．1 产品纯度问题0 S) r# q P5 n8 ~2 z o
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通& F s9 r: b8 y
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我. M1 e v3 D) y0 L, i/ k4 q
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
& H/ R! r$ ~- n1 R产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
, X1 |8 z* y: i7 Y酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产- C, ^ {+ x# b3 C/ p: j. w6 x
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化$ U) ~* ^ b6 t0 Q
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝4 B: ^2 M5 r; A. q
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需8 }- r0 J8 B7 _& Z) M
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝' P0 I2 {. S9 S2 Y
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之8 t* Y8 M8 j: n# w
一
$ W) R2 Y- ^) {* J/ g7 @4 Q. e。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
) d+ ~5 Z$ N \0 w0 z+ ~8 s广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新9 C! _/ X0 ` C. z ], L& D [9 M9 }8 h
产品开发力度。7 _( S6 J& q# U N
2．2 不溶物的问题
* c- H. a( ~& v9 o; m国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了0 Q& w2 F' Z) @+ o$ n6 j7 U- N
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
% S: [. K5 l+ i! m3 U" }( |* t' I矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
( x. U( u/ w5 B: q b成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
4 I j5 U5 z& ^& a! @应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低) A2 |6 s+ e7 _; ^
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
2 J5 i7 M# }$ Y$ o决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效" W0 e$ `- p# b* e4 E/ ?7 v
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
6 u9 m1 G" h" o$ [. X5 N! y4 b也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
! V7 @# ~' j l/ b5 X1 J自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
/ t( i0 v: P: S- L5 R" R小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗% m* i# S( z) i8 y$ ?. X! p
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
7 G- m, _# p2 i# o0 U8 N7 U通常会取得较好的效果。
i/ J6 X; p8 N, Z2．3 盐基度问题
" c# H" {4 F; M& I盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
4 H/ V" ~+ A/ A$ |3 T% q在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳8 Y% U3 I( j7 a$ ~/ q) ^
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考7 f A7 C" w+ P' ?* `9 b, A
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和5 b: }& Q( f+ F% f$ B
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前4 e$ B- [ j& x: w* d6 n
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
+ y8 O$ Z' B* B: A) o2 \2．4 重金属等有害离子的去除问题) ~$ \6 t! q* g) Y: k
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
+ [- Q h3 Y9 E! L8 L5 r# p在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有4 i! S: ?! X+ _9 q% O) d* A
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑9 P0 h1 A5 i. S
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。# Q" |* {' B- I# G: ?+ T
2．5 盐酸投加量问题5 x# Q, x! Q" u( F
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工$ l. b9 b/ \* `0 r" w% y1 K
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
3 j& i# J. h& H4 O m3 N$ N3 A本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶$ |8 i5 M5 {3 H; i% R# Z! l0 ^1 e' p: ^
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
6 i2 R8 N+ b" ^4 D题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥# w/ G, D, u& O G
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
% {. J! t' L# ~: s通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
1 y2 y% D B8 R低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度* A$ n" o0 g7 |' p5 e9 x* d
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
# q e$ U* J9 v9 c$ O" J$ v3 结语与展望- b( z0 D7 d. e& S* ]( J' C, g
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产) r* F& N0 b( x
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水2 {7 v) n; y0 W0 K7 j
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
9 }* W/ [ P/ Z# _- F, [; w有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
4 e. v$ A/ j0 g8 B2 i品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
" y a' t+ j# D5 a8 f( q0 y品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来 k) @: F) ?( H; m$ d4 A
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利/ ]4 n9 p) n% N0 ^
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
2 K5 i& a9 J, Z5 ]# d( |( Z此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
7 J: |! s1 Y& h: C8 Y5 L, I+ M; z8 H- c氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用: x, b' M) `& g" a- N- P
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
4 G ]$ l( l+ x4 E. m. X g生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究: g! s4 v) u( O9 X l
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
% I( T5 A, Z* O/ V t" F聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，% z" H& M) h0 P2 {9 I1 h7 B
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
1 E3 p0 D1 e- H! v' e是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复) ^1 j, l G8 x$ R1 o/ f0 l
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝% r! F8 L* U( Y4 ?7 T
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范# F& x$ x% W, g+ _; I
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
7 E- q7 D- {: C+ r! q: d子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内! C" g+ G# g0 m
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
3 U6 L' K5 C, q利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产; ?7 s. }( a" f* K. B
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点" J- j: [5 _- \
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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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