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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾* ^0 ]# p% a- z9 {: O2 a2 s
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)* R) C$ d {- z/ N! L
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
/ V7 D- P9 H% c- z# j# P液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
3 J* b# @1 o/ T. I: V$ {( |) L理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
' o% ?# L# v: d) |2 V! R; D7 n5 ~水、生活污水和工业废斜管填料中。
( D3 [* p0 u# V k ^) S聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮/ x5 b( v0 A m2 v( ~
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代( P( a. S; C% g6 W0 U
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
% S& x; k, ]: ?2 m( G最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉! {/ c$ j3 Z0 {# b! \5 f7 v, [
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
$ } C* T9 n6 W0 K值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
& F% S9 V8 k8 j! R2 j- N从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
# i; X' i/ V* d8 V& J发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到& S; a2 ]& x8 B2 j
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角1 a, F! ~6 h: B; [
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述5 B3 @; }4 U) }# C
和探讨0 U1 u, s6 g5 y* Z, f& ^ W; R; M- A
1 聚合氯化铝的制备技术5 N5 W' c: j, ? }& e( B% o6 w
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
2 _6 _* I3 e: Q9 f7 b5 f3 l1．1．1 酸溶一步法
2 R1 Q: E' t. f! l. R/ T7 h将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
8 ~/ g" L q3 V' e在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
7 N& x$ n$ g- |" s) |+ ]! {放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为$ V( E4 p- l8 H7 E7 {
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
" u6 w% X T! r' R0 U" L8 k: Y* M水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放( p" Z0 P" \- `% W$ l
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
. k9 _) g9 ~3 ?* ^, h7 D; }不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
2 a) O O% a6 k9 K g# ~至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺6 `" A5 L+ H" e2 G8 ^
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量 S) Q' r1 k1 L
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
2 i$ @- [; Z0 s5 |# n8 V; { L1 @- y备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重4 ~" ~& I3 r1 t- E* B$ M
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?% i3 c$ t I0 J7 ~* r0 L
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
& M) C+ ~- M( N. c; R出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚0 `' Z' U8 O' d& ]
合氯化铝标准溶液。1 [ P& W/ ^ k- C* V+ O$ Q) [% P. T
1．1．2 碱溶法- T! C4 S- y& ~4 Z! `
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再1 c6 |5 c# w% g, s2 k
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法# Y7 S7 G1 [6 m+ Z4 W4 P
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
( q+ ?) I7 d2 Q% F3 C1 c含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业' E* b& C) t1 ~+ V1 ]- K
化生产成本较大
; f0 ~6 ?" y1 B9 ~1．1．3 中和法3 A, Q( p- r9 i* u3 v
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
: \! Q% D/ _8 v4 k* G制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即+ `" j9 X" v' I p5 n
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶" f- i7 ]% r. l5 Z6 r
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
9 {4 g" E2 Z6 H: ^% M$ s) r0 W铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分) f, `7 C# N) x- g9 @ F, P7 @! @
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
/ S$ ?1 l( j \9 s; z o0 d把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
) H8 [, T4 H' B到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
( ?( d- Z0 A& ?$ }. l3 f1 x4 s称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。- q) ^ U4 s0 e! y
1．1．4 原电池法
& u5 \& ]. V' x9 d; J该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
4 k K, i$ q/ ^/ ^/ N2 U化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
+ W9 i: S- ]5 V5 }桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属4 ^0 f* C6 u: T5 ~/ ?) V
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进+ a/ A- m, T2 W1 A) C
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产- D% I- ?$ z& L( V; R
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅7 ^. ^# m1 v! |: W8 Y
拌，大大节约能耗 ]。
- Z/ k) u% g" W. J1．2 以氢氧化铝为原料! B3 a3 ^' X8 B& U# H
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
( l" f4 B# f! G- p5 \# D4 R温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。" T- M9 P- J4 J* Z/ ~
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普8 j& e1 D x2 j
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
% M; {+ t% J9 q7 i- ?) `酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
4 }6 ^/ i% {) C( \- q. W1 d) z0 H不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
6 `. H) W$ l" }: D; U提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸" J8 P) K2 o% }) C9 h- Q
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂! Y) @( o* p: `. z
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制$ _" Z: @; k& L( f' e
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
$ x6 g* S% |8 D3 Z) L% d+ J; W酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
3 ^% Z& a% p# [# }; z1 Z化铝。
; x J1 |1 S2 _3 d1．3 以氯化铝为原料
) ]2 m3 ]4 U4 w; Q. j( p" Z0 J1．3．1 沸腾热解法3 j7 q, V$ r0 D' Z
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
! m* D7 n+ b ?0 A1 W氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水, Z' [- t' s* N d
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚. A8 E: ~1 G; t' ]0 Q1 c
合氯化铝固体产品。) E3 R4 i, A% R& T0 C
1．3．2 加碱法 L% V4 g- d( ?' i' D' y2 h$ [% B
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下9 |& N6 s$ i1 a0 [' W
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
0 m0 t \- A, o o0 V6 U8 G! |. m反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
: N" Q. k+ a/ p* k4 Q' @# D& v品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
! l5 N. R0 }* j! @3 f+ [# d品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
1 q: ?2 }+ G3 B) j& [) S' {% n通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
% {4 \( o3 O% y( q3 R$ h+ b; S3 ]L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
$ b/ s6 W7 z( k$ C- Z道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到% K6 G3 S u5 w' W0 s
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质3 l# c7 X9 b) D0 v, Z
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐" u+ z/ |8 Y u* h. x. Z: |
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
" \: S1 `% u0 ]' h7 h量也不高。, D5 g5 c1 W) O( o1 f& d; [4 U
1．3．3 电解法4 Y7 \8 r4 ~, z& y, V
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
9 i5 O; i: L O不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在" q3 R4 Y1 R6 n. a. i5 a
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉, y2 H# i% n1 s/ p; R
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合' U# g8 M0 \* }# _" }$ i% d
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
' v) M7 P* @" P& a) D( w1 B锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
( q9 Z1 U2 n! U8 X; K# D; |可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的8 }) i3 U2 Y- n- x& f
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解# B3 N! E( N3 _' K2 Z) P+ \0 I
过程中的极化现象。
5 ~$ J( n3 J, x" y7 X* `2 n1．3．4 电渗析法3 p9 C! Q/ J. N- N
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解, U5 }" W% x+ w' m1 o. S' Z
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁4 |9 X0 q5 c f7 y5 m
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
. P, [! Z$ Z: P室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。# k3 o; g ^( @" F% U( [/ I) O5 \
1．3．5 膜法. L) V+ f+ l% C0 \) }
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
4 k: q* v+ @# K% [, R T化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液7 F# x! z5 \: n [' t+ @
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
5 m1 W, \0 Y4 v, w7 A( w* oAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜9 D: G( T9 l* W) ~# p
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％" s( P% u$ V) s! h: Q
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
( D5 B' f; }2 B$ M铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
4 A- d+ @2 @+ ^( [* B1．4 以含铝矿物为原料
F2 Z1 } |# u& X+ N1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
* l; M0 D8 L) H& H铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
6 E4 n! ]1 i" t+ F& D# x/ E要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
' c5 Y+ y; p+ C- ~几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
* u# m; j/ z$ K+ v1 e9 j6 C般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等% k( h! k- a- ^; G
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其5 P' x. j# k8 J8 @3 ?
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
, C0 U' z. d' x. n. b5 x氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
' B( N$ }/ S( F丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时， `. ~' r( }& U8 S1 x/ ^% p& {% j
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
4 d k4 h; Q# c* C霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚' s# Z' f' v9 ^7 }! x# S
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物/ W* M2 [* U) R b9 Q
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
& S" p5 I: N+ T+ X- Q酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。# e+ b% ~7 b4 ~# Z5 A
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
0 A( _3 s# z% C$ @, u大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残4 D6 }- w% q. c |, x
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
: `9 d- ]' R, C8 y粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
& g& I$ s! t% ~6 [& g+ K, I6 E( g对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石0 C$ ?/ [% r/ E/ l2 j, Q. w
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸- E1 [5 a. ^& u* ]9 L- G- `) d. Q( n
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
8 q8 `& p7 ]8 u" p/ K; m高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为' M) D! j& \) g$ m
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
/ {! G( l0 ]6 s氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，7 W5 f+ {) l; q3 L( [
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝* }* y2 V# Y' V( [+ K
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
7 a Q% D4 c7 B# v M6 G" e30％ 。/ |( T+ X/ M4 m
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法7 M# R- m: \8 J" [2 {
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都, J9 o+ K! E: ? c
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
- i! F) l. M" }5 o, _其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠) H$ z' {# Y' }/ R
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备1 }/ q; u0 x, p6 t
复杂，成本高，一般使用较少。, M; T0 t3 A8 A# q+ Q% `
1．4．2 煤矸石
6 n6 {" r- E! k) u3 k1 w! T% @# N: z煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
1 M9 w m ?( l/ n3 Q v/ l物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
# d5 P# z4 E( P1 S$ _增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
' V& ?( J3 {% T3 v! G料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而2 m# t! M4 A2 W7 r1 Y$ P& F6 F3 y
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
- V7 N: h% i7 n' C数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和% X) O9 [; h8 X, C2 i
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合! U y; f2 s1 S+ ^
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，+ X% {- a; f" l2 C8 ~5 P0 U3 W
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
, E _5 E& x9 k' ^6 l T0 C经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
; Q, ]1 ]# m: Z. t时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当# l0 K& e5 F9 B7 N b0 q
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得5 L) l. I, e4 c8 d
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化0 g$ i1 g1 k# F$ u
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
6 N0 e Q2 v7 y* r& ^9 g- t基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
' D/ d7 J: e0 m原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
2 V& b9 O0 h" X3 C4 r$ J1．4．3 铝酸钙矿粉+ [. L! X# t) f
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
# H9 K6 u/ v' v# l; M# D: s煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
6 V* y6 {$ v! @' b不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。) u) u4 ^$ t5 ]1 P2 w
(1)碱溶法' B2 h2 `. B- F, W3 W H& [
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶! _8 A( N2 {8 o7 V# l, N
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后0 M) V/ k/ E2 C2 R9 w* j
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
2 [& k5 k! B7 S9 l3 `8 h: J, h9 q值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止7 Y2 g) T" }& b3 x8 C
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
8 N5 `: f' C! }( b9 m+ P8 [形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
0 U. b" Z4 S4 R9 ]% ]" _加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
5 H' C8 d) u, c状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
* N' L+ w! ]0 Q) u: w2 x铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
( D7 d4 X6 ~ Y9 j生产成本较高[19]。
9 u. d6 ~7 V3 |/ C; k2 o(2)酸溶法
5 t) G3 v9 C5 Y) _" w% \把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并, M9 |2 @1 {" y
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简: E U6 b: j6 Z+ [( b
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不# ~7 F$ W2 }. _& [
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常" J# l6 w1 n8 X4 _2 e
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
% R1 m8 ?+ S; } x铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合5 X5 h. I# [& c n% D/ r5 q
氯化铝铁。$ k5 J/ g9 ]0 g, {
(3)两步法$ f) g9 E2 U l
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工+ {% H1 ?& j8 _
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
3 M0 k8 |- c+ m2 c+ G8 z% h- r比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是' J4 X# \! l. u8 Q& M
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。- ^* L0 P2 q8 j0 e, t6 h- j
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常( z2 q" A9 E6 A7 w: b2 I
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化" |4 z* p, E- a
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
7 G4 o, H$ d/ c5 [流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝1 V/ F4 M' P. E, l: j
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化4 J8 ^# H% l$ g6 ]6 p! I' e% x+ T
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
1 Y. N9 } C" H& X合氯化铝产品。
( u- l9 o8 z, N( z9 e* w3 L: V' Z1．5 以粉煤灰为原料
. H, k0 N$ r" i7 B0 o r粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
/ I2 D4 s8 j9 B废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
3 J3 ?# O; @+ {8 H4 M% D8 F活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通4 K# p. n& n+ w1 E1 \ I( y
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
2 f9 F3 f1 H, M高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
+ ~7 V- m8 R6 D/ J9 t+ S人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
: F% B" X5 ~" ~& t+ A2 E: q溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再$ c2 C9 g7 A c/ j$ x' G- E, h7 S
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
3 m" g6 z R) z! z, Y% j( I粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化+ C. s8 j" z; N
铝产品，据称能耗低。' I; v3 }% C+ d8 ^- T) t) D+ e
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
, O6 H) @: `+ W' m- m解决建议% v/ B+ Y) K9 \$ a: \) `' I
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
2 ^% o" q F% U, }7 U4 D. V着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国# {$ z) X, Z0 O' [# Y% a
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
9 I7 C' I! F$ A& G& R7 h但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
/ s* A4 c2 \- B1 D佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
9 M4 I6 H' M; o( |3 Q. l7 |8 ~ @6 }认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方) ?, H8 ^: k P) S
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研9 s" H( {+ ?+ L8 G7 \! v# @
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
$ m8 U% Z1 \! |/ \. }反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
. N3 Y) ?, Z* p" K1 Y! ]硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
- ]8 ?& \7 W: @8 u6 C; o子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
3 ]1 m7 `$ l0 D/ A& ]# C入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在9 v' H0 L9 D* k3 P# H ]! [
以下难点问题
t+ T0 M9 h; ]2．1 产品纯度问题% w) F2 s6 F9 R, Q* s2 o
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通! ?+ J. Y: e- u& y9 D* C* B! f
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
/ {# |+ s, l# c n/ g0 t. z: f3 T4 n/ E国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
- d% G$ k9 F" Q& B6 J产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝, f+ ?+ Y8 N$ m$ S
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产. a- N! V4 e0 X# ]8 W
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化0 N, _. k8 B( }- |
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
r" p& ?, Z* y) o! z+ L盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需$ ?( ?( @; ]. ~, b3 ]
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝0 b( w {* Y) \# _9 d
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之% E% b9 J+ U1 }; z6 q6 ]8 H- q A
一
8 V6 v; l0 X$ h7 F& R& W `。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推) W. l3 C% Y" {( r& n; L0 s" ?
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
. r9 m, h$ o1 D" r( R4 o9 ?产品开发力度。
$ H3 S+ P' H7 u$ K/ W2．2 不溶物的问题: S( |6 ^1 t# w
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了! d2 o' q: R6 X
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而, T$ b) G" k+ a+ v3 n# m0 ^
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加4 o _% c# k' Z( H0 c% b1 r
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
4 f' {/ \, K3 o应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低5 [, F5 ^+ S' V
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
9 ^/ c4 F; @& ~决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效6 `! z( V5 [/ W% @% E
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择: ]1 h$ c. Q3 m }, K* A
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
" V: S' G1 n, y+ i1 B自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积' y, r% ?& F9 D4 w! P; d# }
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗9 o: G2 c- T9 Z/ C; G3 Q- A5 r
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，5 D6 y( s' O/ W1 c
通常会取得较好的效果。
( _; K# c; k% `$ a! @; N% Z) m2．3 盐基度问题
* R" `5 l# e) G2 C) G, ?+ i( }盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可% ~* f3 ^/ P" `: T. z# q3 {
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳8 S3 }' ?3 l0 x. {
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考+ w1 X! p9 ^! e1 z1 x$ k; a
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和2 A3 h4 l( @" n8 Y5 H7 z
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
6 T# E8 i$ X+ B, h; a! f+ ?# r' j国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
* V+ l; o5 p# q% x2．4 重金属等有害离子的去除问题
+ W' T( y: N7 h9 a& T# J某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以, N( g7 B" B: x6 a6 l6 U) x: T
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有9 J( g8 S7 {3 _9 t4 q; L
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑" p P- V4 [. m. t& m. @' k
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。1 B/ m O, z: n, t1 G0 Q% {' e
2．5 盐酸投加量问题 M4 \% y3 {! M: B
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工& d D9 a+ ^- ~$ j; n
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成% g5 w, y' h( [8 Y. p
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶9 ?% Y/ C& B; P( j
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问6 F/ k7 U. q3 S7 Q2 R: L
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
$ E- W, B' g4 a2 x3 |发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数% B+ w$ B! m5 q* Q" h
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
7 r6 ^# Y# V* Y- g6 B1 O低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度0 M- A" p _6 K
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
6 u5 h6 w! D2 R- t3 结语与展望5 r: Q4 t2 r/ K
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
' m! c+ q4 X! x8 K% _品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水" j. V( c S7 x1 o$ \+ e' c, y
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上8 z: @" x" D- t+ J
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
% X5 a9 N+ I/ q! i! g品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
$ I' [ L+ B; t! W/ D品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来$ ?3 X+ }- F) G( I/ K5 K( |
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
/ }* a9 ^5 |; o# c4 V用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用7 [* t8 o% l* d/ U
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、5 }9 n( f1 s0 X" D+ [5 o Z
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
' h5 z3 K# n# R2 F5 I e含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
2 r& R# z- C9 `, D- D8 W生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究- A# q9 n5 Y# H$ M3 l* k$ ^& e
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
; V6 K1 k+ l' R: a; k/ b$ o" h4 w聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
6 c: o( k# h; U4 d3 S$ M4 _是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
^8 f9 U" H: {6 _ I) _ T是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
$ |2 {5 l5 G7 l1 ^配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝6 U \" P; }7 ?9 P7 @
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范2 U' C' I" v. ~& z7 Q
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
; j* E. J q- w1 P4 c! V子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内$ ^* S6 x' n4 b; M# J. z
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
! Z# Q# Z3 v% A. f0 O: X: a利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产3 b0 T `5 j2 j, {7 ?
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点; C# G7 L" s+ T1 G7 N0 s6 `
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* f" ]5 {0 Z0 T; T4 `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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