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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾5 O2 p2 Q v5 t+ `
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
- b6 n5 g0 _2 g3 E! _( b0 R1 v在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
' M" Q9 k! P4 @$ I$ A& l3 U液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处4 H5 e1 W' ]* B A" l8 F
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
" R/ z1 }9 u/ H+ X0 F: E0 W3 i水、生活污水和工业废斜管填料中。" c. `) y+ z. P( h1 M
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮 S2 N F3 a/ q% P
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
3 ^! h: ?0 h) g投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量' I6 e% x; }9 L: |4 m
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
+ E* p- A ?0 A4 V! Y3 E淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
) G8 G( t7 U0 ] w) A5 t% E4 h/ ?2 b% [值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
$ X" X1 T2 g. l7 S0 }从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
6 s& a9 g5 H. S* c0 f: w) u) ^8 t发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
' M4 O9 v; y* ~) x2 x( c# g% N+ s5 G了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
7 t& T! T5 O0 h! H1 q度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述. d! v$ `% O a+ V
和探讨
9 O2 c8 B9 D! J0 Y; i* \1 T: D1 聚合氯化铝的制备技术
5 |: s8 T- c- I* B1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料7 h5 ]9 P/ {4 C- y- z4 M
1．1．1 酸溶一步法
5 U! U& w% v' a! }将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
5 x) v& K9 o$ l, Q在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
# `; ]: ~ W9 i- S; x' E放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
6 E. c5 U* S' g: P" Q; H. k, X) [放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，2 Q* ]7 |7 w( t' Q+ k8 _
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
- N9 ~" a7 X3 [出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至8 r; s+ Q- c/ K2 X8 v
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度5 l j" S8 J+ y5 o& p% T6 B6 y
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
+ V! W5 i% X* i/ J4 a6 D3 H简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
: e, e ~9 |) G7 b: {, x较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
w: e- d- R0 b9 a/ Q3 g! Z1 l备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
2 U }2 F* V ~3 s金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
8 R a) S1 ~0 d利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
& q7 {6 n$ B# D' f6 S9 \ y出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚9 t# }2 d' U* ?
合氯化铝标准溶液。0 G1 y1 V* ~: t* k/ h; r
1．1．2 碱溶法
' J. G, i' o& e3 s+ P) x7 g先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再$ e- j5 Z- V; [
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法! y% E! r+ o) H
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠; G' ?0 o! g% |' ^1 U! m
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
4 ]0 H2 } G9 ?9 R: l1 _& [4 T化生产成本较大5 V! D/ e+ \: t& ?5 j
1．1．3 中和法
& m/ i9 s9 I5 R5 ~3 x5 V% p. T# [该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
' w* v$ ]4 x9 L0 |3 w制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即/ ?- S' e8 q2 K0 a4 q: O& ?! f- Z
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶. M2 X8 }$ _9 ^- ~$ k
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与2 |2 C: M, p3 Q: d# ]
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分5 G' O2 i, m) Y0 l
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
6 M7 z7 O8 O! t- R4 ]把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得4 _* \& X5 g! X9 x$ S
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
2 ^9 m+ n0 F1 l4 b称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
* `$ z; c. e' P6 v1 h; F( `1．1．4 原电池法
* Z: q. `* t6 i4 d7 g该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电- n. v I5 P. A6 |
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆' S) T. ~5 e4 B
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
5 A8 K/ @ S' L- |# Z: V! D0 D0 w筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
7 k$ |& }2 `% W0 V7 m! ?; P行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
# I% {/ x; S' M2 \: q生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
" s( i: \) x% n. q# L# s( L拌，大大节约能耗 ]。' _; V0 q/ B9 R6 U& G# ?; o
1．2 以氢氧化铝为原料
! _5 ^$ \) {2 t; Q将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
* c/ }4 _2 d2 U( O V温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。/ M! i9 ]$ X) H; d2 S
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
. W* v9 ^: _9 B8 s2 I7 K遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故. @! J7 R) m7 b6 u
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
2 i& C$ ]! m' z6 ^. Z( |( |不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多8 c# [/ w9 b+ Q. j' p7 t
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸8 k( e4 C2 X! L! b% u
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
+ z* {! H$ T6 x6 X: E质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制$ S: F$ n9 [$ W5 c& E
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
- T" M$ r4 o3 O酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
$ d" h6 ^7 S2 `2 m& |! v1 Z+ L化铝。
7 \8 \, J1 l' E3 I6 H( a v8 G" ^1．3 以氯化铝为原料# i, M, a6 }, X+ _; G4 M
1．3．1 沸腾热解法* _' Y; k. x$ K2 E3 ^0 [5 K6 l
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出) b% ^+ S6 }1 U, S6 C" E# p: W# n8 C
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
9 ~. C" h+ [, G; b' Y: m搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
2 h2 X2 X" B- p0 d合氯化铝固体产品。
0 Q @ t3 s3 v& d: W1．3．2 加碱法: l+ f. _) b4 Z: W4 H5 s
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
3 l8 \, ?. Y! c `4 `3 J强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
: @% _* J3 b% K' m: U7 G7 A3 V" f6 |反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
) `* |% a, }1 w品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
9 k3 f( ~4 B8 ~0 q2 n: f品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
9 `7 g0 n! W t4 D通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／+ J- h: d P! {5 B+ E# x* s c
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
9 h) P9 `, V) d+ Q' o0 N8 \道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到7 l, [6 p+ a$ J& U# p. l
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
1 e! `; F& s4 E1 s2 I量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
+ j# s% C1 D5 z3 ?. {滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
1 X c# i# B9 h2 x量也不高。
! \# c" N6 ?, e, h1．3．3 电解法
, v! [5 U \% ~3 G6 _6 S该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
# i$ Z# A" R$ X7 g, d+ b: R不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在 e/ o- W. d8 r# N2 l4 |
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉* X2 x3 j, y: T+ s6 A
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
' k' H4 K* J$ _& l/ k9 z8 w氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何 @ \3 n2 H8 V, d9 D% M x
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
: t: f7 A8 m; U可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
8 u: W+ P* e) ?/ K- r8 g, O倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解4 q7 K# i3 G( L9 I5 k+ d
过程中的极化现象。0 O( F% H: M2 W$ p8 H
1．3．4 电渗析法
) W3 p4 J! |7 _ R U路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
2 y- f( G4 P. d& s; Z) \4 U( V液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁! f, T. M( D- X1 p5 [8 ?( ?9 j! D
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
! D9 ]/ c& _4 P室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
6 n" A' [; P8 M1．3．5 膜法
5 y- h* _- e/ C5 A3 u' b1 T \该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
2 Y& C/ P& i5 N6 X/ N0 u化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
7 Q3 h. w9 ]2 b* w2 J8 m( q通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
; p6 l; e9 ]: N$ C/ ^1 W; b1 O. G6 bAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜) ^8 M3 i. g+ {
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％( D9 L# f0 X% \+ c* c
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化, w' M2 E$ y; n% f+ v- f% S
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
4 g4 W( b/ ~8 Y6 p7 v9 B1．4 以含铝矿物为原料- h1 K; ~+ k) E W& f+ z$ ]
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物2 k1 l, L7 m2 Q& {' K. e
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主! U( g: M4 \) s) i
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
% ^+ A- T7 `% ]0 C! Z几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一; p/ s7 Q) l$ U0 r* e% X* m. \' q
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
* @! B9 G7 P/ Q# D& e的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
) A7 V- f+ E% j# V- s! C分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二8 H( v3 D8 W( u$ l. e
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为' E! g- H, Q" y# Y2 E
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，% E T' H' L5 Z6 [
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。* k+ n; q: \9 B) Z
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚" K8 k @- ~0 O/ m# T7 ~) }
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
/ b/ t0 w: ^# m C5 ]' j* [5 y一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。# ?* K' d3 L6 F8 g+ x! m; p+ S, Z
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
7 Q9 X% g/ g0 \! ]3 H+ N生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
4 d" x W1 |8 p. B/ [( n0 I# Z大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
. V2 R& `3 J* h+ f0 M; b. v渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的( n% l3 K, a$ N8 j% J8 A l
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
7 q% n5 q& y4 @. Y对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石6 @( J% `; p) a2 K/ j& a" i
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
( x) _- R* v+ f溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
- ]# W A" s& R高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
8 Q, j3 ?' G6 p. |20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合3 i6 \# t7 ~$ J: ?- m V
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
/ v( W: B8 M" a' w) O) c' m8 K氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
% L, M, l2 r! Z铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
/ \- ?- c) `/ o6 W: d30％ 。
4 r& k$ c% h% `8 T3 D& E9 T( p一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法' ?6 R# B) V" I$ T9 O3 d! U( e
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
+ l! Z# W4 U0 {1 g3 c需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或$ K0 J' \4 S6 A& F) T+ g
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
y7 D; o9 d% s }和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备- d. t; H3 Q/ V! _
复杂，成本高，一般使用较少。8 P. h+ G7 t$ F7 Z, R3 d
1．4．2 煤矸石: |: X% c/ r( P* T
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
8 X% p, l4 Y9 |3 X+ ^+ h物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧% A% p7 G6 W# A U% n3 r9 R3 p( F7 g; Y
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
) A* C- O; G+ E2 H4 u6 ^9 a3 W5 l料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
# [$ b3 l& E" r- R- |3 V L+ b+ a. Z且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分/ G* `/ T+ {. A- x9 h# E( Z' L5 g# Z
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和& u. b5 J* |# C4 f1 F4 ]) b. n! }6 Y
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
, B# c# _3 B8 m+ H; X; ~9 {. x氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
n7 v& V, J+ l3 F* S已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
" f5 d' R$ [8 Z2 h8 n1 d6 O- D经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
/ `5 ?, h: n) `5 @2 m时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
! G# V/ O4 f4 y处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
9 {( S A( e" m+ g! C5 J结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化+ b$ @% t; M0 O
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
1 _1 l# Y; p2 t! c基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为1 x7 H, b7 [. G' d+ B
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
T) T5 v+ @6 I1．4．3 铝酸钙矿粉
( z* m& j$ R' _7 F# U. ^& g, A+ c6 e铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温% R9 I3 F! Z/ ], f, t. V1 L' `; `" y0 j
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的4 e" j' z) |, H* _: _. ~1 O
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。# O+ X) V3 {2 v5 U9 |' o- u- v+ V
(1)碱溶法
# O$ S, L4 t7 Y$ }; `) X& O用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶4 i2 x5 S0 G! u- q s( g f
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后+ h2 k) ], X4 h0 L- J8 W* j6 B3 V
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH( Z8 s) n2 Z6 g
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
% x5 ^( C4 T- k& I7 q反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
5 W+ E% a: `; }7 T! O形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
# q- z, c! M! f) o9 o: n0 B加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
; O5 i2 s# N+ Z7 p3 J状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化 [3 I# J, c6 E/ d# f$ N+ ~4 t
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但/ I+ W3 \2 m+ P) ^) B8 L) v
生产成本较高[19]。
) \6 S1 { O# k4 I(2)酸溶法) E8 T0 s9 ^5 T. A9 v( M
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
% o. H/ _( V4 X" y j熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
# |4 X% F( S5 A; X3 {/ H6 b' Y; w单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
' i/ ]7 C3 g9 H+ {: j( E( m溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常7 O6 R: p4 D# W$ g
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，0 z* Z8 M Q# t2 \3 s
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合: Q: ~9 V# S; J/ Z2 b+ c" ~0 B$ G
氯化铝铁。
) W$ k- X! A+ J(3)两步法
2 W+ @" y1 w) T" H: i6 u这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工' j' S1 F% F* ]1 e" A
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
7 x7 u/ k6 j% v9 c2 B& t6 E( k比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是$ `$ K5 r% T- r6 m$ W
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。3 [, A1 g3 P; Y; h1 q
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常2 x$ P9 s' m0 b x1 l. h
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化 e1 e) m* O/ i7 y! u9 {
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回2 j) {* p4 {" `. m) O
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝- n4 S, C7 u/ v) V) {0 s
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化# K( g M; F t9 L/ Z0 p/ r
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚- r5 c }& V* e8 _/ V
合氯化铝产品。# ~+ _3 Y5 d: M( S* e: D( |* X) H
1．5 以粉煤灰为原料1 }" ]6 M! h1 {. Q" D
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体0 A/ Y$ h( y# K" y8 Z9 S" l. R: t
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．( {6 q8 C# F1 m) e
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通" y; U% n' Q! u" \" x& z4 z h
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
3 V2 V9 D: w4 W T, |! u; {$ R高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
8 G5 x7 k+ w/ S9 O8 b( D3 q人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
; a# }- l& ~/ w! z m3 l溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
: E2 n# W, Z( x用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
! F, v, L7 b# R/ t) Z3 ?粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化# }" S" s* W8 [; X3 z
铝产品，据称能耗低。4 `& ~: I2 l' x% c Z4 l s
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及6 D8 n/ T3 g: l( e5 V. U! k% E
解决建议+ I9 ^& V; E* ^2 }# V" _# F# `
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
! k( Y7 b! {* f/ j1 J. J( i着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
* a" i5 s1 K! n1 W/ ^/ H内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
2 ?$ }: U7 R6 Q( e但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最1 J) E* m3 [& [
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
* Z) N* B. J. @/ ]认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
3 {- Q' S' ?) T! J; c# k- s6 a面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
0 N8 s2 O/ Z% ?# B+ M究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
$ R- ]2 |' T, m$ x% w2 t: E* v' ^3 w反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、5 X- a. N2 z9 D c
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离5 I& b4 a9 }$ J: y# b: D
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深& k# u/ V ~- a) w: I
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
/ w( m0 c7 t: x' I6 G4 P/ G0 z以下难点问题
O& m1 L4 F1 w- ?- I2．1 产品纯度问题
: s! B j# n, g: ?) R8 U/ S氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通8 X b& k9 ?! ? C' A8 c- }- X& ]' F
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我* K/ v* H* z: k1 D) m
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
; n& l/ S( Y$ ~1 l1 ]产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝6 R+ \& o7 \3 K- ^
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产6 e) l+ v0 }3 S" E
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化+ J( b4 U5 x: h* _- i1 N7 n
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
. F2 ~' Q0 S5 }) S! X9 A/ z6 b盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
; J7 U# N; N9 u# r D2 @* `求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝& V0 ~) r/ t$ A" K
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
) }% ^1 t4 t$ y7 |) w' D" [一
! K: L! \ n7 e" b% b! ]" b7 ]。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推9 ~: H8 ^1 g. ]. H
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
3 f# L! A7 s( S& f5 H1 ]8 V产品开发力度。$ T. ]; G3 T7 t, B
2．2 不溶物的问题
$ [. a7 e1 I5 Y. e( z1 P5 Q6 L) a9 y国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了7 s7 f/ P* ^: q( o
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
3 M" Z, ^6 f" L0 g$ Y3 F矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
0 f! I4 s i5 C; L3 [4 V* [3 l* j# q成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相8 ]% e$ p3 B; A6 E( ^) h J9 I0 M
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
; H! t* i- `/ I1 h4 y" R0 |1 x不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
0 d, u. U, s3 S; m$ p# _8 M% z决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
9 D! _/ a3 b O$ j* k8 r; S4 |# W; J8 M果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择/ n3 ^4 w4 A4 L2 L* t$ ~
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
( x$ h0 }- J/ v# `5 r8 K1 B自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积* w( A* J& ~2 |- |$ |
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
3 d+ E( N/ Q) t6 n高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
; W- [: Q/ A9 d# V; Q/ R, B通常会取得较好的效果。
' J# O; ^' p8 a+ t E+ E2．3 盐基度问题
6 d [2 W8 }, F- M盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可. Q5 T+ z9 x3 c, s) S* \' n, [
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
( Y# D3 Z# c, t, u8 M2 Q7 y$ n酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考1 S6 r" s! t2 j- `/ Z5 E- E
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
; z3 w6 ?0 j: W; ]铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前. L2 g* W% R( |8 D
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
5 ` N2 S b6 D7 q2．4 重金属等有害离子的去除问题
/ j# c, m7 |" h/ d( h' C' d8 S某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
. e/ m, G/ q& H% r# a) {4 P, Z在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有* X' W; L7 Z0 e( ]) n
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
8 P6 I1 B( ^1 a A: o4 i置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
$ V3 I" A+ P, t( z( B* d2．5 盐酸投加量问题# l6 Q5 f" O1 \, T& p
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工) ], N: D' p h' P3 n5 z! n; f
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成, A$ O+ D7 c3 C
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶5 w5 e2 ~! ~9 g$ ?6 q( G' f4 }# p+ N
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
; |" o# i7 Z/ Y- ]题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
) z. P. G9 i, Y6 t" p发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
6 _* i+ T1 ]! v6 z! i$ E# x通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率: w* v; p) I1 Q
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度6 \/ v6 r* p0 Q$ K- F- {
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
# B3 N: q' m7 Q7 A! k( g3 结语与展望
0 j1 z2 R* E6 O# t聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产+ Z' f7 l. n. `: U5 J) R% ~
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水/ G; X+ X/ q6 ?) K/ }
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
" E9 v( C% M, v2 e' M, Y2 d- I9 a有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产* U- g: W# Z6 R
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
( z+ Z+ g9 i2 |+ j O8 s品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
" p" i8 Y5 R* V由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
& P) u1 \- E M用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用4 x6 }* B4 r L k( }# ~) F8 i! x; ?
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
Y9 P! l2 n: a; L3 f3 ]氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用# l8 |+ j" y! P7 C4 ?: W
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
- q8 ]% `; U9 E2 ^3 `% a1 @生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究7 V& q( P% W+ Z D9 G' b8 e
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产9 S- O( Z S7 a* b8 x" [
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，. {0 @0 L7 N6 \6 O' r
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向2 |1 n9 x2 _7 ]+ {$ I6 L
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复( _7 x4 ^0 S0 Y2 M# T! n4 [
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝. Q, w/ B% n, V. ~/ @; K1 Q8 H3 A
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范/ m' C |" U9 M* z0 c+ h
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离; Z% A3 a: c- z* {( ^6 f- n
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内 t% V3 ~6 i0 f
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料# m# k! S* J7 A; j( u: r
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产7 F2 \" V- Q' v- b$ C7 a' [" ^
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点: I$ Z* ]3 K5 L
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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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