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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
- g0 s5 ~& o2 L! Z6 k(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
/ P9 k( q' p, d" _在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
/ O4 H6 T) q/ |6 E4 C6 W. L液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
# P* A+ Y9 M( o" X' H) k1 o理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
9 g$ A/ |; q/ v- }7 U. P( A% p水、生活污水和工业废斜管填料中。
: G# t/ M5 x; A; n) J聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮, X6 l4 `' J& d3 k, F2 {
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代+ [! k% d9 Y2 ^: C" L
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
- ?' R) s- `5 o7 H最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
4 U2 {/ f( Q( f, s2 Z! L6 Y淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH8 e: g! z U* _. i6 l" P
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
! P) \7 n3 S! E7 ]从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
) x% k }8 J- [6 B发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
# W7 E t2 P& x0 T了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角# s- R1 l2 J2 u9 j5 e4 L0 |
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
! o0 ?' c! ?6 ]和探讨
$ Y- _) N; |1 H2 F( U1 聚合氯化铝的制备技术
' r$ m/ V& l2 }1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料+ M8 w2 ~ u0 X/ m1 J
1．1．1 酸溶一步法
) T0 I1 ]1 @7 t' L7 H: P2 |& m将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，/ X9 i1 d9 o# F
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
( ~! V5 C+ L+ L" K6 \ U放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为* k' N/ U& Y' A+ O# c9 P
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，7 p, u) E' T6 U8 r( D+ n
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
7 U1 V# ]) N, a) w; C! ]* N出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
* q$ G/ f9 z9 _7 y& m T6 D不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
4 k" r$ ^1 [; c+ i# g6 h1 B* ~至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺; T I, I; K. r" {6 |8 O4 L) y+ I
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量0 B2 [9 W: h$ D
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设$ g6 f/ ?- t1 r- M0 f
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
) n0 b& `5 n% ^$ k金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
) o3 t3 x. R" O, z/ p利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
# t, _/ m- a& O; B! i出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚, f& B4 E6 F% l6 E" M
合氯化铝标准溶液。, N1 V* i% {6 m
1．1．2 碱溶法
) q' y' l3 Y: K9 L+ L/ m5 J% x2 o/ f先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
8 c; D6 M8 Z! J% j3 n4 v5 B用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
7 w h2 Y/ _9 p2 b* B的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠" \. J2 Q; |+ F& f0 H- i
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
+ P% o) |, q4 Q W3 ?化生产成本较大2 i% e: L" \6 W: o, A
1．1．3 中和法* o# a( g: K7 I+ |1 z
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别7 B: ^ f0 x" ], K0 `8 P2 T
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即3 f# u) J0 H8 d& T
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶4 N/ {% p x8 S
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与% R) V: L8 p! @ L
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分* C0 j4 |0 K7 r2 X2 ?
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再/ ]4 d/ ~7 A8 A- v! h% _
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
) z; D1 `3 _5 R2 S, c7 j0 v到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据! |/ B2 m1 q7 t
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
( P, J/ |. M" Z y# M2 X1．1．4 原电池法
, u5 u( _. q# X4 J4 ]该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
; B% S8 l* m2 \! Q8 M1 [化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆* j0 }. x* E. Q. f. g( s
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属9 y4 Q; h* x+ [/ _8 b- ?1 G' ~
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进) @, I4 ^! v8 s7 c
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
7 p1 p! `7 a7 I4 i/ s生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
5 @) Z4 v- D( l( ?' k+ L/ L6 n) D拌，大大节约能耗 ]。2 e- v" o4 {8 N8 ^+ t
1．2 以氢氧化铝为原料
) v3 q( x3 z! s! v8 z4 C将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的( v) N1 k9 J! _" Q- b$ d% K% d
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。, S4 g, S1 d1 s# l' }) `. _4 q' g6 o& ~
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普% y7 R( X1 f" `0 c4 M1 q0 c
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故1 S. R( h6 e+ O e/ w- t
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
( B% ]9 l* S! R0 s1 O不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
4 `. m2 x7 M: A* p5 r* p$ v提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸, q$ \' [" `1 o9 u
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂" ?/ M2 w+ @! i$ |2 }
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
) x# ]; e, C2 ~: F: K$ O得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝% Q& D5 r& X) v; T# C7 @& d
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
; S' L1 [8 ~& R2 R化铝。$ r% N; `* H2 u; I$ m& }: l
1．3 以氯化铝为原料8 [& y5 [8 l3 ?: D7 V+ p
1．3．1 沸腾热解法$ J* w) e% H9 u
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
& u; T! y4 s) [氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水- \1 D3 E* h4 S+ X" v9 l
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚6 ^5 ]; x( V, m7 q7 v: K, Z: T( i2 o& f9 T
合氯化铝固体产品。& F6 C) L2 L+ ]4 ]$ s# D+ u: n( ?
1．3．2 加碱法
( {4 o/ U: f7 f( @# h Q9 f先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
- O5 w/ h: x2 ]' b3 F5 P强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
) n" @) q& q' A6 c& p& H反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产* W B1 p' T" O x+ m% D7 D: c4 G
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
- \. w4 e6 R1 M( e, i+ ~品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等' k! e; [# ?. W1 Y
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
4 y! t/ k: Z! G/ h- e( ]7 iL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报5 U, `; n. B5 H0 h' g _
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到9 `) k2 H( _9 ]
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质$ i: M/ H9 D$ z
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
; p& l. b/ Q; n/ [ ?, B滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘' ~: [' T. k) ?2 ]( g0 \
量也不高。( o) Q7 E% ]- M" }$ i4 u: I, [
1．3．3 电解法7 g0 `0 ^, c# o) A
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以. _% ]/ A; o; K4 R ~! F
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在' K; d4 X$ T: C i/ E
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉3 q! h7 _5 I5 u' k/ |& H
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合8 }5 g! z4 {7 n: ^! L
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
$ T/ x: W) o% {6 W5 |! `, @锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
* [/ c! g) F5 I可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
& @" G8 Y2 d1 j, v0 F, a4 v2 p" x1 Y/ p倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解# D+ v; c7 `9 ]+ @
过程中的极化现象。0 Z5 z( z2 g, T# j' B* d
1．3．4 电渗析法# [- w( ]/ n7 ]" ~( m* r' A7 W- k
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
: n; W: ?" x! @液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
! f$ [. S2 C$ n- A# o板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
* T# z# Q2 }7 ]5 U室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
1 s8 ]! l5 |; c" I# K A- r1．3．5 膜法- a+ N( r1 o& S, ?& u" D/ R) s
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯- G8 D& ^2 a5 O+ k
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液. n z$ {! U! Q- k, _
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
" D2 n' Q+ O! ~; r" P. nAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
. A6 V9 O+ X" P1 E7 K( t: M$ ]制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％5 r( T7 Q: R8 c0 R* w( w
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化4 L/ C9 K# n& E7 J
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
* ]8 M& w: N( s% }4 k1．4 以含铝矿物为原料, S9 d. u5 z+ m, x6 F0 b$ ^
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物4 A) _/ b, ]9 Y$ P. p
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
* {! g1 G0 f- }) T& {要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这! d% l; _3 U" |1 ^0 s
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一- M! Y. n& o1 n7 c# J" _
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等( w+ u6 v' e! G
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
* S( o2 }% y9 r2 l3 w u. O, X分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
- i) J& Z* _9 V3 e: r2 p. U8 R氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
' F- r c! c' t! U! n% K# j1 c丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
' H) _ k( s, r0 {可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。 X2 N* P. F9 d, [. _
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚' y; c0 N$ V" a* Z/ G) e2 u7 j) L0 G9 D R
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
7 ~1 b" j2 T3 g. |一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
X+ a" J+ t. O2 \9 l8 F酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。9 w9 G9 [+ L& s& M3 m" Z. j/ r
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
3 I- a, A2 A$ L0 f. u, n9 }大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残& B6 L5 z3 | k
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的* }1 ]4 m' C0 f% P
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
4 C7 h( F0 E& K2 J' D& X' E1 O对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石: K5 ?9 C% ]2 i/ r2 m$ C- C
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
( Q6 A- h6 _2 I' {溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越) c2 O5 m/ b& K! R
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
[' f- J) O2 {, A' n8 T; l5 M2 I20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
+ _. v; D4 @5 N3 J$ {5 I1 @氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
- p1 H, C% @: A" s3 q: i G氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
) Y9 K" w, \2 Z$ z7 A2 D铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于. D* B/ `8 }2 ~& e2 {: w4 }! O
30％ 。
$ w, x- k) m V一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法# v0 t; M/ c, f& ]8 L: Z4 {
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
4 M; C2 ~+ s ^, z! `" O2 u需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或0 `' f. o7 ^! v- M) j8 q: \! c
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
7 ~) }* Q4 V) y4 P3 P) X8 Q3 \* E+ h和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
J# @! I5 y$ O& z: }2 r! C; O1 A复杂，成本高，一般使用较少。! @) }( O3 |' }
1．4．2 煤矸石
: a# v$ g8 z7 y5 y煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃9 d$ L# N! f1 p
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧# Q3 C1 E: x4 G( J6 P8 p* O! s+ U- L
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原; x) h' G' v* k# x3 q
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
- i# s% j4 C- m K9 {, L& }且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分& I/ D/ V7 s1 T
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
$ h. g' ]* s! i2 D* o5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
( J- Q1 H% w. B* p5 ^氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，! v& B9 \* n' d4 R/ q# G6 S, y( G
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石# r: v+ v. t. V) n8 z F
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小2 v2 D( O- v* Z5 m U# c" i
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
8 Y+ X% W S5 W! h, f3 L处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得5 Y8 X Q. K9 R- t# A5 c# i; T" t5 ~
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化# A5 K1 H7 g: ~$ l5 F. o/ n- [' b
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
) I& o9 V0 _4 c( m; s# X( f基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
7 `! f! I; h4 L9 W& m原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。7 M7 o( O, u% K4 s' \; E
1．4．3 铝酸钙矿粉
/ t( G) L$ s5 d, A0 @$ O& V铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温0 `6 N/ e1 ], Q" @; S W* J$ u
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的1 Q$ c# W/ `0 J3 r- J# S% W
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
" S' v8 j) w. T* [" u o& j(1)碱溶法3 p: k7 A% O) H& q
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶7 @" t5 v: Y- K, j* k1 Y- E
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
+ U6 U- L Q1 [2 V9 O在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
. K s+ x$ z5 _( u% D( q值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
) a8 g" g8 P( r9 [2 Y% O% c& \) f反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会# w+ w3 J/ J* h: W
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中# b# _8 J2 [% p e- ^4 L$ Z
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠: |! o: ] |0 J/ Z& S
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
7 n! f6 \' P( V0 b铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
j0 h1 d& o# X7 ~( R" ~( `! m; v生产成本较高[19]。# k( S, S) y4 z' H
(2)酸溶法
4 g" Y+ K7 L2 y; ?9 w' a' i' H把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
$ q, B: P' |0 t* a/ K7 r) f9 u2 |熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简9 t+ M2 U+ v; K/ Y4 k+ e9 C$ L1 u3 R
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不' |# I ~8 ]% y/ ?. O
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
3 l/ m b/ t2 j; z0 i4 e不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，* N& ?$ F' j! {4 V. r0 j0 V
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
. @* l- U# Y1 p/ ~/ d氯化铝铁。* E) {$ u* Y2 k2 O7 J) [/ Q% Y
(3)两步法
2 |* i% C* l% r- }) _这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工/ C; _7 ^5 t* m
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
7 d: b; @" h Y2 G$ N/ \3 K; v比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
: |( t2 C5 b4 O, h1 |把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。: K+ b% C r9 _) @
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
1 r" S9 S R' ], n: v+ s* e第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化5 J+ Q7 }* O+ x0 z' V& X
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回/ C' Y/ o3 e. }4 v& _
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
: J* d! v+ R" Q. ]# q! G" N- ]酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化( o& o G" v3 \) T: v; g7 _9 h. N0 h
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚6 `6 _* `8 }) q! y* Y4 C g, P' d& Z
合氯化铝产品。; ]. \. h5 B: ]" _/ K$ o
1．5 以粉煤灰为原料
A N3 F. Z" M2 T0 t2 U3 W$ U粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
% G( _' s/ v6 |: V! o# E3 d废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．! \. q+ W" ?/ t4 e3 s @( D& l
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
' N4 x1 b4 I1 s. I& O1 K6 |: i$ g常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
; {1 s( x2 V2 R. S5 M: b高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
, x0 e. g4 K+ c人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
1 }4 u. {$ B$ S溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再% ?' I. }2 {& b$ x5 s2 T
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用* V; M( h! V* E0 S, S: { b% \
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
1 q9 P( A9 D; C4 _铝产品，据称能耗低。
- g6 v* h5 P$ ] y3 ^& P2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及 f( Y% |7 H m. a9 F) B' B$ H
解决建议8 f' L( f$ X; K
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
$ |9 j; F, K3 ~着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
' t3 P8 O' K$ I- R6 W$ f' B0 ?内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，7 L4 U7 }, h2 r2 j
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
. |* B# B/ r5 }( t2 b0 ~$ T佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
5 I: s. x: {* @% i# a8 l U认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
9 f% _4 e; b+ O5 y0 C3 q+ C面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研4 w8 L& Y% O$ P7 t7 D
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度+ o' M. X; ]- c# w* b6 Q5 K
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、+ Y! Q$ X$ p6 \+ G' r. f
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
) Z9 n: m0 _/ l) s3 ^ c子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深8 _( O: v0 Z2 D8 m: z1 c
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
: ]' j# i% a% ~; }以下难点问题
9 g8 O1 d3 [3 z; q2．1 产品纯度问题
; C! i2 J# z, U( }/ s3 Y+ t氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
/ }8 B' l9 Z9 p [7 @! e' ]常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我% m& G, N* s/ b# G( m: @( n
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
1 h# ~: h; @2 q% ^/ L产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝% Z! K4 k; G; ]) f! G9 I5 Z- P
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产0 V5 m+ f/ l. a n5 @
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
7 |% C: l$ l) h4 h铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝4 w7 g6 o$ C3 O# i& x1 H
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
Y# ~* Q# T- |. F' q& g求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝9 V3 ?: I- C# u
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之6 b- n+ ~$ N* V- G) N
一1 i/ J8 f! i' E
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推% l5 S9 k( }" Z7 Q7 o% l7 R
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
" E6 Q6 S; _6 [产品开发力度。$ e" H4 T; l+ K; U1 V1 o
2．2 不溶物的问题$ a9 T( A' y0 k
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了/ K8 r7 _' Y% l, d w. I: y
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而% i: L K" F, c
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
1 `1 v' \/ @+ G( I9 T* o成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相* h' q4 f% A6 g [6 Z
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低$ P8 W' p% Z# n4 }0 ?6 q& |1 o4 I
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
4 j0 o7 r% z& z2 ?0 [决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
$ n4 w* o! U7 L$ Y' P果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
7 `& ]; f$ V2 k9 \6 S& v也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
1 V% O' R% o) {8 v/ ], J0 ]9 {- i7 M自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积' q: m# X# }) Y
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
5 s, b0 y3 Q. Z7 o高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
+ V3 S* r- a7 n8 |$ l% t. @: R通常会取得较好的效果。$ i7 V2 u- ^7 v- ]0 i
2．3 盐基度问题
9 \) u! @: R9 b# v; o3 o1 e盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
4 H/ A) I0 H7 ^) x. n; j7 u在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
% q+ y, I l0 i' K/ b7 n8 v6 m酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考# L5 _1 x" a; X' ~
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
; y$ `. r/ b- A, S N G7 m铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前- \2 T, G. k1 y5 k# x; ?& a
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
# B0 A. I4 q3 \# w4 ]2．4 重金属等有害离子的去除问题
6 ]9 m8 S# K/ c! Y" A9 Q某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
9 Q. t$ |! q* A, D! {# N在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
& r7 o& E5 C3 J0 M害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
' Q5 g I2 ~/ G; l, R# _7 m* F置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。, o4 o9 _' K; H# h# c
2．5 盐酸投加量问题
; c- n9 \' |3 Y/ d: u制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
! _& {# ^+ O9 A' m# ~业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
1 R' V' F2 `+ h7 O本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
, K' \4 V- ?) ]4 K' R1 l法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
* l4 \/ p8 M( d* l# A题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
& o, y' b+ P6 r* j) ~/ \发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
% i) V* F$ }6 A通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率* ^6 s' F( u0 ^+ O9 J
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
8 `9 [& [; B; x. x! p低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
2 p# I! f% [! ?, Y) z9 O' h- i3 结语与展望3 C4 [9 v9 b( u1 Z. q1 |8 f
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
7 }/ \' Q. q% o# k4 X& D8 G# R品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水$ h) K+ M0 L7 ^& L/ _* T: l0 @
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
& _+ g% W8 t k% l有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产& k6 u3 q" \+ }; q
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产7 F# h8 j% G4 e2 v" g
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来% K% ?# B' O( M+ _. M
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
, r4 F2 j' I( R; J用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用3 P6 v \5 R7 e$ T
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
! }5 E3 P( y. k氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用4 t& j) ~$ W2 Z8 [: d
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业* R/ O# {3 S' K7 Y
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究' a5 b2 [. D4 ]
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
6 l. i- I/ h8 D2 K聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，" i+ Y' N3 @# R* h; a+ ]
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
7 x( l' l$ |# q, z是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
( ^) c" P6 P3 T' |- a配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝+ f9 V- p! x+ o
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
9 w' l' u( ~: L围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离9 A, h, k4 t6 L* R
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
# V( e3 `& j7 q9 y; _+ }9 HPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
. O+ M& N7 U$ S, J( M利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
1 S: B& {( M$ f. w工艺，必将成为今后工业生产研究的热点- r& ~% \ p" d
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, g# z: b# ?" c+ S5 q1 g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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