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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
* R0 C& |. a0 F2 \/ p0 M(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
+ J1 j/ @8 w& X. k. |" {8 L在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
) J1 s u Y9 b& _' y4 t液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
+ e# i7 I6 {- A( a* t理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用2 T& J/ @9 J5 D" M4 y% ^
水、生活污水和工业废斜管填料中。
9 r6 Y6 \2 g! F3 a聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮( a. l8 r! `) x3 X
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代& [9 {6 E+ x* T0 A) j
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量1 @# O, @9 k( |) v N0 l- T
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉% I+ s6 V q+ p# Y* \* k
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH/ u& Y+ o3 m0 ^. C
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国+ W$ W# j% \( u# i0 k. F+ l5 [
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研9 ]; _+ `) U" H' C
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到$ Q! f/ |& E; Z, Z: x5 m; [
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角. {/ B( P; }- J8 H* g
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
" K$ @0 d/ B( l) e- {# z和探讨
6 F- Z N0 d R8 A1 D Y# o6 D1 聚合氯化铝的制备技术* Z0 E& t7 W: k6 b: ]
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
$ w; U3 L" y; b3 s/ ~' P; X. J6 q1．1．1 酸溶一步法
1 i/ a# G! `, ?* p. z将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，" @/ O3 V; o x* ?8 U9 W. w2 Q1 D
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
y4 ~% A; M9 g: Q: s) C0 G/ U, S4 r K放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
% I2 l; J% g3 t放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，" }) `- K8 r! l) T: C7 R! ^
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
6 M3 j% e; ]5 V% A' m: }$ _出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
, @" S: j9 B1 F; ^0 J不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度6 U6 x! f/ T& k: E: P6 d5 Y9 v! `
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
# R- ^* X& [- A* n5 i简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
8 s, `: B" i m较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
2 d! g: l# u4 _/ A) L& _备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
" }2 D6 }/ @ Y) ~金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?/ D" _7 |1 n2 U. f& U: Z! v
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备# }" h% b: C+ Y1 K7 Y7 E e
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
4 a t! o1 T {合氯化铝标准溶液。
2 L6 Y: ^- M6 J- m- `- C1．1．2 碱溶法/ q5 r7 _! p P" h4 e) l5 Q* v
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
6 h( g- p, v) \. o# t用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
9 m1 q6 C6 ?1 u# M- d的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠; V, J- F# L0 o/ X w6 z/ e- f5 p0 k
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
( r0 W' Y! V* G+ ^: ^化生产成本较大+ o+ I2 w t! O* B7 C
1．1．3 中和法
1 k6 Q' u6 @3 t, {3 @4 o/ A/ b) k该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别* I$ a2 k9 w. E0 _* h9 c$ y, O
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即1 l8 n+ z- {) `* b2 _, z
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
( U9 v: J, B0 L5 V物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与9 d8 _. i0 t4 `4 P; n6 ~
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分* h+ r/ ]( i0 U
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再5 c! }/ `2 e1 B
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得6 E& m; e% \. t: c1 _# j
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
2 \: D& N7 W4 a称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
) y ^6 ]$ R2 n# F9 r1．1．4 原电池法
* x' w0 L# ?! j( b该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电! |, O/ C, P; f8 T2 X. h1 v
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
. P, B' u- U" H- E+ W桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
& ]( T. D A C$ e筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进0 ~) p5 Z; I! e0 G' { ^* P! E
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
* W5 N# G* ~0 _( @+ T9 E生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅1 b& I# T# U; M" Q% X/ W: l( h
拌，大大节约能耗 ]。
% A9 F0 t6 ]) y' n' n1 ~1．2 以氢氧化铝为原料
8 b/ p6 U) N# T% c/ Q' @8 m将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的4 u7 {* n& v2 ^+ W
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。3 A2 K! H5 O! B( G% g. W
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
5 t5 M) X* W7 r遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故) p, i9 t& L" F7 s1 t2 `/ |( J) ~+ \
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
) t4 x/ L: i" n不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
1 p2 a5 R1 m4 I提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
2 W9 Y/ M& Z. q: N5 y% O0 F3 @7 A4 q: T4 ^钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
1 |6 M8 g; E( }5 t/ k' N- J质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
$ s; f5 Y2 P4 Q! [5 G* s得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
5 M/ [( v% S1 Q1 Q4 l3 `酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
0 E `& B+ M) h$ |化铝。
$ p2 _3 F& Q6 W$ b! W7 |1．3 以氯化铝为原料+ V. Y7 Z; M0 q
1．3．1 沸腾热解法
+ c1 p! `, o6 b3 U q. D( i5 o用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
7 Q+ E! ]$ R# U氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水( \8 B4 R3 X" S: ^
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
+ D/ O8 n g) G! o3 _合氯化铝固体产品。
0 ~6 X% M8 g7 {- p' z8 x. b7 F, l1．3．2 加碱法$ o/ k, e, \( Q5 G
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
/ }2 z$ B/ P' q& ^/ P9 J强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，. G( M; X5 M! i
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
/ q# t6 m: j+ r/ e' S* j3 a品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产, H, d" h+ ?0 x" r2 l2 ]# |. b8 H
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
5 B, k: }( Z5 u# F1 `通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
6 E$ v9 t' L: CL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
* e5 F' V1 }" o4 H4 @道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到: z/ U0 r1 Z7 N- o
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质. \( L4 {7 S1 |' G1 j
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
: m* @% `; _; {' }1 I滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘) s6 l2 E2 j' J, u
量也不高。
7 W% C q3 e6 C, F1．3．3 电解法
2 M9 D5 K. @1 K# x1 G! Z9 B该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以6 b7 ?/ @) c/ N) `4 A1 w8 t
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
1 S( k" S' F2 I4 t低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
; k. W+ \6 s( y' T2 t, s等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合9 n* W7 a5 q! C6 s
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
0 u* }8 z, y# ~$ @- e锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
% X7 C+ B3 C# L/ w0 g可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的+ E- E0 S' d; u6 b4 p N
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
- f' H" x: e% g/ V8 s过程中的极化现象。8 f% a2 R {7 O' Z5 b% N
1．3．4 电渗析法
E5 Z, S; A% Z# T路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
7 h$ L5 t$ s [7 r液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
% f9 Z% n3 M2 J/ h0 T. \! D/ E# Y板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应3 t2 j. } J$ x2 t* N
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
3 t, k" K. v+ d% J2 P1．3．5 膜法
( z% N S, N& c" p# W( g该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
' P/ X* X" A- @' U. I8 I化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
" i# I! b9 V# s9 t2 X通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得2 J" E8 W! {+ q( |8 L7 t
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
7 g2 c* x4 e1 h1 z1 t {* t制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％" M6 ]( X6 o- g, a! M- s
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
* u M* g8 a2 C- r7 E" N" @铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。# k$ T9 B0 A2 U/ S
1．4 以含铝矿物为原料' R0 D- ~, I" D* y1 c7 Y
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物1 h- }# {, s, P6 ^8 a9 U) ?2 |, e
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
: I% n& G, L3 G& j J要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这3 X) O( l7 L9 z( B9 ]/ k
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
) R9 x- \$ y' |般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等: D8 f! W3 S( k& S& y* Y1 N" N
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
9 I j" z' P# N# m+ }5 {分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
" ?% s: B3 H( |; G, S: u氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
2 Q5 s. f. t& O" @* Y: a: @' F2 c丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，5 O% J' i5 d9 A7 i
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。9 \9 B% S! o! t6 w: k
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚9 C; C* o1 o9 G: b4 o4 O
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物0 w( c7 A- X$ s# K
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。1 i2 D# M3 R+ C* g
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。- W) E+ k0 F8 G$ \
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较7 g, V' K0 I3 H6 m& h
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残# g$ G" m6 O; [0 n9 _) Q i
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
# x. }! P: O' Y! D$ a9 j, ] \. y粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
% V0 L" f( D. d4 J+ d0 y* E对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
/ n% G7 d" {1 q种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸% W! Z: x) n" j$ s) h$ u* A
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
3 W/ m5 L% e- g1 |4 V高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
7 X% ~5 R+ y- E20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
/ D" t6 k7 j/ R9 w$ {! k氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，' `$ E3 O. K7 Q. r
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝5 C* Q; X6 a$ A; I* Z7 y/ l
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
% |* N5 @2 ~, ~' K" m# }! E, @30％ 。! T( `5 h) S6 R, L
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法6 r/ s8 ]7 K) }# p; T) B+ s4 n
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都. |# \- ?: n$ E0 ^' |- C
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
) W# _ V$ c; Y$ k其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠- R1 Q4 H9 u4 I: [4 E
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备8 f5 Y7 Q$ d& R; S. G F
复杂，成本高，一般使用较少。
7 k' J' O5 {: I( F1 i" H5 l1．4．2 煤矸石' ]: {3 R% S3 R
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
4 D0 H1 r5 p% z6 D5 I- J物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
. t% v% P# e+ N; A5 e4 T8 Z增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
3 k' s5 l5 A, _+ ~* ~& [1 y料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而; B; E+ ], F% ]: x. A. Z# c( g
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分! S' f# m/ U. Z- V( N r& |) n# b: Z% ^2 _
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和+ W9 E. ?+ p: C9 q1 C; ^! I: Q
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
6 a0 ]+ P$ ] O" C& Q; S氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
- f$ z/ J4 B. \已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石1 k; e. X% p3 c: j( o
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
! c9 R+ b$ b$ Y时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当$ Q6 y7 [7 R+ V. d9 O) b! _7 J& h) |
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得, v# T4 \ e4 f; ^
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化0 g5 r% ~! C* P' [6 f7 O' i2 i' o
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
+ \' d& }; ~ S$ S- G3 F基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
. D9 N) w+ u0 z2 x! @( D原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。7 t5 Z) {/ V& c% a6 z8 R
1．4．3 铝酸钙矿粉- ?+ u* t: w3 l; M
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
, b- |/ T2 y: x4 A' i1 Q/ }煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
% p# P- o! D2 R+ c8 U. R不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
5 y8 R: _# i5 O# p9 z. L(1)碱溶法: p3 |1 d4 i" Z8 d7 b
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶0 m: R* p. ?0 P: w# I. p/ n7 ?
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
/ V. i7 D% r0 D! d7 Q7 s) S& W在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
6 f. g, U+ |( N% W值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止, K' g! _$ B9 e+ s& a
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会" h# U/ J- \1 L2 `% V) x! ~0 J
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中* a1 \: W8 c. }) I c
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
3 C; F, g, V5 H" F! W3 f: O$ t% ?" L状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化7 ?5 u" R$ m, h) m1 E/ E! b
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但" I" L3 }3 }+ p6 ?4 g& a. F6 G
生产成本较高[19]。9 ?) y: c5 h& i* _; l
(2)酸溶法; D7 b) j# N L% y" ]
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
' m& I- k. O# a5 x E4 d5 x熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简$ E9 Y/ j$ U4 V! I' H) N* Q7 Z
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
* S8 l0 H" R( o' F0 [溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
; K1 [' G7 y. Q: q4 k不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
{. L6 E- n* h% H6 j* G2 m$ a7 a+ M) R" P铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合& H6 i$ `. G( \% {6 _6 F
氯化铝铁。
+ k7 B, L+ H& ?(3)两步法
8 K" R- u: N8 x0 A& m; Z' W9 Q6 X' G+ M" I这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
! `9 M. w& p" N' x: {/ n4 b: d& y艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
4 | G6 k1 A6 I* j# ?/ E0 c比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
) M0 J9 \! }$ D& p把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
- D: d& ]; T& w- {这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
: T, _/ C5 q6 S/ q第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
. @' N' G; H- ?1 }; x( Z铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
2 }7 G4 ?$ S; v' A6 x流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
. N, X' m% J" `0 Q) R! M6 a& R3 F. ?) C酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化- G9 X. D' c& |9 ^2 I9 J7 s3 a9 W# I0 B
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚! K$ c* B6 k$ {4 F$ Z
合氯化铝产品。7 ?. j+ p5 w/ G2 h& `2 k
1．5 以粉煤灰为原料1 S3 K: {3 k" ?* n9 W
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
! e9 O9 {; Q# @- p1 u* K废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
G; H3 Y. L8 G3 G9 Z% g4 H: I- m" J活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通% O9 A/ R+ v; T; b& O
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性# Y3 g# i: [1 F- h+ }
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有/ G/ T) ?8 z& Y2 O0 n
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸. m6 d2 y D; G0 ~: u% T
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
$ ?. ?# K- U8 c' V, T/ o用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用, ~! H$ L( q4 R/ }
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
, U3 w( I3 {( `" g, ]) D铝产品，据称能耗低。
; z" A2 w) l+ C2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及( B8 d" V* p% M: C8 \
解决建议
6 \9 f0 p' q+ l, d4 q$ u我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
' G* V5 O: R$ V& E( b着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
; D. Q' q* O1 g) H5 u) w1 L内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，) |/ y% y# P+ I% \, {
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
1 C9 r: D- e. z: F# e5 c, y W" @佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
9 e4 j9 g V% p' F, I认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方2 H# p: x2 a& Q) W+ p
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
0 O4 n& X3 {9 @究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度7 ]$ G+ @+ t5 o. \' b% C/ ]: D
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、$ o! x" B, g' L+ g# |
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
- C# J- E. s7 @* C: X$ M8 l9 S( U子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
# u% ^0 v' Z% F0 b( [入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在, K1 s2 Z: o8 {. c8 g
以下难点问题
, f: l6 s; `% e; x$ U2．1 产品纯度问题
- y( A; ?3 l* G氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
) E1 ?4 R5 W" }* \/ l$ g常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我: |+ I" J3 C# g8 [4 q% u
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列6 ~0 g" J* }( M F* E: H
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
( O5 J7 S+ }* a# I1 Q2 r. i酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
0 Y; ~1 _* K* O品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
" E% c7 B, g3 [铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
/ B) Z( a2 s" q* c' t& Z& l$ a0 f! s% X+ W盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需+ a6 Z1 S% n4 I5 S2 E8 a" z
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝0 Q* `" z/ {* D) K- x
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之) x) E c$ ]8 C- M* y
一# G) B, f! F3 V' j6 {+ `2 M8 t
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
4 e( m" L3 R& B) ]' z7 w广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新5 x0 }* |- D$ D" H, Y, I
产品开发力度。3 w1 ^/ r/ Q+ J! t0 o2 K# E
2．2 不溶物的问题
' |4 q3 d8 N1 x2 M国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
) u# ]% E: `8 j5 Q明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而3 G$ x/ l! N* p8 ]5 t" U5 x" t
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
: H, _9 ]6 q; c4 f7 t/ m' ?$ F成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
# M9 C( e# Z# c! H; F应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低1 J1 [, ?- @% q2 p
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解+ a, x/ r8 J8 |: z" ]+ i% y
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
& s$ j0 i2 B& d8 ?; o$ P果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
, W0 X* {; Y" _也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：① G1 R) k2 y% O9 J, B
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
4 e8 M3 o, E. i7 w! k小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
" T% \+ [5 m3 K: s0 M% f! R高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
" }# X) k/ q, c1 i" Y7 V* `通常会取得较好的效果。( f. o, G) s$ `
2．3 盐基度问题
4 |, K, s6 l7 K9 N盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可5 r- x, _; h# D3 }
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳- I- y; z A @
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考. H8 I. |& `) S9 J+ i" ^% o
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
8 f' N `% \3 {1 a% D- I铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
0 I6 X! ]7 T0 U& Y# b$ N国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
6 a6 q# ?. ?5 [: B6 Y2．4 重金属等有害离子的去除问题
3 G- Q" v; A- Q& X7 i, H某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以0 Y6 q: X" R0 j; ~1 S
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
" w* e% V# Y- z. M; v) @害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑: n+ \5 V) k/ M- u3 L
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
+ ~ ]: K X; @% }2．5 盐酸投加量问题+ i9 H" M& z A% m- K
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
- b& a) Q9 E$ W3 Q9 R业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成* j# g# Q0 e" G7 A; i
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶! b+ G' Q/ u5 x4 v! S
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
& {! c) g. |9 V5 ]题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥) v: M- S9 L- ~, [! p
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数+ Y2 J! X. B9 b
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率+ x; [0 ~5 U7 ?+ f0 L' ~& k
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度7 H, c$ ^ k- `4 z! ?
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
4 H" J' ?2 S: {3 结语与展望
3 F$ n. t& k5 b! R: M8 B聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
3 f+ J: j1 i% E& F; |6 K5 e! z品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
: }) p5 X$ N- y: q% J处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上: ?6 t/ f, L6 g
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产$ w, g; ?4 b* [3 K- B
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产- f8 o$ o5 D5 I
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
B; D3 e6 C2 O由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
% }+ l# P. }* x* X4 x g用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用: D1 V' ^- F) K, ]6 U- r7 V
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
8 o% I- e1 G b9 T* E氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
' V9 [. m0 C! ^3 E6 y2 \6 w+ @含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
: k& B) x1 ]" N8 L! ?6 E2 T* i* j生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究$ @5 Z0 V; Q; [ F( F+ }9 C3 \' [
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
7 ?6 G' v/ `& z ]) z* v聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，* \8 V! W" |* R# d
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
8 j. ~5 s) x1 U# D( _是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
& y& M' C/ c: s9 a配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
2 {' q1 F, P; a8 @; E- J, K剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
; a" L, c8 d7 m围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
9 B: ]7 S5 y. p4 E* k: q: w% p- Q子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
) ~+ W! Y+ _" T( DPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
+ |2 D0 y& M/ P0 u1 R利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
5 B. {* v) V+ N) \- }9 V工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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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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