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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾6 Q @8 i) P+ [' s3 ]9 I! [, f6 d1 U! c
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
# L% D- U7 ~6 {- d; E在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固% c* ?/ h' W9 {% m7 {& h7 k
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
+ Q0 q! F4 E7 G9 t理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
1 k& m3 ~, u6 Y4 o' H水、生活污水和工业废斜管填料中。
3 J! L& w: s+ |2 |* i- o* o聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮. K5 O7 R4 k i) c
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
" H% [5 k" E9 D投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量" W$ S5 ]2 {9 }1 a( i9 {) O( x
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
3 p; v7 G$ e3 s9 j5 o6 d2 ?淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH0 p$ |9 E3 f% b4 d8 X
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
( v% I, a& E! t# i从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
& a' h* I; T! \" E8 T发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
0 q: n" z, S; y( O0 b了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
' E, A3 l6 v* W: y0 e度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述8 i& \) s. i, U6 _
和探讨( M m3 E8 R7 D# { n1 B
1 聚合氯化铝的制备技术+ x' `/ ^$ K3 `# {& f8 M7 D
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料" F! B0 n4 c3 Y. |
1．1．1 酸溶一步法1 w: G* G6 V5 I+ W ~0 B! I; \: I
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，8 _, T8 [2 p" j3 D0 p
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
" O8 z3 _- Z/ g2 v5 r, B* R放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
6 e0 m o3 f0 g0 a# T8 p放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，" e8 ]6 z9 F h* g
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放4 d+ S9 i) m7 |
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
$ B c& u% A6 m: v* [5 f不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度) J d( B+ i# `
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
* _( m& C; X* [6 ]/ H, G7 W简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
3 G7 U3 O& q, @9 h2 r较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
& R* Y' X" R4 @ ~备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
) t0 z1 ?( ^, @& e1 h. }金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?; P' [9 r, w% e4 X
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备2 R3 O, F" d: ]4 o$ L4 M
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚4 P$ Y8 S i# N* v' G
合氯化铝标准溶液。" w- L# t% M. L$ ~% L! F- X
1．1．2 碱溶法
5 x+ h7 P- B, D! F1 I! f! |' u1 u先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再) h, T- [4 f1 J4 N7 n1 r
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法+ j: Q5 k$ \7 l6 L, o
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠. X! k5 H/ f- U
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业- O4 {' J: \6 C2 W. I# p4 t: a
化生产成本较大
8 O) f( x9 t9 E9 s* P1．1．3 中和法& y7 t0 m e4 G" |1 Q) m7 O; H/ J$ q7 i
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别! g& v% O9 K& c2 L* ~
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即/ X! X" v. i: V3 }1 g8 r
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶/ d$ F6 y1 p: C( G+ k
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与6 u: u- h2 E8 h. b+ M( x5 Y
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分+ f! I* H! R0 _
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再. k8 d: Q; n3 V/ }+ q& B8 H, r/ X/ w
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
7 L& o& _9 i% J! T4 j1 y到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
; o0 a# F, ?5 S" o1 ]称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。( @9 l4 O+ C9 D1 {9 G5 \1 f, N
1．1．4 原电池法! Z" F- k# s- u
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
$ ^& ?* d; a6 W- @7 _- t/ ?化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
+ f% h9 _6 ~" w3 E. F桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属: I2 [$ C6 n) c( G* r% t+ c
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进) f9 J% q0 j7 s3 u
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
0 g V% g+ m: K3 z- q生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
& Y& K1 _( w8 N2 w1 _拌，大大节约能耗 ]。0 Q: c8 p5 w$ s3 q6 h8 s- A
1．2 以氢氧化铝为原料7 l1 q, N+ U" Y% J/ j5 y8 I4 w/ o7 B
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
; m" ?: c8 s& Q* W: G. D& t温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
6 F9 b- A6 R4 c' ?, k该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
' O- s0 w8 R0 _* g2 s遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
# w7 X* s& ?. u: z5 `: U" v酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度/ V$ ~8 W9 O( v
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多5 e# j) G9 M3 T" A7 d: p
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
, m4 l, K/ B$ x: w' I& D& [钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂% E. `2 t4 b2 z1 {& b8 Q- l
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制& W+ a3 W2 W4 n$ b( G
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
/ A0 k {1 c) Q# A酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯1 v7 {5 F. s' I4 M% d4 ]
化铝。
4 b& R! d ` K0 U5 C1．3 以氯化铝为原料) h" h/ h: X- o$ s) n; }$ Q" B
1．3．1 沸腾热解法( H- o/ Q( V. E( _0 e
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出2 ?4 B2 g K& [. a2 t& S; z
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水7 a! R. Z! ]! }+ X% ?9 f
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚# Q% Q9 K- H7 H: v- A% z* \* @9 Z
合氯化铝固体产品。/ g% X* M j1 a1 ]( {5 H/ B
1．3．2 加碱法) W! L* _9 U/ ~( z: N3 x
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下4 X; g. r9 A( W4 J/ K2 ]
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，" R7 q. b( B" c& T, t [& F
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产/ p* r, H+ M6 Q9 b/ h3 X9 ?9 A
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产7 W* Q$ k: S6 l: R9 |6 S; r8 q3 @
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等4 b5 q: j* U* k
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
8 Y2 j' J3 p% }( v/ T) x8 t+ w0 ?L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报4 n+ o8 X g$ D6 ] A) ] ^4 f
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到) E1 z' [$ W( H Q1 }/ Z
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质1 {& l' f! ?2 E8 Z7 ~% Z
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
; ~: ?- a4 L J+ C) {3 z滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
( `8 [( {$ d+ d* a- \# g+ Q# ?+ H量也不高。
+ E. r6 N* u, J+ J1．3．3 电解法
9 T! _0 ]3 y% ~/ Q6 |' u' F, d# E5 _' I该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以, Z1 d% C) D$ ?$ j6 Y1 \- h
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
8 l- g ^, w- z$ C低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
* n p$ \4 a8 f2 K等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
5 o. }5 u( D8 V9 b+ Z+ Q# g氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
$ _* ]2 K/ M# F1 y9 V8 ^锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且. V. s" v& `8 k3 r7 U
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的: L" G/ L5 t9 J$ ]8 C! i- O
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
5 [7 k. m( b1 N; Y/ _过程中的极化现象。+ M7 _0 ]+ b2 z" i) [7 Y1 m) A
1．3．4 电渗析法; j( g! [+ |% ~7 D8 D
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解8 N& ] i& j0 B: R+ \$ F/ d
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁! w$ ~" X& }. [
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
/ u; Z4 c! Y; W+ M( L; A室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。/ B6 T4 L7 n+ O$ o/ V0 ]
1．3．5 膜法
- d9 T8 |$ y# S* N该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯& y/ i9 q6 }4 Q) U; l
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液0 D3 d' D/ ]* U. p8 Y1 c
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
" m2 S I# k' f2 V5 G# U WAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
6 X0 ~% b# l. U% o! n制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
" g2 c/ p2 h' I/ A8 [以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
" m+ E: y" P' `5 G# z0 i3 R铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。' x% a( b% Z4 C' }7 j4 q
1．4 以含铝矿物为原料
1 }- e% `: l" i: G! `. v1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物# K( f% s) ]5 u. P" a
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
0 a: b* z |7 ]( M; h4 u要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这3 p" j# T2 j# ~( a+ a1 T* o8 M
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
1 K5 w; P! y' [" D般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等1 Q: Y' B5 L( R) Y' R
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
9 H( I# ?# f7 t( U' u分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
/ ]+ K# W! R0 l6 Q" L氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
2 b4 q' Z+ o. k7 f丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
- }' w$ J- a! Z. ]可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
* n8 u: C) U( w X8 M" y霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚3 `# U* N7 b% _- V" ], M0 @2 }" B& q
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
4 k* {$ \0 q. P+ l$ A1 x2 Q一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。1 R# M2 _. N7 q
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
- y, p- H( O' a$ `生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较3 ~# t5 H z. p. L/ P8 G
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残+ k" Y3 {# s% _6 x9 l2 e
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
1 W# G8 w- c6 S粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需, G w4 }7 J* ? @
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
# f, e8 o2 z. j S; Y5 d种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
& f, Y. b0 n# D* D. T溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
5 k4 P' L, Q& n2 N1 I高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为7 ?% P1 G* A. l' E( J; q) ]9 \( [
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
6 `$ Y1 O! c9 G, Y4 A氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，* J0 S7 \9 y( u6 ?' R
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
2 ^1 s9 I, Y- o- [- d+ B4 ]铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于0 [1 b5 G- F' E/ _ c
30％ 。
1 u7 L0 ?. x$ c* B. K一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法4 R; Y& W% b P$ m2 T3 m
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
0 V$ u0 K. k1 v' F% N1 M需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或& u; f5 Z& \% ?% q& l1 r/ _: Z ^
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠$ ^" b; P2 s. F, m6 h9 D
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备* ~$ }7 G; q" N8 c. \& \& u
复杂，成本高，一般使用较少。: t$ [& x c, ?
1．4．2 煤矸石1 d* R; L6 p$ J: P8 J- b+ m: A- X
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃! H7 [+ S/ z" e4 T
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧2 T0 Y2 f$ d" H4 N/ B
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
& Q3 n! k9 M! n+ T料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
. X# |' o! j; Y. Q) V且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
9 o+ B6 g% H9 }9 y" {. {数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和! T9 ?9 A, M: G6 b! ?% n6 t
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
& H6 G. J& U4 {# w/ B2 `& E氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
3 T0 Q6 U% h, S! ^已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
. o5 Y+ X6 l$ O# b" l4 O' P经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
( \5 J4 y8 `0 U( q* }# p* V时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当+ L( M( Y+ I, ]- m" Y o2 H
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
& v o$ }+ B. [$ a \& e结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
1 r& M$ p1 N+ V, ?) w3 z铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐1 @# K7 y: {* a A- V
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
x1 z" f; ?# H' ]9 b8 T. ?原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。5 ^ G! N) _+ l- i
1．4．3 铝酸钙矿粉; g( c9 z7 K |, G1 B3 M/ ^
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
6 o! i' D" R' W煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
7 b( g$ U, Y4 a4 F/ Y不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
9 D9 o: Q9 j3 y2 [4 B$ V# ^5 ](1)碱溶法3 d- v9 k/ a+ v; U a
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
, ?/ m' h) Z6 ^ S液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
6 k% J7 M/ U+ k$ B在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH* ?0 D. T0 Q2 j
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止) D1 s Y: |4 J, H6 r* v
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会$ m3 W2 e5 b0 f" v0 Q. P& W
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
8 A. `+ M5 J! M2 _加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
8 y- n+ |7 K, a8 S3 S# G" m/ [状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化( R9 I# o' e. o: b. u
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但% N* |7 g. G. E% C2 Y0 q
生产成本较高[19]。
9 A( h) l% u, @+ F! C( }(2)酸溶法- \( u) _! {# B3 l& u6 s: g
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并! e: Y6 [# _/ ?) y* J
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简5 l6 [+ S' s$ D7 S6 Q3 P7 Y
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
; q9 S. o1 I" V: B4 F6 r: k溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常% S% ~/ n& {7 v- V, Z+ X2 ~
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
. O" s1 f. V) m! P4 _铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
! b$ ^6 o) K! |, i氯化铝铁。1 R% ?" e2 {- B- T* e* c! a2 o
(3)两步法
/ x6 e6 g. x: _! C3 m4 \7 E+ E这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
, |3 m9 l7 \ i艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量. y5 P, b2 R g
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是* D" X4 m$ _# w8 E
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。3 q* ^% Y' X' v& a0 {( k% ` P
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常- q& x. Q8 N' n4 E, @2 m% D
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
/ v) g1 h J& T1 z, E3 [铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回, C1 B2 m8 l( U- ?4 E
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
9 v+ v0 ~1 w( s: }6 w酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
6 S' D( m0 I, a9 b8 D铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
% |; ~# K3 T# M5 f* c合氯化铝产品。. g" s1 f. I* n( C
1．5 以粉煤灰为原料; [/ m7 ]8 M9 e9 H
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体* F$ J5 X( w J* w: ]: x
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．* h5 W/ ~; v7 X; K
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
+ B2 R2 m0 O) S R常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
* R; N0 k4 F6 O+ d/ O* f高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有+ k/ X1 i8 U: q" L# Y# v
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
* g7 E3 G4 U+ d6 j溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再4 T$ i* r6 j8 K8 L: `$ T6 L
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用1 m g6 U2 E- B# c
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化6 b" h5 D- \( Q; }* y. j: S
铝产品，据称能耗低。
: p+ x- s8 i. K2 v/ W: a* w2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
( B- ^) b v9 f5 K3 H9 B解决建议4 p0 v- q3 }; M( V) v
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
/ S8 m0 [+ S4 C& l( g着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
& y7 V' R0 [! X. D2 D7 Q: Z内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
; K; q- F' g. ~. p! w$ E9 j' ~但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最8 P! c/ ]! S& U2 ^
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
9 u8 t1 q* j" H* t8 d# H认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
P% Z+ C! z- ?! w3 V& \面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
+ Z. Y8 s& `: Q, Y9 [究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度/ L, j& H" C0 D; J( {
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
- z3 ?4 x* f* g9 `: z硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离; c3 F& P* H, O2 K f- \5 z1 j \
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
/ A& T2 [$ B, ~8 a, n入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
+ n6 S4 s# z6 `4 H以下难点问题
& v' U, S0 }. D3 e$ v8 B2．1 产品纯度问题
1 L3 C4 v* c+ e/ g6 }氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
) ^- g$ U+ A- H常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
5 J1 ]2 p! K( D国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
3 L1 u" \& U; N+ C5 x5 i产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
5 [$ v4 o% P; O* g酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产+ Y) Y. [ h* M
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
( h6 Y7 A* h# t1 r! J1 y3 U铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
7 C" h* p a" v4 A7 a# ^6 {盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需$ i! B' I4 h& W7 [! D# G( ]0 n2 T, _
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝9 ~& C2 B* m' r" E7 i8 l8 C: {
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之6 ^- T+ p! K- q3 e% l: K: ^8 y
一: `& k: S0 \- m' \7 `
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推" _9 g5 I0 I* F* q* |% m
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
0 t) o! c: r+ j6 M% `产品开发力度。9 ?4 @+ q2 A4 u
2．2 不溶物的问题" U* B( j* R# h# u8 R& x: a7 E! }
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
; W, u% z( a) h8 O _/ ]明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
! |/ b4 }9 D+ T/ u3 Y" r: a矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
, N9 |; ]' x: {* q# Q, ]成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相) @8 u+ `- Z z1 ]& Y' R; D# Z
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
q8 k! ^$ H8 j. _+ Y1 F* t; M4 B不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
3 o9 y1 i+ l5 R, Q7 K5 x决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效 G9 U/ Q9 _4 h. I; m5 Y. S0 i+ U
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择1 o1 m0 F0 f) B4 K! P
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①9 v: ] o8 D3 N: R. {% {. M4 P
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
* z, q$ `" W+ L) y: o1 E k小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
& T+ b7 P9 I2 Z' M) Z高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
6 ^. J, }9 @/ n A' \$ T3 m+ \通常会取得较好的效果。
# Y, j) }8 a( O2 E/ d2．3 盐基度问题
5 S' B( {) K& V$ Z+ ?" `5 f6 _盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可- D9 V S @$ s0 |
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳( b2 L) Q: O& j7 n4 e/ t0 C1 b5 y
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
! k0 O+ Q8 F' w+ p5 X1 [4 U虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和0 O* b! z' c ^ M
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前0 v. n$ b9 D& |
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。5 H. h! d! X1 H
2．4 重金属等有害离子的去除问题* z/ Z, u7 q0 G# T
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以3 j4 V# O+ s7 t1 s
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有, X" b4 [( i. x/ A$ j% \
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑7 i8 U' B% ~5 R1 W3 G( q
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
+ l4 L9 a4 Q9 n1 A7 L V2．5 盐酸投加量问题
( Q# s0 f o, t6 }3 i制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工& v0 {. F3 M* @
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成3 C* p& x7 d8 j% R! F# G& m
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶* s. o( q' P& S' n3 l# U3 a1 h0 z
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问* K6 S' Z+ _- Q, e& D1 y/ ?
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥* C8 N6 \% H, X: o
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
7 b2 Q; D: p- m2 O u7 m通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率5 @" B: d L. S4 z5 P
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度* ^: A/ o/ L) p6 A' D
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。5 l/ V# Z8 I+ @+ ^
3 结语与展望- P* O- `/ x& U [7 K) [% r
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产6 f7 J$ Y- {6 h% r) `& m: @
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水" M9 e! X! C5 m% z9 v1 S
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
4 R+ _8 u+ k2 Z. t! s) s- M' l有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产9 Z' [3 Q8 d" H' W4 K
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产( \. v3 R& c/ _( g7 T
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
* w7 K* c& I/ U& e由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利: r( S& m* a7 n# t
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
6 k' P! g v0 W# ^5 S+ T3 ^$ W此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、# l$ G+ {" i; R9 _" m1 {7 ^6 `
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用, C( s* K+ j) ?; \, w! s$ K
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
% x# t7 H1 O( {( B$ B生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
: r+ ?) X9 {$ s! Q应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
2 j; m3 @2 Q) v. T- q& M聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
, d7 k5 k0 j6 @! l是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
( q% N$ ^* J$ ] O9 }8 {9 k是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
! B5 r) ?% N, p' U配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
+ k& A4 m. P" w, [: L' J" F剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范& B& \4 |- J; X! u5 ^
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离' `8 t% r7 }$ \
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
- R# i3 N" w/ A* F6 fPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
) l' d2 c; {. O: B) P( i利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
6 M3 j6 x0 P( l! W; b; X: e8 |工艺，必将成为今后工业生产研究的热点7 G) y- ?- X' f8 D0 A; {) m/ x# |
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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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