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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾" ?% A% V, A S0 @# H
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
3 Y8 q" ^2 A5 z1 y3 K" H7 y在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
) C" k/ D$ `1 W+ E液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处: A+ N, N& p" ]
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用$ M' |8 P! {# ^6 s
水、生活污水和工业废斜管填料中。) f9 m' ?1 ?$ Y9 L# v
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮. `1 }! C: V8 z |5 U7 H
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代/ K8 A8 e/ V1 s ^: t4 a; w6 ~; M
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量4 l- l, i7 V9 S
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉: T, }) o- J& O* F
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH/ Z" j' E0 X- ^1 y9 o" G o
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
?# j- s" R/ Q9 C* M/ [; {从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
9 S; Y* |6 N# D. H发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到. k @4 _1 Y7 Z' {" P
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
X7 Q6 G. K1 J9 E- {( W$ Y: M X度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
2 p( L& H8 S0 K5 Y! Y' A: I$ Y) S和探讨( k% \0 D# M8 k* W
1 聚合氯化铝的制备技术1 g" l- {" ]% r4 j( a
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
, M. [4 @/ B x V1．1．1 酸溶一步法" X# w+ ?: p2 G) F7 n$ \/ ~
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中， `0 W x6 }7 n3 n l0 W
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
6 j( e/ \2 {1 ~$ ]放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
: g6 I% N% u8 Q* y! Z6 r放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，4 g: c) n( d" ^7 U9 t
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
4 }% e& L2 |) h- P出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
8 S% I& I) i0 E7 p% H. {3 B& `: s不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度2 k8 S6 N& E/ P" C3 y, r/ W$ _" {
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺8 ]+ L& t7 x8 J# g+ W
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
3 a4 X% Z6 B5 ]$ S较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
. E8 G9 Q! C3 k8 P; x备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
, L/ i$ `3 J# E+ U' V9 ~7 q( e金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?" A0 W0 ~1 L9 b: k8 P) h" @
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备 e- j0 b ]- a* G& A+ ~
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚6 I1 j% M! F/ {4 T5 f* @( F
合氯化铝标准溶液。0 _. U9 T( ~ Y6 [: x
1．1．2 碱溶法
" r; _: a; S+ {/ A. t* T A8 f先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
* n9 D" C9 p6 U% B' c* ^1 F+ E6 @用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
0 \5 h+ s0 T9 a, Q- J; z1 H' S的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠 {, ? w2 D: v9 [7 g9 a
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业/ _* |$ {( ^3 ~
化生产成本较大& V+ O; t; @& s% A6 R4 }5 h
1．1．3 中和法/ t1 _7 j7 E" M4 K% Z1 h
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
0 |5 a4 x8 b1 T x% C" {1 H制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即& J9 P/ D- Y" Z9 {) K" s( ]5 t+ y2 n
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
" Y/ Z6 \. C9 S/ x+ p/ \物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与 m* o W2 X$ N0 r4 V( q
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
6 l. }* I8 R+ s; M* x- J用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
0 {" Q" |2 e. R; q# Y3 o把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得2 o9 s0 Y$ l- M6 o. v, L0 y {5 o1 n
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
8 ~: ?8 d; ^! B6 J: N( N称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。) w6 \+ q+ N$ r
1．1．4 原电池法& ~2 v9 Z' R% H3 g5 v. n
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电# B9 P; d: i- I) N$ }, q
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆, T! U4 R2 a( n0 C
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属! ~$ \7 p5 `+ p. [) k: Q6 h
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进$ n5 r4 h& G6 y3 G1 I. S+ Y
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产9 D: U7 H0 k, d3 k5 p2 F2 S
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅( D" C3 ^6 ?/ H+ e8 K1 M. L7 v
拌，大大节约能耗 ]。' o0 i' G! r( u9 o
1．2 以氢氧化铝为原料# C( d7 L% j1 O! O5 f
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的5 c7 d. q/ p$ u5 q- c& k
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
* E: o; r4 q% C9 ^2 d. j& x: Z该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普' h- Q* h( J7 b7 m2 \, C
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
. R: p% w% v) l酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度, J+ D1 N6 Y5 p. g4 Y$ T) Y7 \
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
2 q+ m, `. @, g7 v* H# r提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸; f. [9 @ g. T: z% U4 \" o
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂8 B% _0 }' L! y/ w
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
8 U' Y0 h" Y9 u! b得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
" h2 R- [; V; P+ t7 D7 n2 g5 L酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯8 G( t" w+ C* q+ X" P, q
化铝。3 |9 f5 h1 o: k
1．3 以氯化铝为原料; |! e# b2 ?/ k; F" t5 C+ Q" `* i
1．3．1 沸腾热解法
c3 o3 [: } _6 Z. d7 H6 ]2 ^用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
- D6 ]* y. t& ^0 R: ^氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水4 @% O9 P# }: P- j! a: A' U, i, W
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
9 q6 S8 R) ]' k* i* o7 Y! ]合氯化铝固体产品。) l1 U+ y# n: w& p! k- ~% ]
1．3．2 加碱法, u$ F+ d5 ^% @: o( w8 Z( @
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
& ~. J: ?3 n! Q1 H0 r2 P D4 U强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，% t' c6 @ ?' v3 H1 k
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
. I* w0 }! H8 Z* j" H8 X, x, e9 Q品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产9 O8 x/ g& z) t( k! h* W* E* B
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等) D7 G/ ~* e8 j h
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
" p3 \4 p% P/ l" m- ~8 i$ eL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
2 r8 u& L! ]& D- C. h+ B! t道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
+ Z5 h `5 B0 O; fAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质. [: {3 W* U2 y" j: @/ X
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
% N' Y ?7 T4 B8 X滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘6 q' J5 d9 @ B6 R f8 [
量也不高。0 ]. t0 l w+ j" R9 o% _0 s, w
1．3．3 电解法
5 b2 |. F' A! K6 H% X该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以9 v: s% [5 |8 Z$ m& U; X
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在# o$ [& S8 d3 {1 _3 g
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
( ?3 z, I6 Q! d等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合3 d- c$ {) B# `+ V
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
# a, j* V# H. S- j: y+ [锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且- n# \1 d& c+ e& c0 ~0 |5 f
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的7 {0 A' `; A7 h \5 E
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
2 a, |. l6 Y3 }# J* D h0 D过程中的极化现象。4 g" {7 D# T( T [( @3 y6 n
1．3．4 电渗析法* a" T9 R, G. ` q2 D4 Q0 m
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
9 Y$ Z2 B- e9 A) Y( x- H" H液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
% J! j6 L! Y# v) H: a板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应' a/ T4 A* z: r
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
# V9 f4 p4 _- ]$ O# \: q$ G! U1．3．5 膜法$ b! S) o( z5 j. Z W# L
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
& k" k% J! F* W9 d4 H$ R g化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
2 A g1 j( [7 P通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得' Y# p1 ]' k5 Q8 `5 w' o! d
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜7 T9 }/ k7 U E; u0 x
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％2 L6 z0 @# R2 H( t. |* v0 q
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化/ X7 a: y" X- x7 r8 I
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
% x% U. ]- ~9 H6 O v8 c5 Z1．4 以含铝矿物为原料
! Y8 ~/ J C) E7 w* F- A! U6 r1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物! F" h5 F+ n* R+ r2 @# T
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
2 _3 _0 G3 [: F v, X- y要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这9 L; T3 J1 G8 m: w
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
R/ y# {. g3 r) K* I) S% {般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等: O7 t* |/ J! j# S" {
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
, j" A& a7 E* Q3 `5 H' Z0 Q分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二3 t. M. t' ]" q
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
: @$ a9 C* |6 Q丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
R( _4 L, M' I+ r7 W) i可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
* z0 E( J" m( W霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚& M5 k) E* Q% Q4 Y$ E9 x3 R/ Q
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
3 A! {# A1 A1 [0 z' s: ~; B* D- j一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
! p6 k- b2 I3 r; _) `4 p酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。+ E+ n$ }' ^9 H( i7 \. D/ v% ^5 E' n; F
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
* @% Z: z9 |8 F大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
: c* f3 x+ t }/ I: d渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的7 l- v/ b/ G* V$ d: d% ?! T( \* ]
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需4 H0 Y1 g1 A$ H( F" z( X
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
+ x3 q6 R: c4 k# C$ R: k种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸' r$ q( T) U' i. @$ A
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
2 r- t: K6 ^3 J: }6 U( T0 m高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
6 I& B/ ^" X; f+ V. p0 T20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
/ J% V% @" T q( J8 U T R氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，" R3 k. v* @ }& f- M2 F% Y. b
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
) [- A7 X2 E/ O% S铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于& v9 A9 X/ Q$ J) w. I ~; Y
30％ 。
; v9 B5 R6 `6 L/ P; r4 q' M一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
: y5 \; {, J/ }3 Q) T/ t: M- v制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
6 O1 V* c: Y5 @) \需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
( Y) N, G. `# s其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠5 M+ N; e, Y( J) R3 H0 Q3 e
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备$ ~ y' S1 l8 \0 i, E
复杂，成本高，一般使用较少。 B W% C& s0 u6 ^- U1 n
1．4．2 煤矸石
; m8 ?% z& x. _' t$ Y8 K煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃; H9 e" k: Q) W
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧- J+ z% j$ n& m+ M3 I$ J. b: x1 o& K
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原# a# U. ~. R; x" z o( R
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
; h/ m. g0 a) M) ?5 C g! Q且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分! a0 n) c4 s! G7 O0 i
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
$ W" ^7 G; v0 `5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
- d h: Y* g+ n/ ]3 Z: U氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，# b( {+ [) j: X! S1 |$ C
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石, k# E2 Q( q5 |$ Y+ M
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小2 t5 Y4 ^$ F' x: _
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
( C4 ~7 s N. x9 d H! J处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得$ M' l; x. y L9 |/ r
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化, W5 L7 W4 T; B+ @8 g {7 p. b; Y
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐5 J8 V Z6 X. U) a- L+ \, _" B O
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为; B8 Q8 e7 s+ a6 m J
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
2 Q/ }) o) S8 H1．4．3 铝酸钙矿粉
4 m6 d5 V7 w P) l l! I3 i铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温* j. S F+ L- c& z& k, i# R
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
9 p: I1 D) F* i- @- A) O不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。7 r" s. \" L i2 J6 `
(1)碱溶法2 L' p1 n4 B+ f3 R. D
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
/ o9 t q) [7 c2 Q1 `4 n$ F液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
* E$ S9 A, q4 u3 }在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH l+ p! _0 ~2 q
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止6 W/ b! Y- x. x6 w/ r8 p) V% q) P
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会- I) D. d! t7 N( u. H2 J& h
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
) {2 S0 N8 F, \: K5 K加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
5 _. j8 i; e- i. ^7 O4 N状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化+ q+ S# h0 q4 ?# Y
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但! _& \. n u) J
生产成本较高[19]。
5 E2 _8 {+ N- @- `# K+ ~(2)酸溶法! Y* Q' m) m6 ^# s* K0 Q- _
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
6 m: v, Z' G. R% \* U/ m3 s% c熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
' M) x+ D2 M" m9 z! _单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不- l7 a( x" t' K7 C. a
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
6 J& Q# m5 d! J* T不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，4 j: k9 `; q: J5 G( S A5 v
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
+ m! a: y/ @- {6 B/ b- P+ R氯化铝铁。
2 G3 w- U2 D& I w: w(3)两步法7 p7 `3 y5 T) _ C$ }/ B1 r2 R
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工2 a3 C4 B4 t1 P' @' J* E
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量/ C/ T: J4 L" C4 U) S V% Y1 n
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是7 e1 b8 F- a, t6 Q7 j
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。0 Y- c9 D7 X7 e) ^6 q7 p
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
X& @5 p1 N' `% m3 L3 [7 @/ l; y* v第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化& |6 q# r( b5 v- s& c
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
& I+ h h3 b7 h. q9 e/ V* v流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
0 M1 A' I g7 h @酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化9 q$ B+ T' C" i( d3 ^8 ?
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚& T; s d/ d) n/ Y- l
合氯化铝产品。, @( ?9 k% V" t( {
1．5 以粉煤灰为原料
; B3 V4 m! ?% r+ E; ?粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
! e0 a3 _6 J3 U+ T8 B. T' {废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
3 Z6 [# ~3 j9 V3 o0 b* D' E' J活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通7 Q# g" P- |# \5 i+ v2 j; i
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
( s2 X/ w' \$ F' v% k1 W9 A高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有4 M3 m w# m. W0 y: y& A6 p
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
! m6 e- ~- q* p; L }# e& t9 [溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再( l% ]$ W; H" `5 ~% K, A; f
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
! |* y0 D& o- n9 u" h& Z粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化% O9 }7 V) _# Y
铝产品，据称能耗低。
& B% n6 R% N) p% j, B2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
" G& I( B! D3 y1 j; n) T. T8 _解决建议
) P; q# d: ]/ s6 b) {$ I我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随: G7 d1 i! L' O7 ]
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国/ O5 Q4 ?1 l* Y2 Z2 l; B' `$ \
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，9 P; D( G" J) A6 S" x( q1 x$ t1 D
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
8 Q" W4 {) v- r; G佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者/ H( I( Z# X4 N+ I, n
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方1 a* p" @# ?# E$ {( \) x y
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
! N- ?8 K2 T: |4 h/ ]/ m究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度7 V$ O- F1 Q6 T+ R6 B# r
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
4 S6 ]( G: ^- E硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离1 W. p% x+ P7 d+ b* x
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
5 Q( f. Z7 E' H入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在4 `* g7 T& {' I7 A$ v- ]
以下难点问题
8 Y/ r; j- a" |, w* ]2．1 产品纯度问题; T4 \, n, t" m8 E8 P7 O% a
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
+ i, r" k) M7 G: P# ]% ~5 p常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
% i1 g0 z, m& {& m% \; ` `( _国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列& c0 o: t- n' |$ L& C; a
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝! b8 h# o5 ^# p
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产! n P' c- }1 v1 r5 c1 j
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
h' }3 E [; T# t铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
, j, F' g' ?3 n+ r d盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需% W, C, b4 D5 k2 i) Z/ H+ \' I" U
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
3 J+ O! b& E$ g$ q' K |! u产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
6 {! U. n! F4 [9 D+ V6 S1 |一; w& x5 Z: i- H, T# ^8 R. f F8 I$ Z
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
1 o- ]" G3 k ^9 j. Z广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
/ [' R; e" U1 N# T" w' `6 h$ [! U产品开发力度。% M& Z; x U/ N+ E+ h% r
2．2 不溶物的问题
/ b9 X/ S8 w/ m: M1 H u国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了* B+ K$ Z& B L5 P! Y
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
; W/ s' m2 w9 f/ t) S矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加7 L8 P1 q ]; B
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
9 \+ s! Y8 n) Y% b应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
1 W. J2 E7 E. s不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解: h; x6 t$ Q& h2 k. J) X
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效$ |; U6 h+ A& s# ?4 v: T
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择& u6 y: A7 w5 ~( N, M7 m
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①5 K8 F/ E/ R8 Y7 b$ I" A
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积- W$ @! O5 ~$ P/ A
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗2 u: i0 ^& o: q3 ^6 d2 \* H
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，2 c1 Q9 e* g# l3 n; @3 b+ Y
通常会取得较好的效果。
, N9 n% k$ k% C& x) z% t# d' ?2．3 盐基度问题
. B, p% W9 q$ Q盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可. ~( h: @) @1 e+ J+ X
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
. ^3 i( S) {( q$ a酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
5 g0 I6 g h% W% n5 k+ v虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
2 I3 P. r) }9 L铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
& e+ X5 J& s2 x0 k; }0 i6 _* V9 h* s国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
. X: I6 o3 P% N2 ~2．4 重金属等有害离子的去除问题- d4 i+ L% ?& u7 B) g" q% ~
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以& } S8 U$ x4 _/ t+ m
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有0 U$ p/ {$ U1 T" A1 U% R( h7 T
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
, ]4 r) L# I3 E/ I9 }置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。1 Z' e) ^4 r* o2 ^2 H1 D. X3 D
2．5 盐酸投加量问题
( t# A4 S, a. w, Y# W; Q1 {7 C制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
- M$ P" R: M6 x& p业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
& ?' o8 ]9 h9 X; ^4 N- ^% F5 e本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶/ [# Y% a+ M( N
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问6 Z1 \( s: V" o' k- I
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
" n/ N% ?# e/ v3 [- s发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
. O. ^" g) u5 M& J; g. O6 h4 a7 @" i通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率' s- Q. ], {2 r. u2 d
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
! N5 M% r5 p- n5 B3 X; _2 C低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
1 [6 R" Z% G/ w$ _+ P3 结语与展望) Z4 p7 h' H9 n% P( _. E4 `) L
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
" j- v: E& H! L: h! @品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水8 o# C$ c& `& u
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上) V) v8 e7 @4 y7 N& Y
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
" a/ n4 ?- r7 e4 t品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产/ F3 D$ M1 J) t
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来3 \8 [$ @% Y( x
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
' p9 k( D7 D4 T2 L" j用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
! f* g/ X: o2 _. k& V此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
9 Y3 }- N7 `9 Z- G5 Y/ O氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
) a+ S; f6 V/ t7 Y/ i含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业/ p: F7 a, Q6 V& a8 M1 @4 {: F
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究7 ?' X* S6 I- r
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
8 c" w# k: f2 M, A+ M聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，! Y4 }+ q& z* h! i" N; B
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向; m$ N8 w1 C2 a' G/ e
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复$ ~' D# M# a( }6 m, q, k; S
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
& c0 m7 h/ n2 n" k剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
- ^8 Z/ [2 a( s) a4 o( D8 h5 h围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离" A* Q" w. l! W( v
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内1 m6 i- \0 {6 T1 g Q4 h; p$ L4 k
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料$ R3 t5 ~" p8 _) Z, z0 `" u/ \
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产7 t) n- ]- I/ [9 W6 A& P) l" A
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点! n: \6 G: @2 R. ?8 T* r5 ~
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8 R* G! u% {2 Z. ?# A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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