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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
5 @# U- Z4 `' @1 {5 K- f% M% g: f(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)1 o# j6 U) n3 m/ S; `+ J
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
4 M3 V& f, }' \( N, S液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处+ J! d% q: \; b6 Z; {
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
+ y6 j- N) A6 d& A, k水、生活污水和工业废斜管填料中。. k9 W# q" t A- }4 D& r V
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
; j3 i9 z. Y; x6 p$ u4 C3 v凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
9 g; E3 g6 g) W" Z, f4 n" C0 t投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量% t6 Q6 _1 z0 R) q7 D
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
/ c) N$ l$ Z; i( ^* W; F淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
) T9 @6 E2 ^6 k% C- R值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国- v' Z9 e' h7 B. T
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
6 h4 {- ~ x( ~# Y" `5 I. B发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
& c1 _& y I0 z+ m& F7 X3 A8 x了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
# j# k5 h' w; N- u+ q度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
, X9 W* X# `2 Z5 s X1 U; D5 t和探讨6 [4 V- @( V" ~; M5 t' o
1 聚合氯化铝的制备技术' }5 n4 M4 k, ^: I E- G6 }6 I
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料) K d* V6 _ R" x5 o& ?0 ~5 u
1．1．1 酸溶一步法6 l0 S# o/ K$ o9 J4 H
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，. M' G [0 Y. o1 C1 n
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
, L% ^+ L/ I/ \* C放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
4 s$ n/ F+ f8 r6 q# }. W放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
* q: c' {/ l# J* g2 x水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放8 ~5 P: q/ ~1 ~2 g
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
: ?4 a8 \# W; o; G( H% v( I: ]不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
4 G* W9 k' X7 x, s! n4 S至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
" `; y3 `$ g! x1 q简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
. ?' ]% z) p+ F) G9 _较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
! m O' X0 x2 N+ Z7 A" ^备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重! u& H, w5 t, T% [% U" r# @- X
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?" |- e) d4 Y) h: `+ G7 I/ N; K0 l
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
2 T; } h6 o$ `7 u8 o5 J3 W7 i3 @出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
. T0 x6 _. |8 k0 @合氯化铝标准溶液。
, ^7 u9 t* }& ^$ |& x1．1．2 碱溶法* m3 L5 v( n4 y% }
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
9 K# {) c1 p0 U8 @2 d" C- \ {; U b用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
8 K3 Q( J1 j W* [的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠0 G- u; {4 i' R2 q7 u. v
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
. x0 g( X5 G0 I+ R化生产成本较大) K; ~/ ]) C8 w- s. f4 ^& I
1．1．3 中和法. ^, q/ D4 Z5 q/ [9 c
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别+ Y) T: @9 ]' Y" b0 r* k' y: o: m
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
) |- j+ k8 L$ T制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
( v4 |0 i. W- ]4 A物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与; g/ A) `' V7 k
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
S* D: P. T O/ F; I K用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再; i; M5 S& n8 D+ q. I/ Q
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
, }- f$ a$ ^6 p B6 g到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据" W1 |6 ~+ M0 q8 }+ {5 m) x
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
. U% P j. {7 R3 l1．1．4 原电池法
4 ?/ z( e9 b' N$ P% ~4 ?6 k) g该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
; X& G3 V ^9 m$ {% X化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
3 ^. o0 b @) v+ C桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
9 f, n3 I7 z; S筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
5 Z! @6 U2 y) ~1 V9 ?行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产, G6 J* S; q& ^ y% }
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
' _) M0 [3 W& y& g% S! ]6 V拌，大大节约能耗 ]。. @" q5 Z6 A. ~% x6 x8 F. ^8 v+ R
1．2 以氢氧化铝为原料- y$ [1 [5 Y5 A1 t
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的$ B u: J. u6 e) W2 \" i' Y
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
3 q- B) j6 {/ k0 P$ a! g* P该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普1 H5 P0 J) f" @. @) ~
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
5 d( c( s% \9 m9 u: M5 W2 U# p' ?酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
^* b! L8 V" B7 }不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多+ O/ v% i9 L+ `( R% K; L
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
' z, |7 U! X( r! t! M) v钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂9 Y) E9 b+ z+ r. r" z/ ]
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制, r: L3 I& E. L0 I' c
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝5 t% V: n+ @; K' k1 J
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
. G F3 F! C/ p+ m4 B J0 Y化铝。6 j+ K) C( S* x7 d
1．3 以氯化铝为原料! @8 G9 H. a I0 b
1．3．1 沸腾热解法
6 f0 w7 |8 T- V$ C) [用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出, L* G' s, i6 [5 T9 n. P
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
5 ^/ S; u3 q4 ~3 G. {搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
" x. @7 m* h1 t合氯化铝固体产品。# |; [3 i* O. _* H3 C2 @
1．3．2 加碱法" l# d: ]/ g2 y& ~/ T1 S) I' ]
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下* k$ r4 N2 d! j" _
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
/ I N% ^, U1 |反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产. ?4 P" v6 M: [' b* s
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
, g! l: z! T0 ?品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
/ S8 ?7 r: E/ X9 C. n. [* K) D通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
6 [8 s) O5 H0 ^8 }" \0 LL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报 A) P$ |, l+ R, M ]2 D$ d
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到+ M0 C) ]2 }; k2 W8 H
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质8 E7 q# U5 S% N# Q- t; U% `
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐. y( P( r! T5 I) F T9 j, x
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘, [$ E* u" x$ f
量也不高。
( W/ I" t, v% B; d- d2 r! O) S1．3．3 电解法
% i+ P4 |" s7 ^7 k G该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以) N- i6 m1 G8 d4 j# F& n
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在, y- f( A6 F' ]* |( F2 ?8 }
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
, K5 n- c H% U- _; p等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合' s5 G9 ?1 I. @. E5 T4 _
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何. [6 D4 h* R0 C
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
6 G0 K0 N" Y6 q可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
. H/ S! ~! }4 w9 N' T' z1 B- ~倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
6 Z$ l z' c' _1 E5 e过程中的极化现象。% o/ H5 |* d5 ~3 c2 M, s
1．3．4 电渗析法% G4 [ w2 n4 y- D7 C e ]8 d- L) t
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
; d J3 I+ ~& Q# t液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁4 l5 `: x, P" ?) Y$ m% `, I
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应, T D# C! z! E3 ^8 V- z4 v6 i
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。- {9 L# a* G, i; Q, v% i1 Q- L5 C8 X
1．3．5 膜法3 ^1 G7 x& S8 u
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯" ~ u7 v9 J) j6 v
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液1 x) ?! ]1 e7 v @; V
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
; f; W7 ~) r( ~" ^$ dAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
% I/ b5 o% M! g制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
. D8 G) t/ B8 X$ \0 F以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
: f- ~! E; v# J8 l% E* m铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。5 Q# r, V w+ H
1．4 以含铝矿物为原料" |: {; a8 D+ U8 q6 F% P
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
2 |& a) u% `$ |1 {/ ~2 X5 a4 C铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主& q. z Z( e6 p# `/ @6 Y
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
6 h4 g1 Z9 \& v4 I几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一: b) F8 ?% I. x9 e! ]1 b3 _
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
- S; N! e5 d! `4 g% Y的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
) k/ t' R6 K8 `) a# c* ^分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二5 i. p" |2 @$ P5 S2 w, N
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为: ?* s, ?- B8 ?; I
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
& L1 Z3 S9 B! d- [$ y可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
" w4 A. w, V6 A5 ]" |1 \. C7 h霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚( H3 T' J6 v* p8 [5 ]+ k
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
. n0 g- Q! ? g* g5 @4 v一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
8 E# t, h: {+ C7 H* V6 _酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
' N6 [- {8 B7 d8 Y4 E生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
9 q1 S" ?8 E d* M+ O9 u6 z* Q大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残% p! _; |2 k) i6 O) S- ? [. z
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的$ Y+ L7 f9 L& L: q& z
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
$ d2 ^7 l* y- }8 Q对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石+ H- o. y* r( x5 l+ K8 d5 U- Y
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸 x' r: g7 `$ J
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
% _6 m( i& g/ X* X: ?* [1 T: c高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
+ l+ y+ D v4 X- A3 U5 i20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合: s. P, I' {6 N2 G8 q9 q
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，; B: i' _6 z6 ^5 P
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝7 I W! S \: _6 x* P* i4 k, w3 T
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
: r$ ?$ ]& b) | j/ x30％ 。. p1 a& V% K, q- Y8 y
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
+ p$ J# _( N6 Q d& o制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都4 }+ X. p% Y; M/ V, Y" m0 s
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
! }2 p& ^1 \' L4 e2 v0 h其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
1 Z: N; ^- g' L和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备/ h, Q4 u4 P4 e$ C
复杂，成本高，一般使用较少。
8 u& R5 `- h" @. U1．4．2 煤矸石% J7 D- v4 g, O* N. L; X
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃5 c7 n$ q; d9 x3 t ~
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
0 d( ?6 z! G8 ~5 U增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原- f% w: d& j$ U \5 |; X
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
. d2 w( w. t# ?7 U且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
6 U, q. Z0 c ]3 a1 ~数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和+ j3 z, K1 J( V
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
; ^& q' Y7 O7 V1 p6 b3 v1 }氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
1 h) |; U0 u0 {$ L9 q/ Z+ j& O已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石& H |4 D4 k0 i; y3 o
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小4 H$ A h7 s: P1 J; t, E# p Z
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当8 L) Z+ `. m, U/ r7 w
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得% W) u% @, w5 u( R0 l8 ]
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化! s1 y I1 h) @# s9 }! }+ L
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐) s* v+ C. T: P& s
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为8 [$ n% J% x; U' ]+ y4 t( w! s/ k: _
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。( @8 E6 e0 v5 T
1．4．3 铝酸钙矿粉
% u5 t0 K- s- W; f) d$ H铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
6 W! j+ v6 a2 D' O煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的7 V" Y- R, \8 @2 }
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
* D. |1 L2 o4 D) i! q# ~5 f(1)碱溶法& Q/ W9 B+ ?. x$ N1 `" z
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶9 N& V( D5 ~$ t$ B6 r" m3 @
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
; C/ ]. C$ c, L8 J( `在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
7 n& D1 ~. D" a h- q# _! A# r+ @值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止' W( p/ W; T8 H8 i$ L6 [1 A" s
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
6 v* ~$ b" v$ M8 P8 P$ h! a: t, G形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
& e b' r/ e8 a& D& M( Z加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
! r4 c: w% B' ~状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
7 E4 p6 W M, R: ^" P9 J N铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但- G) z' D* o( F% j( G! u d9 ]" x: H
生产成本较高[19]。( U7 f# Q( L ^6 |) x
(2)酸溶法
% M$ B, H; h. } t+ F( Q( `! ?把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并5 G3 R E0 b0 p. n
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简8 [( U7 ?- ?' |7 a
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
6 Y( H8 k/ K3 x: y0 K/ E% T" L/ L溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
) X4 Y* K5 F0 b2 |* N& Z# _ \" z不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，% {9 l1 J6 K- t* f* X9 q: S
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合+ i( L4 b7 s8 h h, N
氯化铝铁。% e. D( j1 W+ b& [; R6 |# ^/ B1 Q
(3)两步法- e! j; j! z5 t2 J/ F
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工6 }% q0 G4 q- P( K% z! m, n
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量 r' I# I( a5 k8 z
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
2 S. e+ c* \6 Y6 V& C5 |把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
% E* @8 b" b% n4 g" E: W1 o这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
) E8 H" }4 ^; M! z, I3 [- ~. x1 w第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化7 @! h _4 d& w7 n: w
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回. g# S( r# [7 ~" x! N* ]3 [1 [& ]
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝( s; m0 I* i, F% |* Y
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
' |% x: M* J( k# u) m* M3 u铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚% @0 z" r( }# ?( @6 \3 d
合氯化铝产品。
$ ~" o! B- }6 v" V1．5 以粉煤灰为原料
+ j- j3 Z4 k! u$ M5 `* B粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体& ?6 b+ A) B- M
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
- `. q2 Z ~% i; p" q0 i; ]" P) M. _2 w活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
& s6 ~ z" S' m# V( \常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性* ~& \: c) d$ m1 S4 O8 ^
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
# u/ [. f9 z& w人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸4 Q8 ~. |" i- S; _6 C
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再5 M3 o& M5 \) H7 G; G) R' C/ k O
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
; n% i" @8 r5 k1 D7 R粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
2 `5 R- x, e6 r铝产品，据称能耗低。
# f, H9 ]8 V: s: q! P: N2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
0 _8 S! S7 e& l5 A' B0 X- h, _5 |9 b! R解决建议
7 f0 a; ?8 r" o0 y" U* V- U/ J我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随: Z+ d* \$ ?+ o% k0 g
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国: Z0 U3 {* @1 v
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
- t' ^3 {1 e- S" c* n% H% h. t但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
$ m5 W! ?7 e8 @9 _$ _ t% w佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者( z2 Z1 Y: Q. N; r- R7 T
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方 K( i$ W N! E5 K# B& G
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
8 Z% }, ]5 }4 b- L0 V) ^究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度8 f! T& ~2 ], y' t( |
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、5 M) e* H( ~9 {, w) `5 G8 Y
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离" E' W6 f7 T* R: E/ v( ^
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
* g8 z8 G* G2 F+ l9 B入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
3 j/ ^& y% p2 I3 M8 \以下难点问题1 J4 N2 k; u6 h7 X; ]0 ^4 S
2．1 产品纯度问题
* _# ? D. Z1 b氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
- r6 _2 x; V% y3 h( b. w常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我, \) d5 {$ {: J0 N& F X* v# ?
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列% M+ v4 K! f) }3 D* L1 J
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝; I6 ^4 t5 y% Y8 R9 h$ O7 Q
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
# M1 I- e" I$ J) R6 G品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化6 i. P4 ^! \( K- ?: b: M' B r
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝% ]: [2 K K& {$ b
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需+ V- Q0 Q' z/ \& }
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝2 P3 C% L+ ?/ V, q9 C
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之2 Q" p3 [0 V6 P
一
) z, C; S( r* b。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
. j/ T9 J7 m9 U; k5 y9 h广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
# f3 w4 T/ V. A0 g. I* _: n产品开发力度。6 V4 W! `4 S7 E) y; F
2．2 不溶物的问题
2 q; x. d; v6 a, j6 T国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
/ K4 }5 G7 T7 G明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
8 d' @- t" s$ |% d* g矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加% e% n! N2 o+ l9 h
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相$ ~; ^, H. F4 y: Z
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低; `0 ?. V7 y1 o
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解; }( V5 ]7 J5 d& O% t' A
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效/ N. K* p" l# ]8 W3 d4 G8 e
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
7 h' t# i$ d% S也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
! y' W# g9 k8 h$ S. b! E+ U+ Q+ l自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
8 C; Y6 Q m. B4 c小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗% P/ ^# e2 C/ P- b) y D6 E
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
) o% h7 z7 x0 N% M+ `9 `& h通常会取得较好的效果。/ m( S+ \3 Y9 q: U: Y
2．3 盐基度问题
$ G" i7 \. G. o: T/ q" B盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
- L7 S! x. w s& M1 }1 ~在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳" y& L S' W# Q
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
8 T1 j9 |0 f# d Y) f7 A虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和. ]/ x! t) D$ F2 ^ x( Q7 r
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
2 w4 f7 B' x& m4 G. R国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
, d4 `, A, W# j/ V2．4 重金属等有害离子的去除问题
- z. [5 C' m- T7 A2 O6 |) y' W G某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以5 a& Z/ I# J9 M! K {& `' N
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
1 b+ U5 w/ t8 }0 m害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑7 b5 h. o7 [$ F% q
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
1 ]& v4 e) `( _, h' K$ y4 m6 m2．5 盐酸投加量问题
$ u) j( b. g- B( w制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工% u) @) X) U h7 O" D6 b
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
. {3 S% \4 U* }8 }( a9 I本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶! C1 D8 ^ F- N. I# a) Q( [7 b
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问9 f) o+ X9 c* z* o6 X! c4 _
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
" P" Q7 M }4 J1 {发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数2 O; z$ R m x: {5 C- A& O
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率/ w0 r; E( n9 l/ z! o6 _
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度& W. X" ?) \; n0 ~
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。) w y3 `) f# B4 S0 R( ~
3 结语与展望
7 {! O/ A6 V% P# R# B7 O聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产/ N0 e$ H+ o7 ?' Z. d
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
, q3 C4 s7 r' d$ h4 m/ n8 u处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上% w& ^$ X, g6 |: z5 g7 _
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
! K$ m/ ?0 U- l3 Q' T! [4 F4 o品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
4 N l; W: F& X- y' `品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来1 X. ^+ E. {4 b4 G5 f$ v- x% N
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
/ U1 t7 T6 t' s: d* r9 J3 P2 g- D用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
2 V8 a! U/ R2 z此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、- ~# |' Z$ R( E
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
7 p4 P; v, I/ F2 n4 X含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业! @2 c0 n, q1 l4 |& H
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究" Q; @- V8 F1 U0 g5 I" G
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
& u+ _0 y: a% v& Q# o! G/ h聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，1 @. b9 R, s$ ^
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向; v, B3 Z1 e$ w5 G& n/ M
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
9 Q6 M3 B, n+ [0 h6 S/ }% N6 U配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝& W4 E+ W' ~8 y. X
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范+ G8 {4 G, w! x: G
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
c. c8 L. t. t3 F6 [子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内6 b5 a# V( z. w2 {# L
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料0 f0 J J6 M: }. o7 l' [; `
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
+ [6 T( j) I# Q工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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2 W/ `! H& W1 Q3 F r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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