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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
' g5 t9 X$ T" D# g, f* Y(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
r6 t/ v9 j( q! g- x8 }4 D9 y5 o在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固9 M! E( U; `5 `/ l
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处* s) |( ~/ O7 t0 _7 J& `! S, Y
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用$ F; E5 a" Q" A& k: `
水、生活污水和工业废斜管填料中。) S3 O) ^$ ]. H- _* x+ ~7 s7 E0 {
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
/ w2 s* c9 y6 a凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
7 R+ x$ Z) d3 Z ^3 J" C! b+ O8 n投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量4 ^. e7 v8 m/ |; Q
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉" ?8 T- W, h4 F; t; i: V$ Y
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH8 g! I) V& ^. ^0 K4 a r
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国6 I5 n/ z; L" w) A. K m. r, z/ C/ w
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研7 ~0 B. c5 P' l! n: V
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
- D8 w4 t- D" E4 S- ]- O了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角- W# d) t: r% q# E- [ s$ c/ V
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
8 K: y4 H& Y1 S9 Y! m和探讨
* j3 u% S7 Z# j, f ~9 p1 聚合氯化铝的制备技术) j `. w3 r% p1 m/ z7 ~
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
: Z0 [6 ~) s$ _' G. c1．1．1 酸溶一步法
$ z5 k4 \* h7 J! U1 r. |将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，" w! k# X9 ?4 [4 w5 @) D3 Z
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．: U& o1 \2 e: i6 F" C
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
& V3 G& C( a- u3 Z @放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，" [% n+ d' e: o4 |+ C
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放6 S6 u$ H+ _$ A H! R
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
4 E7 u9 m9 ?. i0 `4 j% U不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
- i" F2 f4 q3 B* S n9 m至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
" T/ Y, H* _% B z8 \简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量/ N7 t. J# B" V+ g- B
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设. ?, B/ X: _, X3 K& d6 |# @1 {
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
& C+ k5 n3 C+ T( `& Q& \金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?0 k/ S6 l H4 [6 ~, F
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备0 P) k) A* L ?6 {; G# T. J
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
% y( x8 S" R9 E# I/ M) e; ]合氯化铝标准溶液。
5 x4 p' \# {7 Q4 k# k6 Y1．1．2 碱溶法
6 r2 x+ y4 K) l1 Z8 ]9 `! T先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
- U8 H# I7 R: V' H$ m" e) m1 H用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
/ U1 m$ U3 O" z4 Q的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠: A; p7 v( G5 f! |
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
, s3 V, \ k) r8 j化生产成本较大- G" a c$ v" t. [% w
1．1．3 中和法
- n9 l0 L$ H8 c该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
4 K; C. ~ h q9 [1 ?% t制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即$ `5 i. V* Y$ c: X
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶6 ~% O% j% l! P3 F9 \- a. l% ?
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与 @* i/ S; x4 b- r0 m& w
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
3 C0 m& L9 V. T6 g; z: S用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再& S R: d" A$ C
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
4 Z' E4 \' m7 E: g. F0 ]到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据4 M/ s# s& m: n
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。& Q) }) M* G! f8 Y
1．1．4 原电池法
/ ^2 Q! s- m3 v该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
$ g& f3 M5 o- E; X化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆" X; l! ]+ i' i3 M# u8 k
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
$ d1 R) N0 ]/ N$ X筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进' i/ P9 L6 |- Q* J! W; q
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产8 o5 X* x& U* L! [0 A5 P
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅6 T) L9 l; ~: ?1 f4 d2 z) Q# y
拌，大大节约能耗 ]。
; B; ~# ~ n8 v# c$ }* Z+ t1．2 以氢氧化铝为原料
3 s x- j; ^2 U$ g0 u将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
: q0 f0 L5 }2 a温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。, j$ \: ?( ^- a; C5 q* ]6 D5 L4 O. a: H
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
5 c4 b- S( G0 s }5 N: P遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
4 ?( Z+ n9 N; A& I: ~. C; h酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
0 R) n9 t) b: I1 V( d! v. R* i不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多) d/ ^- r% v/ A$ R
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
5 |2 Y: } m' ]: x' ^$ K' c) w钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
% |, H2 F+ y- a: q! l5 Y质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制# P I9 I# }' Z$ l1 O, ]+ G# G
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝' k3 D9 i( O% Y7 m g' j8 H
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯, Z: l/ j6 G$ _& G% J# i1 k
化铝。 `# Q; w7 Z( n1 v$ s6 r2 R* p
1．3 以氯化铝为原料2 j" n& M5 r( W% c
1．3．1 沸腾热解法: I& K4 U: J. \- a
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
$ Z5 h& Q$ I8 c2 B氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水: W; v' p- s* G, Z2 _; ?- n7 ~- m$ e
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
* y! R" Q, W2 U$ N合氯化铝固体产品。6 n3 E5 x1 N& p; H& j
1．3．2 加碱法
' U: O3 D& |2 ~7 N' ^; D/ W/ P% \先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下) q, M: l' [, G, k
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，9 R, b$ ?* F( w- s8 r ?, L5 w
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产+ D1 J) X/ O* V0 ]8 K4 W
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
% G0 |& s, _( ?* `0 u3 T0 p品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等8 ^2 r6 B" B; e: [) Z
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／6 R6 b$ J* V3 [2 Q9 ~2 f! k4 }* s
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报; ~# }/ }* |& G% C( K8 r- y
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到- D8 }4 ?! d/ s) Z/ b1 f! Y( w
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
: d y" K- a6 Q3 D- J3 w, P量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐 d& r. I, _" \5 C5 {
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
4 j6 `: s0 M$ S' a4 y' p量也不高。
! z4 [6 R) \. |+ }% V- {1．3．3 电解法: I! k; n5 g& @8 ^: M
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以/ u2 K, @( K7 n S+ W
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
/ g6 c# Q2 v; g( u) b低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉2 P$ }3 Q: Q! E# G0 E7 k
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
3 a) X% Z" i: K7 ?! _4 D4 S3 T氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
6 v! ?1 u) ]& L; k- r锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
$ s- e2 l/ q9 f& h) d: u可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
0 s8 C$ v; _# t9 z* B3 x" q倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
7 Z# q H5 a# r% m1 p' j" p8 h# K8 Y过程中的极化现象。
; Y0 q( K) k- i- W4 O1．3．4 电渗析法
' R. N( Q+ H4 Y% d! A5 N4 v9 Y路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解! |% l9 ~ a" J' p) n; g* T& b
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁4 i; }6 Y9 L; z+ q1 F+ V! G- i% B
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
9 _$ z" D, V! _/ y# W$ D! K) j室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
+ s) `0 R/ g& I/ b1．3．5 膜法
4 j3 F% r) x1 w* t& A* g$ m该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯+ x# z9 ^& k; m5 o% C- i _; w5 D" c- W
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液7 e1 y+ m5 M8 x) Y
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得+ a" G8 [( o3 s3 G; L* ~# Y" m
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
% f7 C& |+ I2 h% E制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％- m' ]& E0 ]; l9 N
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化6 \' j) R7 t6 q. P4 F8 L
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
( R' V' l d# ~, ?' j; ~1．4 以含铝矿物为原料8 @) Q. k# T* O! Z+ R/ d
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物0 l+ c0 \' E* o, }/ {7 W
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主- T* t7 M7 ?* K2 i# Q
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
9 u: K. [9 B# z+ z( o I3 N' G几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一8 A' R' R# R# ?4 ~# |% ~
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等4 }, K1 `8 i: P5 A! ~5 \% I5 k
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其7 t4 v% E5 n" T6 I1 I$ b5 K: E
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二( K$ c" N( W" ~9 k+ g A# h* A6 b
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
6 j ~8 ?0 h/ z; v9 o8 F丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，0 K4 u6 i0 t+ E4 C
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
. I" r0 w/ L! }' p$ f/ n: S7 n霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚# _! A. C) W: a1 Y
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
( W& B0 @3 q% w2 c一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
7 h# r+ f4 _- }7 K4 }9 a酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。( g) l& I# M/ \9 ~
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较7 W5 E8 p4 c4 F
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残# p n* a: \6 P5 C' E
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的3 C4 o# i$ s+ N# r) z: U
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
; N. z" T) ]" T对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
; D' W: w& |7 l1 w种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸; z! [3 Z/ ^" w4 w
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
* m" v2 J' i8 ]% h. w高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
9 V7 h. a, w. [; m7 H$ ?) ?1 h5 G20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
9 n2 X2 U( u- O7 a氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
$ C7 J* e) R2 Q4 I氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
+ q f& q H1 R* k铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于$ O6 g5 d% M* K; ~; @
30％ 。$ s& K6 T4 f3 U# ~$ v! `* G' T$ l
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
: a8 b4 g+ |+ z- w; q8 E! F3 G制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
* y$ ?& z. U; O4 R需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
( E) I' E! I; O其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠: U! E! w0 ^7 x5 g& x0 I
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备' i: ~& u+ |( U- p7 R
复杂，成本高，一般使用较少。" ?3 L u- E F; O
1．4．2 煤矸石6 }3 b) I: D" M
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
) v7 s' d* z; N+ F' H物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
9 b, J* t5 _0 F0 I4 E0 f ^增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原* ]% ?# t' P3 i) @* `/ ]5 ]
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而4 o( L [( C& d8 |
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
8 l7 X% g" W! i! r数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和, i) V3 E0 w0 P8 X+ j
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
" C& q/ h1 Q/ A( g! n) \氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，! t/ l; ?, X* [. ]
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
2 ~" T8 O0 U3 }3 ^, v6 U% {经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
2 }5 F- E, m0 y! k! d时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
2 f! c! D* ^: w: B6 s: J7 x处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
9 C. [4 S$ K1 ^ f3 \, ?结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化8 P e) K- K; t3 F' V% ~
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐* Y* ?+ I4 Q, K: {4 j. b
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为6 E8 u8 \9 T0 v
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。% U8 J3 r) S; S. ?
1．4．3 铝酸钙矿粉
. N1 B% {5 G7 l铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
: w( B. n' i C% a& t煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
( Y# A4 y1 t! O' T1 S9 e不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
9 _( y9 g# L+ i+ u1 a(1)碱溶法9 e |& I5 K" U/ k7 Q- K) c/ B
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶$ F/ x, \+ n4 B: |; B
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
' Y8 j# h8 e1 s2 g% q3 ^7 k在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
" C- E. Q/ t" w1 N. x值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止( x& w) M4 Z% i6 o( q4 J6 p5 [
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会- H) T1 l$ I& a% d
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中& m1 C5 t% _! `& a/ Y
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠2 i8 G/ a- @) r* f
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化$ r7 T8 ~/ E" P# J/ b3 P- C+ M
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但* p4 S4 X$ H5 R a8 y: m0 Y# e
生产成本较高[19]。! A4 w! @7 Q4 Z3 ]+ m& [ ?$ G8 ^4 R
(2)酸溶法% } D0 [5 h1 ^8 p7 D8 u
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并4 v( r) c' J" W* E0 x$ |
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
# s: v& P+ S/ D+ X% ]4 I' Y单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不) o' F# k: {, U, g, q5 v
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
) |; s: ~/ E1 h% E1 F" [0 W" G, g/ c不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，; A) d7 g+ U. D* O
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
: D+ k! r/ C+ H1 {& i4 N X8 P氯化铝铁。% S6 F3 T% e$ x, r( L& M
(3)两步法
) k0 u! [8 f4 {5 G, T2 B这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工0 a3 [( m9 R1 K) ]
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量/ _$ U/ X9 ~6 O/ ]
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
4 x# V1 ]3 X# Q* w把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
# V0 b& R* s* g# @7 T7 i3 O这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常/ ?% R% V o! s3 L( g* V
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
! y$ P5 C9 F$ p. L/ M7 O8 h+ @铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
5 x4 |5 K/ z4 U8 ~1 Z6 ~( v流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝0 R% v |% I9 m5 d$ o
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
9 M6 |$ Q$ X: k铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
/ V1 t' }2 C" [5 \# @' y合氯化铝产品。5 W0 | H) M& L2 t% S+ h8 {
1．5 以粉煤灰为原料
- q4 M* m d$ V8 Q3 \6 w. Q4 W粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体2 [4 j- A5 L. n2 m
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．1 m6 V7 P1 E) j8 d
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通! M. h8 U: C! J' h; r2 G& r, T
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性/ \$ T n0 |. `8 v5 R% V
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
1 f) J* A8 a0 E6 o/ C8 V5 ~人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
4 ]; q9 Q3 w& g0 n( {- m& V溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再+ R+ N+ L+ N3 ]. X% o4 y, w
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用' I0 [- x o; O/ J0 |! w) |
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化( _9 \" Z' A7 O! F
铝产品，据称能耗低。+ h+ e1 P( o, r% j4 U0 t
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及% Y+ }8 W, z h) a5 m
解决建议
8 L7 r+ M' `, @) A0 {! |8 ]我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
9 n$ B# m9 d) P$ ]着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
$ C s* z" i0 V内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，4 H/ D: I* | C# X) e: K
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最# U+ l8 h4 V& x4 m5 J. \2 N
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者) s8 g" O' H+ p: ]# c- ~- o
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方/ H: r/ K: g5 W" d1 r5 z% x- |
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研6 }6 I5 ^3 x$ Y% t% N1 f! ~
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度) n' O2 p& E2 |
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
0 d! I' y$ r4 U& h c9 k2 f3 ^- B' ~3 x/ W9 G硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
' I9 x- l# o2 J, D; ?% U- q2 X子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深5 z! m- y) ~; V+ D
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
* T8 r; Z- d- P: ?0 O以下难点问题+ k, c+ ~+ Y& B5 Z' x) j3 q
2．1 产品纯度问题
, l* ~, w! C- z' s* a3 W氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
! e; t: Z6 g8 g* ]3 Z& D- g常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我7 b1 }0 ?2 U3 ?2 p' j2 f0 B. N
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
0 \0 R" Z2 r2 s/ M1 R+ }- [产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
9 o$ q; A& z" j4 M酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
" t% O/ J$ r) i3 F品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化) y! |, z" ]& |1 p& R# a' Z( N
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
" x8 M4 c2 e# e. ~& e/ g% v2 N* M9 Q2 T盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需' O( t5 `; c) ^. d8 I
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝: ?& x" a* ^1 i- v$ t1 t$ E3 N
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之 t/ W2 Y) n5 ~$ i3 |1 ?8 x
一5 w+ N" |0 [. W' I, M- f
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
9 d8 i" @# m7 a广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
5 ?3 [" y j% v* M& J% e0 _+ h产品开发力度。: B& W" ~* u. ~# M- L) T" i0 ^0 s
2．2 不溶物的问题" a S8 r# S& d3 G. h' o! ?$ n' c
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
7 s% l5 r3 c" ^- q( d2 |- ]' M明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而7 r3 l3 p+ K2 t7 G* _
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加+ \5 \' P2 s+ |% Y5 |
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
; X" Q4 q- H* x" Q应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低1 a# `: H# t2 ]- s6 A8 I% z
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
9 J; @* Q6 X3 ~5 v决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效$ s: |) \1 [. @3 ]+ v( O$ a3 o2 m/ I
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择% `6 W& W$ }" k! Y
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①% X# a! ]! k2 A0 w& o. L+ O" _5 D
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积% G' Y1 h" A2 w; |# {4 U: m
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
, Z( n8 K" ^8 G% c/ ]" E高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，- Y: V2 C; \2 I4 D, _9 c a* h
通常会取得较好的效果。$ C& r- o+ y: q' i6 P& A3 h
2．3 盐基度问题1 w& C; G% b/ ]" u3 r
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可' x [$ `* W8 m3 h8 l# y7 Y
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
9 x0 H7 Y6 w4 y1 V* g酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考; Y2 C! k/ g5 N
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和4 d0 B C7 l0 @9 g# @# U& d A
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
+ D* O2 m: U8 Y% P2 e6 Z5 y4 c) K国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
. h+ E; V0 |) B6 U2．4 重金属等有害离子的去除问题
3 a+ K3 P! ~5 M9 U某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以/ q. t" D& |4 C5 K& {% O: c. M+ Y
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
! V! i& O! G' ?0 d" X) v2 O害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
. M; m8 X, y. Z$ T( D; ]3 r置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。& i. c" Y/ |$ J, d
2．5 盐酸投加量问题' B8 m- W5 b5 q% s8 l+ m6 K/ w
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
7 L8 j' U5 G6 r# \6 S- u( ~" x- [' e业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
+ c$ m- o; `1 e/ ?) |4 O本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶/ J" E" {6 B$ F& m( Y
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
/ L2 Y# r( C& {5 t a- I. @题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥8 C- G3 q. ?! J+ G
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
3 O4 ^3 D J% W3 T6 t5 j5 p4 k9 j通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
1 t4 g; O* ]/ d! K0 P5 T1 ^低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度0 c" Z" A8 r$ \& o7 n
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。, f, n! D& }* m7 h
3 结语与展望6 \* e, c. o w& c
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
" m, H- w+ @$ p% S1 g3 A1 c品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水! I% r! L) b. g1 L6 z! m6 e* F& Q5 d
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上& d9 H9 g# s3 K. \" `
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
; b9 x! j2 B' t: y" b3 T( T品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
2 c1 ` n+ g) Y, Z, l+ K9 H品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来* r+ u7 {0 U+ o1 W+ U
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
* R7 Q3 g% ^2 M5 Z) M7 G用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用- G! }. X5 [% W7 Y8 u6 c q% `. @3 i
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、/ [3 @2 G9 N& ^7 y3 |: B' x4 X; J. \$ k Y
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用# |( M! d1 m5 `% p2 F
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业# c6 l2 _* p% @2 o2 e$ Q
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究! u- i- w6 p: y, O- i- h) D
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产# t. b# d+ L- | W
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，/ |! w$ X, _7 \! x5 K i5 N; Y
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向; Q, i5 Y5 |. I6 x' C' y6 Y
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
# |3 n3 S6 D i' p1 a9 Y配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
, N9 K+ C5 K8 T+ w& G8 z. w剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范7 S. r ]. ?, P9 c
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
6 H0 `* f) I: c# ]5 `子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
$ Z: f" h* x! B4 p; zPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料7 p' S0 z7 b9 {! {- A9 n
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产4 {$ m7 k+ K1 f
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点8 A( ~ ]5 d5 l1 k& |
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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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