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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
7 n9 |1 G5 e( h3 n(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
) X: s4 R# j% h( L在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固9 e% n1 {0 h: [# r! u2 ^' d. U* I$ f
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
7 K/ k; g+ W% v! M" z2 l理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用0 L& C" {" R7 H- [( Z' C
水、生活污水和工业废斜管填料中。
& c8 U, T% x7 V$ \& ?聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
" ]/ T* N- L5 t& B' K凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代/ f! c: j& }& x$ M! K. _2 g+ _% O& i6 _
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量5 n V5 U% W1 z9 h
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉! M, d6 w8 T7 ^ y a
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
- y) m4 E# t! @+ y# o7 T2 |4 ~值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
6 L2 _2 Z8 z6 k, c. ?从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
. B7 o2 h1 v3 p6 o& z S0 @ U发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
4 ~8 ^2 _: d7 x$ o% X; y$ w了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角4 s) a$ u' X" s) y* y& E; L$ `1 n7 X
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述' M8 a/ T: S: u' x6 l- @
和探讨5 z& r# N) A0 Z4 C4 L/ `
1 聚合氯化铝的制备技术
2 W, M n9 @/ g l1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
9 g& W- y' ]8 @' H* c1．1．1 酸溶一步法+ k# I1 n* P7 U7 U1 T+ x
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
$ D2 O- I* C. i$ E& H在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
5 p8 P3 ` U% H" ~; `# j放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
4 q4 L' d5 w2 V/ i# a放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，0 u3 g5 c) ]2 w
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
0 b9 c1 @& R6 i! ^8 U. H' l! t出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
# i/ B( L9 r& h! f1 l4 `不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
+ Z2 q0 N, y8 t; Q( D3 m至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
$ M8 ?; ~1 @( o% Q, Y# o3 c简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
! J$ V3 @! H. Y较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
, Z2 n: S( `+ o' D& p5 O备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
) K1 t3 [5 S J4 P" `- d# N金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
* h! |2 A i3 r F: I利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
0 [2 Z* I5 H9 i* t3 U2 R& i出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
; D# \3 [7 [/ d/ c8 T- z合氯化铝标准溶液。
/ p& g: q1 M; ~5 }8 L1．1．2 碱溶法$ G& ~& Q! e# \+ _- F2 R
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再* `- k# d- f" z1 g
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
$ W. p# r+ k2 W& [. U4 \! k& f的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠( y9 o; {0 R) g
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业4 ^9 G2 S, `4 Y' \' `5 N
化生产成本较大3 }+ ^) \9 j. Y2 A3 A. L- n8 a
1．1．3 中和法
' z4 Z% W6 S0 `, K g' Q8 L该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别4 y7 T0 r( q4 {
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
7 h& [9 \0 ?1 L) @' k- U* v7 |制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
i2 H) |. `. `/ ?4 q9 I物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
# g; K( `' `( g& h4 y铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
# N. O* ~% K4 B+ \# }用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再$ v- G2 I% ~* G f- D
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得9 o7 d& ^7 Z" r/ x
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
, r+ f0 o$ Z2 X& r% ]' ]. I* F称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。3 r3 z6 o [; N) A4 K
1．1．4 原电池法
2 \9 c: ?8 M# W$ K* l! N该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
; ?* y1 _, `" C) u) D2 M. w4 I+ H6 k化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆( V8 f+ ]. P0 }( h4 q3 l8 i
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属. e: `3 t4 N7 T9 i
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
; i4 ]6 S* n! W# G+ }. C) F行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
0 I4 O5 d" P# O, y生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅6 }/ [: o: l; z/ z8 O! S0 p/ I3 E& ?
拌，大大节约能耗 ]。# K# w& w, ^' W- i
1．2 以氢氧化铝为原料3 J2 n( a3 T& s3 Y$ j" d
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
1 W/ l/ b2 B+ q5 ^3 x7 g温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。) b7 U/ ]; }1 D( n3 K, P4 u
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普& g9 ^5 i' O7 a1 d' Q0 W
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故/ y' [) x3 o2 G3 a1 e# ]* O
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
# {( F z* c' c; r不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多! `4 P6 S, v# s1 C$ x3 I" h
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸3 Z- m) L+ R' N$ Y: M
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂, r2 x) O& s q: {' k% }2 q$ X% Z8 B
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制/ o+ \6 M: z" a& N
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
U) X9 M p# @1 x& z& s! ]酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
' a5 k- [; Y3 n$ j1 m' V% s化铝。
0 i$ Y0 R* P2 J! y1．3 以氯化铝为原料
2 B! E1 }1 Y1 G/ \1 S4 q- \1．3．1 沸腾热解法* J" p% W6 @& ?! ]% a" q" Z3 W
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
, w/ L* O5 x. O+ v. [氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水# D* _& [/ J8 c
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
0 R' q6 Q% U7 R F2 V0 F合氯化铝固体产品。
: k# a; ~) Z3 P0 |4 \ y3 K1．3．2 加碱法& M- B2 m" M2 ~$ @" g
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
) @; o- f/ U3 b8 W强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，) f6 w/ u8 Q% l$ w$ Z, e
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产) d0 Q6 x' p! g: m9 b- `: v
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产- K7 x- c* e1 O% E6 R$ T4 n; h* k
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
4 V( x% k5 H2 i/ D* f# O通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／6 D, M' c6 J9 O5 C
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
$ j1 B" Y! E' a, I道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
$ d7 a l! c- o! ^. g$ kAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质/ ^* }2 s2 D D+ ~5 x7 a; @
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐" z5 n7 b' u5 D8 a. b" a
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
; G# ]2 l1 Z& X) L: e5 ^量也不高。
4 H* e4 ~6 W3 F& N! t1．3．3 电解法' O Q( g2 a: R9 T" g9 M
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以2 B0 l. Z" g. @6 r* G( V
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在$ a$ x3 |( s4 B& l- K- F
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
- B( T& z& ]6 U$ C等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
; @) J1 i8 N& u7 c2 a. U氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
2 q: T, X: S4 Y* m, N锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
7 G6 D7 S* m8 T$ F( @4 ?2 f可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
& h1 [! n% q3 [* k v9 u8 L5 V倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
9 D! [7 f6 H& v过程中的极化现象。- D- ~0 i C/ i' x3 X+ H
1．3．4 电渗析法
' O7 z* [) `% ^/ `8 r路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
1 D K F) y* p6 D, a& o液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁9 y1 I! _- C6 C, @# M9 ^
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
( Q2 X# m' |$ K" c$ o5 l3 N( L) i室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。, P- O$ X7 o" a
1．3．5 膜法
& c0 I8 Z# H5 v4 ]该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯8 \; u7 p: `" C7 j, R, j
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
" j! D* R% W/ Q8 T; g通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得% J1 z4 _5 a0 O5 v5 z+ M
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
9 p6 L$ g8 T; ~9 r/ d! U# J6 L1 Y/ i f制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
5 F! x* p% i" U6 w( b; b以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化# Z7 s# l. N& g3 {* D
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
9 k6 A& m1 ]6 u, D% L- o1．4 以含铝矿物为原料
. N/ A# L* P0 u G" R M3 B1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物* z4 [1 h8 R0 v" [. z: l
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
" c( p+ j4 J- \/ j要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这! q4 s' y; Q) `' ]7 M
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一5 ^' t% z `6 ~7 P3 V
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等0 o& J3 j# f$ U: j+ {
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其5 W% h) @9 T9 [3 ~
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二2 S% Q6 p% T* N1 Q( l6 s$ R4 a
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
' w/ J" |/ X" p5 Y1 H1 P丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
/ F1 G4 L; V" ~; r( z8 l可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
4 A+ t0 P% |; ^: v1 b6 W霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
4 ^; @' V2 q! L; I3 ?合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物* ^5 J; S$ h9 N3 |: s
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
4 M( e/ A, z3 [' d酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。* U% ?1 z. J* r7 H) c) K, G
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
$ ~. x' O, z! p大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
1 a! b, }+ y% |, R. E/ D( N渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的. X+ f- H" A$ \% `5 q/ T; D
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
0 ~# @. F4 F& Z对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石! A) Z3 G' k* T7 q: E
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸; l7 o" e. b2 R1 }* Q" n7 D- R( y5 K. z7 q
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
' X/ o4 d1 C7 z高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
0 S* b1 D/ U6 } d% F1 S20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合$ B+ x1 K1 V: J0 P g H0 ?
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，4 M" A. [0 f, o ?* P
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝! D2 m: M' l) b- c4 |# K0 I" x# P* G
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
1 w9 R! S6 H7 |( y8 x4 O% f30％ 。
. p. p% [6 m& n/ \+ W! t8 }" p: g一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
! U, W& s) ]* k% s# u" N制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都' _! R8 i+ F$ U1 q) |7 [& F. d
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
3 I, ]- {! s3 x7 C其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠( m: N, s2 E, ?3 L2 X
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备% K$ v A+ d+ }
复杂，成本高，一般使用较少。- {- {4 I) M9 i7 [! a
1．4．2 煤矸石
, b6 H8 h' C% l% g. _) H! J煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃: F5 |+ U' _/ k1 ^/ n5 z% _; ~5 Z) U
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
! v! ?# G. W3 n增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原# Y, ^* O8 r! X/ e8 Z- {; C& p
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而" U- d! ~: {8 [9 C$ t9 s% N
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分2 q" f- J, I2 L, T( s4 @! ?% B
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
# L1 g# d* T" X) b8 m' y3 T1 U5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
$ {: |: D, @% j& Z; h' {氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
) r% _! G& `* Q已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石/ g+ L! J: [' P7 O8 d1 H
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
" b" S+ h' ^2 g" p0 p5 n5 D时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
' s* N: g( c Z) t% M0 A处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
^3 }& x8 @( R! ^( R; o; O结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化' r) P* V& V$ V$ d" x3 K2 X7 y
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐$ n4 T% @; V2 R4 g, P& |/ G
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
' ?* Z; B' u/ A* F& q原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。/ |' D9 s$ Y* |2 ^4 J9 M; ?
1．4．3 铝酸钙矿粉
3 S1 i/ I, ~ h* F; g+ R: j+ | p& w铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
' U1 d( f6 p2 ?5 O6 y% q煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
0 ]7 j; A- O3 S" [2 k% P不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。/ `. h, z. Z( ^3 u1 l% M# k. O
(1)碱溶法
! n! ^! ^, p5 b4 v Z用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶/ F1 A' t3 y4 B) {7 ] g
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后; M7 T; L1 ?% I9 y; J
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH: s- y# m; g$ b% }' ]' d1 U8 W
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
7 E) u5 t; m0 f; m* z$ v+ y) z# j反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
. C \( e) G( I2 w- ]/ e$ V形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
& F: w3 {1 ~" q/ b8 m7 y- F加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠, z1 j, |5 n$ Z, r0 w
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化 K5 p. I7 \! u' G" s8 |
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但! s3 y7 Y& a, }
生产成本较高[19]。2 Y. `( m( t1 R
(2)酸溶法
" a8 z7 I4 Q' k! R5 e" u! L. m把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并6 s ?- A" P. S' w
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
% O4 j) K3 v: B: K- ]% ^1 N/ E! A单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
+ u" @3 y. M9 F5 m8 y( C4 K溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常. S) C7 B6 V. l$ Y9 C
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，+ M, t6 W7 S- Y2 l9 K9 @
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
. R1 Q$ J7 c: N: P4 c2 x* |氯化铝铁。* K# v% _0 \- @- M
(3)两步法& q8 B7 t" ]" B. Y* R" A4 x" m
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工 R8 H0 g9 }/ W3 ?0 Z; O: i( F0 J# x
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量4 Y1 K! p- F3 ?& @3 s
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
8 X7 s% P# Y& [把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。- Z( z }+ A C1 h% i; g9 {
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常' s( ?4 S' `' r# `) Q
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化 p# n" j* ]4 a
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回6 l$ h: E: _$ \5 o) Q+ k
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝, a* A+ O+ }' G8 B$ u& O! C' V
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化9 R3 H7 s, G/ ^) X9 m3 l
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚1 x8 W- T' S7 \* k5 t9 ?5 K
合氯化铝产品。( N: a+ _2 }5 h! h0 D) i- T
1．5 以粉煤灰为原料 k+ W! C4 L4 ^9 g
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体9 C$ s4 y9 Q; f& p( j8 z2 V
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
. G* o, W4 ]. ` |活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
: X$ [5 C* A+ x2 _1 n& F1 p常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
2 D7 ?# n) O: @8 @高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有+ B% \, J- D( l) ^: @ [& j
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
/ {( f* \# G- _& N5 E; S2 o+ S5 X溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
3 ?/ X* u# {2 z- q+ {( T! ^9 O/ ?用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
# p- E6 j$ s: Q: u; m' s* W5 Q粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化) t7 T( v; R1 u H& V8 |" K
铝产品，据称能耗低。
( [$ I( L# l& |3 p" H2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及3 e* p. B$ V) p, e) Q
解决建议
- J' c: x1 N/ Y* L ~我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
( {8 d9 [+ }& P6 o* o! l7 n着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国2 H e* _- ~( ]. E. J2 \
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，0 y- h: w# l" x% {- b
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
1 x& W8 y8 D* p佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
& G% S3 m3 m5 E( M* @认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
) X& w" Y$ K7 V/ x* _- w4 [0 z面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
3 G2 g6 d V, k0 y8 a. o1 U& v究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
6 Y# \; H6 w7 E V( x反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、7 a- N/ ]9 Y) d% L& v) M
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
; J# V; l. p. G! L$ H6 j子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深1 h0 i t. p- S& L( d
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
- t" F/ B! J. H; Q以下难点问题
- L1 x( s! b% m" V; [2．1 产品纯度问题
( u A) p3 {) v) C* h3 z氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
2 K! ]% g; F" T, V* x& A常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我5 x! \, ^% u7 ? |
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
7 p+ c6 `# q( U6 H9 f产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝3 ^ I. [: i2 x2 `! s6 m) I
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产$ M ?$ ^& W* p# ~
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化% j8 d/ ]- T7 G5 R/ c
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
1 f+ q4 M( G$ y9 E) y1 J盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
9 N8 v6 x# V+ v" n) z ^8 n9 z. n求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
5 E- {* Q* O( k0 f1 T* b" ^$ B产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之8 T* x' L3 |% e2 T( ]+ h
一 A( j3 S u, t" |
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
+ }8 \: m7 L$ Z3 o广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新6 z- T8 I7 C0 w' O' P9 ?
产品开发力度。. o, [% N! [+ [+ N$ Z9 r% t, t5 H
2．2 不溶物的问题
4 n% Z! n) N3 u1 t国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
2 n8 y& O4 a6 [% M, y1 J, o8 u明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
: k+ O. j7 X4 h; @7 p# Z* \( p矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
) Z7 T! V: ]6 V成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
, M- z8 v* J. C- c' h1 ^应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
: W5 ~# Q3 ]. N$ Z! g1 A s/ W不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解. f. D( h3 n9 D+ B+ \4 j6 i0 o
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效- ~0 l0 y6 R/ d) O( C$ S& E' z _
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择, S9 _. M) b7 Q. F. l+ v7 G
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①8 |& h9 J9 N, O5 G" J% |8 d
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
2 p* ]1 P) s4 t小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗1 {9 r- I, u* m' r
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
( |" z3 s. X# r# S- x! j) }通常会取得较好的效果。+ ]* ]. Z/ b9 X8 C
2．3 盐基度问题
2 P3 h" |7 q# |6 U盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可/ M/ @' _- a) z* V% q8 F" c
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
" K4 C0 p# m. y5 ?酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
5 }" F7 j( `* L虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和 q' B& a6 S% P9 S* ^* U
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
0 X @. S+ X+ k I+ n9 P8 n国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
6 j6 s7 ]- L1 f5 R' G( Y$ w2．4 重金属等有害离子的去除问题
$ i* a6 A2 Z- ^$ t; @% M1 {+ C+ S某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以+ m( T7 |; o! P' C! C! D
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有) a& G2 t3 `3 |% a7 ]( t' Z8 x7 h
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑2 X V: C. N! E
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。 ^, Y0 u0 b2 ^4 s. |6 d7 z
2．5 盐酸投加量问题
* r1 ?9 L$ ?2 S$ O制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工1 z! `6 L+ O% F1 W9 R/ e$ g5 {
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成( f, i+ _& R& p
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶6 q2 P6 j7 [0 m
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
7 \$ V4 p& x, V题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥" z1 a$ ^- ~4 j% \: k
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数" W1 o, r; g3 f* q/ w
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率1 C V( G" Y% V$ e' O
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度5 R' Y8 a5 g# {3 u1 u
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。0 r, I) @# G) [, u3 [. X. H
3 结语与展望0 g& f1 @( J6 \% |7 Q( s/ y2 ]
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产; g- ]* U- [& X3 N2 [
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水& s/ M, ]6 k3 ~; b8 C
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上5 _' ~. n1 r" k0 J) d/ Z& |3 x; r
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产# e% s! `& ~8 U" [! i7 E3 o
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产& C; r0 I5 n* j8 W, L! O
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
5 F. k9 X4 _0 L R+ m由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
) G6 O7 \1 S8 N用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
; A. D+ E! J& K, z( {8 G9 E此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、& f m: b# H! W( ~% g. V* q& A9 N
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
: i) _. t5 r! r: R含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业, F- _( N$ k t: s1 v, D
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究: F" ]$ ? [3 \: P1 ^. o; S/ u
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
0 ~" L! ]1 j U0 c5 K+ ~0 i! j聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
p' z( K0 p% V& G" ?( O) _是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
5 K" x7 G6 h3 l' q是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复; m1 j. Y3 ?" {5 k/ m9 `* H$ j" x) |
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝! M, q7 _$ x; ]8 A# W
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
% z% N. p1 [/ ~# L2 A) Q围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离1 L _- t% _) W3 @6 `
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内. n- s- n( m& M' T; |
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
1 f" {$ e* h: D& y- I利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
; `1 g: C* Z+ I0 x工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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% G5 D3 Q- B. c6 F1 `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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