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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾# T6 x6 m5 x! k3 ?, q$ Z3 e: m
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)" ]6 ?# w% H7 B. ^* J2 F7 C
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固) ^8 \' p `. T9 M4 w' R
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
/ X$ u9 C* d8 B* J% \6 v/ p3 r. L理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
& z) o% c! S; V" ^/ a" B水、生活污水和工业废斜管填料中。8 `# I% S- K$ ]8 S1 h; }: J
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
" M- [5 @" [! T+ \8 h0 X. T/ F凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代- u: D* V# m- o6 Y; O h
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量- g2 r* \; C. m
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
' H* Q- d& ?5 z$ X# M2 W淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
% Q# m4 a( c% Q值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
* Q' {; n: T2 i从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
d) @7 t3 d9 M0 D$ S: l: ~发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
# G/ b9 v' o- k了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
/ y" u \ r" @8 w. ]2 \度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
- R& A3 Z' m/ T9 C( g C6 X0 H和探讨" V X) i. m6 O! d$ y0 R8 @
1 聚合氯化铝的制备技术; _2 h8 Z; U4 a; L X, Y# t
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
0 q) P8 ~) s. S' z" M( k0 Q1．1．1 酸溶一步法+ d) [+ a- P- F, ]
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
3 l5 v( o* N% X2 v! {% d6 Q) F" H$ A1 n! G在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
4 Y1 K0 T0 J& j+ X% l. f0 I% J放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为* `; c7 {$ E. X
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，6 Q" e: y& n: r3 |
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放0 |9 e( F+ R7 Y& D& t% L
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至6 R- V" r* U0 P+ b6 M
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
0 d# z7 y! ]7 U3 o, o9 }, o- p至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
' E% i5 P: V+ Y5 D t& E简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量1 l' d% s1 i, R: ^ r" I" f ?
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
7 }; [! G2 N; E备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
/ M' O- B3 M# G0 z: w金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
1 A1 Z8 S7 t9 v5 K; `! {# c利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
3 L) K. Y7 u+ z! J* z出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
$ L2 D4 J# Y% P* x9 P9 X2 B合氯化铝标准溶液。4 M3 W1 g1 A: E3 G0 u
1．1．2 碱溶法
: \9 r3 Q- z6 I# S" {先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再' N; [: B* x8 j9 Z7 P8 z
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法5 e6 a) h2 R* p5 M" U" [" O
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
' ?! X( p0 U7 E- v1 c- E6 O含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
- \6 J* f% e0 r& W化生产成本较大7 R% J( B g7 k" p0 K3 A, u. P i
1．1．3 中和法
% _! t; w8 u8 e* z该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别* L# G1 z) a$ K8 |* D
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
( W. x, X" X# ?0 i1 t1 l( q7 J制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶2 C' E. t+ E) [# p6 \. W
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与' W# ~0 R8 a* s# K7 E
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
4 X0 O( }2 f# K! Y% P' L* l用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再' J' u- C( {# X% K( V
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
- ~ T$ i& e2 \& Z; q4 C到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据# S* R; a& }+ U4 [' i
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。2 d" L$ a8 C$ l' {6 S
1．1．4 原电池法
^1 g7 `" E& Y9 I) B该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
6 Y. x1 T* W6 D1 y0 u; Q5 W1 y化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
( w1 x+ j) _- A$ G4 [. g桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
! P( T( F9 B3 X2 S _0 P筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
7 h+ R7 \- ?# n' ^行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产, [7 d. R5 p$ U
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
4 Y7 {& n0 z& T+ _8 j' E拌，大大节约能耗 ]。- N/ p+ W, V7 ^7 J+ E' e
1．2 以氢氧化铝为原料2 m/ q$ O4 q9 U" i) D
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
, K7 I' \ Y7 @/ O" ?! Z温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
& ?4 @4 B# {- g+ t该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普; }, G# j" D8 S+ W! L1 C! ^
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
h% o8 ]. C. A酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度. m+ L' Y1 N2 L& W( Y8 Y( d: }
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多* ~/ p @5 f) f5 w( I
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸. D( y6 ?- H# l. X6 D2 ]8 j: u
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
* o7 c" n- w: e2 G! ?. `8 W1 D质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
: l' o1 [+ `0 c4 U得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝6 o5 }9 o7 I. ?+ k: M$ [
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
7 h# r& T% q; ?- `8 F化铝。
+ W; z: g4 o, h' t- J0 @: g1．3 以氯化铝为原料7 v/ {; l- W& v4 r
1．3．1 沸腾热解法
8 p: m5 M2 I! k' a$ P9 G用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
1 s) U/ J O# a, d" E氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
a: `" [) d5 ~搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚" G$ \- [, I3 R" _7 U
合氯化铝固体产品。3 T6 B$ y1 S) m1 p$ Z% {
1．3．2 加碱法
/ E& t# `( G/ u, H2 Z先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
+ O4 H3 F2 E; P3 C强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
4 G4 c4 _' ]1 S. f0 ]4 y& t反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
% c$ x+ x* c1 x2 L. P0 A品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
- t4 U! n% j f6 l% P- G品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等- z9 D& ?( \7 B# ^; O, t3 t; f U7 A
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
* N6 D+ F: W- b. o$ }. A( e) |L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
' L0 N# F" t3 ^( |* K" q$ ?. [; g道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到5 x7 o' V8 }+ a6 n# i& A
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质 T* a; M/ Y1 A# H* p4 o& e5 v4 E
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐! c# g* R+ }8 o4 }+ v) B4 e0 l
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘) ^2 e2 ^) z6 ?% f5 r* K: p7 P' a
量也不高。
* h4 \& b* e+ O; y$ Z1．3．3 电解法
6 N6 V |8 }* `/ M0 w! i$ U+ _该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
" |/ N5 A R8 m- R% m% v8 }不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
3 d. U6 Z3 y& h$ Y) c# r低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
! p8 o# ]$ A" u/ v+ B等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
2 G k6 ~5 b4 C, Z1 z氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
" C7 s" P8 F: D6 h+ D锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
( V# ^0 n2 t2 E可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
. B! g# ~0 E1 Z/ n" B! S3 ?0 f9 \6 @倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
% I* Y- m3 j3 T5 C过程中的极化现象。) P+ C6 x# ]: ^$ P, m
1．3．4 电渗析法' c) D6 X4 {% O* o9 l- b) I
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解: G g; V5 e% I3 A% ^) c8 F. @
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
8 ]$ S: e V1 h% N1 y板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应7 I2 W0 y9 t+ `0 l# E
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
6 {; k3 I2 S: a/ Z1．3．5 膜法
7 g Q! O& k) b" u! S该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯$ k1 J/ e& T1 Y( F7 r% i9 n* s2 ^
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
' \) H, h; ?6 J! b: a( L. B通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得9 ?- w, _' B* X$ @9 L9 [4 \' y
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
# T# e d# ~+ r: X+ p制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％3 O4 i: W- M" q
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化; R; h: d" u4 ^* J8 |3 O3 U
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。$ l. |( _) d, a5 q9 r
1．4 以含铝矿物为原料
4 B6 w$ d( s5 |# \! N2 a, e# l, j' L1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物: T6 f/ i* Y0 Q0 n( F" H9 @
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主( b2 W# Q5 R7 v+ v4 j" F- [
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
9 W) \0 b1 d* H" h2 ~几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
" k9 c6 I2 ~; }" J5 H般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
; O+ ^4 d ]9 h7 Q的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
2 `' ~, A6 {7 a% C L分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
& e6 A& N$ |6 a' z氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
9 X$ f, s; u7 _0 {) N1 }" K丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，/ j& q' ^; `6 C; q! L9 E8 O
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。( d2 G8 G" G: J$ C# V
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚9 }1 l3 ~8 s) @
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物2 l4 G" ~" S% n0 V! P0 X
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
$ y' \: O- {' K# \$ t6 @: C1 x酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
) P" I2 }) Y: w! c生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
9 _! n/ S$ [4 \$ ~" b7 ]1 A$ }$ L大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残$ D8 X- k; h8 o9 ^# e
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
: t! ?8 D, U8 y0 a4 ^! M粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
; k: u4 W5 ` b: e对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石- z1 }% l) _8 j+ b/ @+ R5 h& A
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
# w! L. P6 d( R8 K溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
0 E/ X2 |8 ~( @6 L# e' v高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为" f2 U0 c/ o1 {$ l/ \! t
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合5 Y7 S7 Z- K* k+ ?2 |! A
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
3 K$ O( y' @3 r* _% s$ @氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝, n2 U' J( @. k: {: V) x
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
# [# [ `/ o& q30％ 。/ U; T. l, r {* S) `
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
2 M7 n3 V" Q, G% U制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
- f, w+ T2 i w需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
! ]! R% a2 N6 w! ?( r其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠- [# ?' }- n& i* |1 D2 _7 j
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
! t- O7 i. e, F* E5 j# f! {复杂，成本高，一般使用较少。4 U, C% i0 T" @
1．4．2 煤矸石
0 |- ?: U( I8 X7 L# y3 k4 Z4 F煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃5 M7 P! y# J. h0 q
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧! L2 [ i! F) f( n. b
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
8 l9 k4 J1 u8 L3 K+ z料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而7 o j# |' h4 N) P4 g
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分# e2 p# h' D/ i/ X Q4 J+ {
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
* L* J; J+ F3 N% Y6 j5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合0 A/ p2 s: H" n/ ]6 ?1 i) X- O
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
7 j" ^7 |6 ]% A V已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石: _& g1 D4 {2 @5 w7 Q9 M5 Q
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
# g0 q$ l- v, H# B6 |( F, Y时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当- `9 C* |6 ^1 n6 S: D+ H) c* w. Q
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得/ _% t4 A# r& z& d! E/ J, V
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
, C/ N2 A4 I- B6 n铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
6 C! M8 @7 |6 o$ j4 D/ N基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为4 q6 K' J& o) y) H( h, u
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
; T0 C/ R! O/ a! ^' ^4 C1．4．3 铝酸钙矿粉% T8 t% u( N3 |; |7 y4 Q1 P" R! N
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温8 R! A( ?1 T5 [7 }0 r9 t7 U* j0 x9 U
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
, f1 w9 d0 i! \4 _不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
* O x- ?' c7 B( v3 a7 X6 s6 T9 S; |(1)碱溶法
$ j* l1 M( g9 [( a7 s用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶$ O5 S$ w( q* y9 @- Y b0 x
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后$ Y7 e: U! g6 {: e! u, C' H
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
) u2 g. m# e' f2 @, ]值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
1 D: M% E1 A: J4 p* _9 i反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会9 }+ d# Q! b$ k9 u- A" e3 D& r5 Z
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中( f5 W: T& ]0 E; O- j* h
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
7 [( }! S& O8 s" Y状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
1 t n1 o' e# j+ B' E6 ^- a$ r铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但2 _$ J* ~9 W1 z# a$ D! i+ b
生产成本较高[19]。
& Z+ e4 |" I7 `(2)酸溶法
# @4 p i& K- g# q0 ^把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并/ t3 {- H. @4 [8 Z% z ]
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
' R$ b P7 z3 L8 l4 y单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
- H! h6 b" c# s p! f, W( R溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常5 N# i( X& z+ S& q3 ]- }8 t. j0 c; a
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
& v9 [& a* O1 g$ D$ p铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合% {8 o% a# B! N8 y$ l1 l/ m t
氯化铝铁。* E% M) k s5 t, ?( E1 F' U5 p
(3)两步法
3 H* b" s$ w# l g* E" ^. r% |/ p这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工" C* i% S/ D- n) Z9 c2 |
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量& I" r$ ^: m3 x
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是& Z! ^5 D: m# j) K
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
2 x( F& v, m0 P" ~5 v, }这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
& ?8 m3 w# N! x; Y" O, N* n8 S/ |4 B第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化5 A* y: A9 W. r' Z2 w3 n
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
2 t' s8 Z- Y: D G3 V* O* N流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝' [5 \6 x L s/ w' Y" N% x
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
t2 s3 y7 M6 M ?5 ~4 O9 ^铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
) W% b7 ~- o, o5 t0 F6 {* l合氯化铝产品。
# G/ `# {: F# J2 w- @" ~1．5 以粉煤灰为原料, U: H4 c6 w' C+ ? N1 z* B
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
( r3 q$ f/ n5 C C; t: B3 p7 _废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．; I) u3 @ X% u
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通# N7 z& T7 I1 b5 W# u/ f
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
( n X# |2 a8 S, c* u P高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
+ u/ H# ?7 c$ ]人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸. V* J% W6 ]4 z3 y
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再0 D) U, b7 `4 F d/ K9 B/ ]& @/ H
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用3 V$ `$ T7 X& q" G7 ?3 m
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化4 E1 x- Q' T: y2 a+ K( X" A! X
铝产品，据称能耗低。8 p: r9 ~$ ?" n3 k1 [! k5 Y) y
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及/ E7 r+ p9 a( j; D; H0 X
解决建议" I8 m! S5 q a+ H- S: C
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
7 M/ w1 P& t) o* c3 M! y* r着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
( l5 k# U! K& m- b2 l$ a* J% B内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
0 g7 s7 |1 s' u' [7 f. m但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最1 ~! [. J. ]8 \" W$ s( N# R
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者2 i4 E8 A8 y( t
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方/ b4 t3 g A6 T, o
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研 _2 C' i y5 n6 V& }' Z
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
1 }7 t4 z/ J& i3 s& V: N反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、6 e( I: O. } G0 P; t
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
1 `% X* l! n8 p) w! m& S- p子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
2 G) Q p$ u7 j+ y3 }7 z1 H4 r入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在( m( s- m; E" l) x% r0 Q% x9 S! S
以下难点问题
3 N" K d! r. G K2．1 产品纯度问题$ l, }, i k/ B
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
& T* Z) L& y0 y: E" n常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我3 m+ A9 `' O8 l, M7 Z
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列2 f1 h$ V: m# _7 s3 { Q
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
) L L! ^* Y" j酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
' w3 O8 h: a! y) n品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化, b% P0 O2 b1 l0 i! `; b# v
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
9 c6 A, W2 {, s4 K6 J5 Q盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
8 u, l0 m3 D) _. X( F+ B S/ C b求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
7 C: i. f) f5 T. M$ ^产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之6 L- ~% w3 a* E t+ D# b# X5 M+ F
一
, N, \3 t0 r" A, \。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
- T/ R$ U9 g- y- ^ Z' M7 a. r广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
0 V# r5 r, M4 i0 s产品开发力度。
/ I5 V7 K& F/ Y9 [" y$ V2．2 不溶物的问题$ \) Q/ D4 j( o6 x3 R$ f( W6 T8 `
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了5 o* f0 m6 |2 @- c
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
% @# z( ]; h+ E# @矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加# f9 t4 ?0 u. h& J* S* X, c
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相9 C% n- ^7 _4 A
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低! H: b# ?1 Z2 E" ~: O3 T
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
9 o* Y5 d' E! _5 `* @% }4 s, Q决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
3 A2 X3 b2 t. z* }- A果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择! \' _8 e/ z9 x& }! x, D3 K N
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①. P0 [% H) d' `7 a
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
9 t3 [7 e; ~, Y小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
9 x) y" n5 ?2 w高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，) ^ _* \9 y# [& ~ I( D
通常会取得较好的效果。! O: O- i. a9 C& L
2．3 盐基度问题
7 l3 @( O; n, j5 J6 ~盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
, e5 W. c$ ~3 t1 R1 U& T& e在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳: j# u: K, }* c3 e. A
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
8 r: s5 P, S* n% Z7 F虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
& k7 c3 ^( m( W8 d ]' x/ R, ~4 ~铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
/ ?- e: O" {% _- T, z7 ~国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。+ W3 C, }9 G/ k* V; W
2．4 重金属等有害离子的去除问题3 `3 f$ z. Y" H7 o
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
) k: Q7 f7 G( I* N0 J6 `) d在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有: X# x' E+ S2 R G3 E
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑: _+ d" p; [4 l* g/ c) m, W
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。2 N1 |. [: j( _3 B% A* [% b
2．5 盐酸投加量问题
1 q/ x! n# u: ^! B* V' l制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工' E! f) m) i( k- ]
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
) }# H+ f$ ]' y7 {4 Q本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
" o* |" H8 s, x: P# P法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
- m" y. m) F3 b2 v j3 m4 x题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥9 }1 V& h; P9 o% w
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
. U( c5 T' L2 U" x, c! E" K0 @) x通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率5 P" @# k" d. f# D
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度, q- z; a4 n# W0 c7 c% A4 O3 ?, x
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。/ W6 }) A. y k; c" I. m
3 结语与展望
z$ t7 F, ~( E) s聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产* `* } D! O. L, a
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
1 h0 k" a' _4 |5 y& [6 B处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
$ `- w3 ~8 {6 ^; q. e有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产& {7 `, `# ^5 \( A
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产' \+ q2 M% l8 M* e2 q0 @
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
. x! b$ m; ?8 w7 R& [- N由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利, P$ r% x1 d3 P6 [# v
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
+ d: j, F3 J: l6 J8 v此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、. |2 }2 H9 c' Y: }$ n* w+ v
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
( Z, O7 W4 F: Z含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
8 D9 e& D) |/ r4 c( [* A生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究$ y3 y9 R: Q7 q
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
( E y" x& o/ z# {2 |9 p( \! h) @聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
3 _% V, P3 k5 I' K% E, f1 _是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向/ P. x1 D" k5 @* I( t
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
0 h& Z$ Q) f) E/ V配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
, i8 c; R: q+ R- q; t" z8 P剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
9 u$ `# N2 y3 {) B( a6 ^9 ^围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离; x3 k% \7 |2 X( g6 r4 N9 c
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
4 @6 b& G! D3 A0 ePAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
9 @! D% H1 S$ G! G- t7 Y利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产1 L4 G# J" |" ]1 w& O' r0 |+ H& D$ N
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点, @/ t- {. @" ^0 u% F: o' v' z
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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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