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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾; i+ _2 c; {6 w; n: A0 I q
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)' s0 l2 y" E% d4 a# M3 Q
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
X+ n8 v1 \7 f# W& B; b) |* E液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处( E2 w, z: r+ g0 C% A/ W
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
3 l E' s7 w2 U+ ^水、生活污水和工业废斜管填料中。! {! {2 h$ |0 y8 u: ~; W
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮! G! J0 r5 X8 g, h7 x
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代: u8 s5 o( e: Z2 p* L x
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
0 n) m3 t/ u% h/ }) E r: o2 m4 q最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉+ i$ t) i( C. c4 b/ Z
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
1 U! d( }9 y* {+ H$ N8 Q! _值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国0 z: h" j+ p5 K" U2 C- J% T
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
% S5 ~/ G: X4 u; A2 R8 O7 c发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
6 ^$ `# N8 Q9 o了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角8 }6 u5 _2 l) U
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述3 l8 v' G6 G9 J5 }' q) K
和探讨
' R: ]& Y- ^$ x( T1 聚合氯化铝的制备技术
7 C/ J- I, f, m l1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料4 ~. O$ p# s# H/ I) O! f) v
1．1．1 酸溶一步法, \3 J/ _1 G4 c ~: z$ m; o
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，) z' ^4 |2 `3 m, R7 t! m
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
8 {. w$ {1 _: R" Y6 E4 v+ X放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
+ P! P' M; X0 @! L4 @% G% f+ l放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
- x5 H7 s% |/ | ]水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
) U# q) e3 b1 B8 x出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至4 ? m4 A: g, g1 C1 B0 B
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度9 Z ]! t/ Z3 [( O, E
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺 e% L3 n4 K) l& `
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
* ~ _0 g% l& [- H较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设8 D$ ~6 c! I: o+ }: F
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
`. H; Q J9 z) q; n( l5 w7 y金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
" N! s' _4 `3 n- D利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
4 f- `( P) I# \* W% r9 l8 b出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
; r& J: }3 n# V/ I5 Z9 e合氯化铝标准溶液。
6 F& K- w: F; Q* n- ^1．1．2 碱溶法; I+ s7 y: M4 {4 y( \
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
: {, b" ^0 m7 N; G7 _* a% v用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
L' R' Y, k( v. g& X的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
1 w: w" P; R% r: T7 Z8 A' I含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业2 p0 g5 H N' j% C+ v% E/ G% l
化生产成本较大& j" A4 Q: L& e' R& s5 e
1．1．3 中和法
( K8 m4 O" x4 \# u+ e6 \该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别. {% N+ b9 J. ^; H
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
. b8 h1 k5 y2 u& H% g制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
% B: T2 b0 I. l$ w+ P/ D物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
1 Q% @2 \; y" t- c铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
9 {: ?. @* t0 ~用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
' |/ b. k$ |- O- a把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
, U5 }8 b, r9 L. @2 X# s- A到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
* H* }: m$ | {: G) E称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。! L7 d: R% ~3 M4 n: q0 w5 ~8 h
1．1．4 原电池法5 |+ R% X; R9 b' ]: b( b6 t
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
' W Y( i9 r& V$ B4 @' v' p P化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
1 u/ D6 a) S( O) S! o, t桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属8 Y' f9 L$ F. l: S4 f k
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进! B! @ f$ F, g2 x6 w% B) {
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
: ]" e2 \2 [ p; F( q生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅6 @. T" x# V) W# a
拌，大大节约能耗 ]。) X9 v1 [0 N1 [7 K6 F1 }
1．2 以氢氧化铝为原料
. l* m7 n! E0 z4 { D q将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
, N8 ]* C6 d; Q8 E% L$ O2 h温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
! B6 m' R8 ?/ f. v0 a该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普, s7 R o+ B$ A& `) A. A' K
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
7 n. ^0 q. y' b, C/ T: |0 o5 \酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
( n- j- i( d' M9 X$ o2 g5 {不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
( X- G- X0 `+ d3 m( A9 [提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
" y1 K. c4 X6 I" Y$ N/ ^钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂3 m* Y, R7 [0 Y6 x
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
' p v& G' ]" p5 ^$ Y1 b得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
1 X: m4 R* i2 t7 Y" a s2 _. X酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯/ U2 U$ o0 b2 N
化铝。! C7 {' M3 h4 t! g- X2 T$ _
1．3 以氯化铝为原料/ h' c9 Z7 o1 A6 ~2 w c8 q
1．3．1 沸腾热解法
P; G* f p0 x用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
6 W: ~: ^% e e1 M- X! o {氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水6 U0 h% W" y* S0 G5 j0 d( q1 N9 R
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
2 ?+ v7 r+ F S& a5 V合氯化铝固体产品。' z8 Q0 W7 C, o3 y' g: s
1．3．2 加碱法
, X/ T( ?, E* R A, J5 l先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
# d9 B/ o$ _8 W* u. S; j) B强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
6 e! P. R& k+ B0 Z1 ^5 W反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
% U# [6 {6 l0 k3 U# ^7 `8 E+ t z品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产( T& M1 N* p$ R+ T( U3 N8 t, e. ?/ v
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等$ \4 B4 y7 h) o. T! i- l
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／5 a4 V/ M( U8 r* s# c3 A
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
7 ~5 j( q9 y" Z# s2 P) P9 V道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到/ O* W) O& C3 V/ q$ }$ x4 d# |- H
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质% p# g" f3 f& K
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐! b& q: w8 ?' R6 S! [& J8 n2 q! Q( Z
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘2 [' ], }3 q% k. P1 z" y+ M
量也不高。
- _$ i* @% u7 _1．3．3 电解法
% b6 h# [; m% K6 w; E该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
! S- R R# t- V: y( t: U; Y不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
0 \* q: O( [- Y% D低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
- k9 |1 v9 u: r q( P, ^/ [等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合5 P' B! ?7 J) M0 ]5 p- ^# A
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
' z# R4 H( h7 m锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
9 A4 H% R9 h* W! B! x7 L可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
! X+ W& [6 a# l倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解( W$ t! y2 z/ I2 b6 V" M
过程中的极化现象。
( P+ {( }# o4 a$ ?+ h7 r) K4 C1．3．4 电渗析法
' R/ n" o) R$ Z/ D$ R3 |路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解4 O( t; b8 G' G; H
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁; v9 i% g4 f! z% r3 n( B
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应8 E/ [+ L4 ?; q! V3 F
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
9 M" ^6 _4 p' }1．3．5 膜法3 r3 O2 {! i* k% i. D/ w; _
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
6 ?. q9 Q8 W3 K p$ x# a化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液2 ^; O0 _/ A9 z
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得$ _- D& Y; g3 F& ~+ ?
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
# C9 u: N! s" q( F5 Q# S制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
* X$ j+ d6 d! f6 m2 `- Y以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化6 A0 I7 z, U# j
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。. M6 N% w" X6 h7 k5 Z3 f
1．4 以含铝矿物为原料( \% i( D# E6 \2 U
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
7 x$ o) H& v' U铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
/ X$ Q$ i% M; c5 U, l要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
; _7 r& z+ T! I' k/ A/ e+ V; e# U几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
& o, n7 O# ]8 S% E1 o- v般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
1 S) y4 m6 O4 _1 v8 }4 `的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其# o+ x: p: d! o% b6 T9 m# t' {
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二( x- K7 g# U9 w6 x
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
: `) x+ ~5 T. A S丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
5 [. I" v9 o7 r1 A, G可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。0 ~- E2 j; Q( i/ e, q
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
C& ^& g! z1 ]- L+ i1 h5 J合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物0 @6 T/ G% s9 I9 I ]- E
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
1 o' |& i3 L$ C' U8 F2 J酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
( ~4 F/ ], A. l1 Y生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较) t, K$ G8 H# z- U+ n' h
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残) y& v x9 z7 n, P
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的) I. f9 D- U; ]$ S$ z1 ^
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需$ E$ o% l9 z- O& d
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
8 ]& j/ s: ^5 _" w6 A$ ?种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸4 I* c* U0 R. ^. I: s( X; J4 R
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越0 ?; v# y5 R& M* U) u
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
# A& @6 ~- D6 i3 a7 Z' x20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
" A3 g( ^' L* z3 T& K+ N8 ?氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，* f+ R8 ^6 Y7 O, O+ C5 Q
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝5 M+ y1 C/ ^6 v, l \7 t
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于0 {. H/ C. ?& k$ k: [0 B# U6 u
30％ 。 n ]* Y! G! {( z e0 a
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
* \! N q4 v/ }) N& X& ?制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
/ F7 M$ q: G7 v! S3 `1 Y8 [1 G需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
s- L- S6 |! ^$ Z7 Q其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠, i$ A j+ F* i. @( W
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备2 M, d) `) O3 ^0 ] x: w
复杂，成本高，一般使用较少。
9 K3 O2 S) t F! U6 x! P2 X1．4．2 煤矸石
L6 W& Y( c# E4 ^6 n5 c" T3 A5 B煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
~ M! U5 J* k. o物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧9 ^4 I3 q- q7 s% @3 G
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
* o' R+ K: F* h9 Y/ A料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
, e/ U' |9 p! s2 l且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分- }3 H- @1 Z! k7 t+ R
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和6 y4 Q) T) b# P2 G% w5 B; n
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合9 L/ ^5 |* e, K
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，& y6 G R9 O9 D" d
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
1 `& c; \5 j( d% v经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
U+ j) `/ w. Y: z+ d( ~6 z4 j6 b) y |时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当* y( ]" k3 D# d" @8 U- z4 X
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得- k b/ {# u8 U7 Z1 ` y9 G+ S
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化0 _2 K7 |8 E3 e2 }. {, G6 j! T
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
% W: r7 f+ I b8 B# C5 n2 `基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为3 t- `5 J9 I J: d7 @+ d
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
+ `$ [6 Q: A- M7 m1 e4 `1．4．3 铝酸钙矿粉
5 V+ T' D* m, r铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
4 f% y# A* {/ N; q2 b& s! A煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的8 |) K. b; d7 B7 g
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
8 P. U; w* J* D! C! C(1)碱溶法$ W- D' k. P8 \* d7 f
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶8 {& ^* u) w+ a1 Y
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后% w$ r4 U1 {" s) R- Y5 v
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH/ \& w6 Z2 w) x) {+ @* J5 u
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
6 z: ^5 _. e3 ~' V/ d$ {1 g# I反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会7 {' Z/ `% {+ n
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
j* H- `7 M1 l1 V" P7 A加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
/ T5 x$ E% Y* E9 v& {% R2 l: Q状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化! S( Y1 c. L' [) W; T1 I
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
% M: H. u- ~) M生产成本较高[19]。
+ |) a2 H$ G' [3 H5 o(2)酸溶法
, p+ s; q' w9 t4 R+ r把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
3 L1 v4 Z# u) G" i9 m1 H熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
$ i9 W6 f& S# X9 u单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不+ F1 S$ A0 j) ^, ]
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常+ \. N2 n- J: H9 C0 `
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
) h4 a7 m6 p8 f$ d+ H铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合6 n8 |, w# @/ G& v9 K
氯化铝铁。; I2 V J2 T* X, Z* J5 K: J" b
(3)两步法0 i) j, j/ A/ K) R
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工. W4 j, a/ q$ D9 j: g, A& `
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
X. ~- a y$ p0 A比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是+ V8 @1 x9 C+ U3 p" g! ^
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。# \5 T: y% h" C1 D- ^
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常$ b, t: v/ e8 m/ q
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
" a; F! q5 k S0 B$ n铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回5 f6 C* h) u) |) `1 a# }6 O
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝4 W( M }8 W$ N3 X: J
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化, S$ h- j) ]3 q# B% P* G" s
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
9 D0 R! c( W5 H1 p合氯化铝产品。2 T2 B8 @& r: }2 b" o* _& P
1．5 以粉煤灰为原料: i& @) `, M. L. F9 k, |- r* \
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体: W, H* |4 R2 Y% Z9 O+ Y' A( W
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
/ `3 s, a$ i2 Q7 q活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通! V7 B9 u5 T- A3 m; {! R
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
a6 J" q6 ]0 a$ N- C( Z+ X高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有/ o @/ I' }- C
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸5 n5 a% H; h2 w. _3 a5 L4 X
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再 H# n& Z: `% s& T/ p& X
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
/ F* N( f: a/ U, l5 }, ^' C粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化/ c. n9 M& H `9 B
铝产品，据称能耗低。 s; O5 G5 E, @. j( I
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及! V: x9 E: u) X6 T E3 V" k
解决建议
2 r. I9 p/ `' |8 r& U& a! q我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随$ a9 I- W% e" e P! y
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国, P" \( ?5 f+ M0 X! M
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
4 Y. Q$ `- h# }: S但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最' Q$ b$ {" k2 p
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
% O& l4 }! r" W+ i1 R& w6 z认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
% F" }2 A5 K" h面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研0 O. N2 J( ^* ~4 h# f7 ?8 d4 W7 ~
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
5 Y1 I w; u$ l) _* ^) Z反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
8 e7 j2 s. b7 T- }1 V) }硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
, z. F0 k. j B$ U2 _4 v子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
. X) H3 {8 o* W# m X入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在( I/ A8 d" d+ B: R' T. M
以下难点问题" ~+ H! d+ M* [
2．1 产品纯度问题8 f J; x; d3 M( d# _
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通; i- ?9 T1 _! {8 S+ v+ i+ o# P
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我# a k0 P) K* B W
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列' x: F7 C/ x$ X" {1 M9 q6 U
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
2 p0 b- s( ~7 |酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
6 w% N9 H& L( E3 A+ ^$ n7 F品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
( w, @- q& m7 w3 ?! P9 l1 v铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝+ C7 H, h# n% Q8 _
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
* X! Q7 G; A1 I/ q0 y2 K求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝, ~' R8 N7 x6 l8 A2 M% r0 V
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之, \6 R- C5 A+ I9 d8 E
一
, x+ r. d; y2 G8 c z* _% P% _+ y。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
8 T: Y4 _& m }5 h7 e% S: Y广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
5 Q+ q2 J$ u6 T3 S- m产品开发力度。
- _5 U2 C* ^4 g/ k/ D5 P2 @7 p" d2．2 不溶物的问题6 r! t# B H! [" N& B5 u0 b; Z
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
/ q* @. i: P, I) k* p* j明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而4 ~* D8 l- F, |* _4 m" U! T5 u" ^5 L
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
4 s) f7 r0 I, \: A& C! [$ ^成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相* T$ ]1 t6 ?% s) t5 {, P
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低3 }& L5 A) `- _- K( j7 [3 N/ J4 K
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
' Z6 N8 K5 U& u* A9 q7 s2 T9 M4 _决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效3 g/ q3 P: E% F# J: d0 t
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
; w) C+ e# ^4 U2 w也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①; u( F, @; B7 t8 `' L: H
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积' B: b( Z' A6 ^, ?3 X
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗4 ]1 {! z# U- ] z! p% M
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，, j/ m- n* W# C
通常会取得较好的效果。. [ Y D! Z7 _. A, P2 e5 f
2．3 盐基度问题5 l* q C2 r. ^: X* t5 G1 V$ F0 b0 x2 A
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
8 s* O* W7 y. N在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳" \9 i& O) ]# t) L8 z3 Q! S5 @
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
x" ^$ D' g5 k虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
% E5 A Z. I3 |* L6 i铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
* ^1 M; ^! }; ^& o5 u) P1 U3 C国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
% U3 T: D! ?) b) H2．4 重金属等有害离子的去除问题
( \6 B/ B$ k! `& @* M u某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
7 @0 \' M1 n0 b% i( _! V在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
) s) n, [- K" W害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
, e# }; l0 ?6 Z8 a5 g( {置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。& Q( s- k/ Q3 ]; b6 Y; y0 H' `
2．5 盐酸投加量问题8 c, T! k3 L; r1 j
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工; U( V$ ^3 [( W* e3 Q, q) U/ s
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成7 V0 i9 A" [; W3 s3 {
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶- n6 J. N. ?$ ?: M5 b
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
0 a- c' e0 Q. k; F2 s9 q& e. s题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
: g: x2 k# k/ a' Q& J4 v; Y发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
! v6 B8 k8 U( g: d3 g- x通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
$ Z% _; X, [$ S% S/ ]低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度4 O1 G) ^ w6 U* Z& l
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。2 i2 y' W) r7 D! i, A
3 结语与展望
4 r3 N p" }+ T3 E0 ^聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产3 x- o+ z! p0 h' [2 ~+ c) W. M0 i
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水( N7 ~% b* M9 g: ?, Y
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上8 |5 ^0 v2 ^9 _7 A- Y! j4 ~0 j$ m! \' q
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产 F6 R/ ]7 Q8 K1 r
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产+ x: N- G; t8 q* p1 b" ]0 ` o2 M
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来3 e% j5 C& G5 s9 _2 X2 j
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利- J# m ~+ `1 @: z
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用3 K/ c$ l& L' J8 z5 t. N
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、0 x4 ]# Q2 `0 e q# j. [6 V8 ^
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用* b/ Z; p# I$ _4 K9 z0 a3 a3 |
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
5 d) \7 I9 B9 `; w生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
9 d/ I1 K& o) C$ i应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
# G! S" h' U0 p% s6 [: y聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，0 m/ _% y- V# }5 V" }
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
5 K( E# ]7 _8 p" \是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
' \& Y* Y' N* J f [配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
* r8 g+ B* a$ _: A剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
4 r7 q0 j" r- h8 @8 P& w% \9 m$ s2 B) r围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
1 C9 | ]+ r9 j& e+ @子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内- X- t' ]6 q; J% s$ C, U
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料+ G0 E; m+ p! ]( J! }$ ?+ L& L# g
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
( ]# g/ @0 Z, t- K工艺，必将成为今后工业生产研究的热点* L) v4 a7 ^; T& ?+ Z4 Q1 X
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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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