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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
* H K6 Q! t; V1 K" u, `! \0 {(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)% o) Y/ C4 P9 y9 D. k+ Y
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固$ m b* U7 E+ `2 w$ R( B$ [
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处/ r: |+ L" i# i- F0 k7 q. X' D
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用# P" n, X) F! K- ?
水、生活污水和工业废斜管填料中。, u3 @# F. d" p& b
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮' x1 ?' d2 C7 g6 E
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
0 Z: ]1 r3 r) p y5 A k投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量& [0 H0 |* H. _9 G
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉0 {9 P6 c0 b p/ i' P* J$ a* \
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
# b3 }3 h. q* G值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
9 V/ b! q3 k# _从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研: s9 U9 B8 T( n! b5 E; L( g
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
+ M5 i8 v8 V3 K! U3 l# ]7 s了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角 }9 d" U$ A5 @' u; K8 W5 d9 b1 P" Q
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
/ U. Y) x) g3 ^# G+ Y8 J和探讨
- b/ R5 X% E2 ~5 w! r2 @1 聚合氯化铝的制备技术 X4 m2 R0 |+ z4 Y4 C% ]& ^
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料. n2 J" y$ p" J+ g1 Y5 d
1．1．1 酸溶一步法$ Q: K" w( t: r
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
2 ]* l& b1 {9 Z" J$ t在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
( c/ x! b0 U; [. K放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
6 {$ Y! h$ [9 p9 g3 S' T ^! {放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，; S' X: o- R8 r/ g' N" P
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
" F4 u' R- U# E$ n! [出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
. n" u9 @& X0 L9 a7 H c不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度9 d6 _8 s- R) K: P! h
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
$ F, {( M5 j, c简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
. ]: u9 t3 `8 i/ K$ D9 a较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
& p! D* ~7 }+ |# J6 l/ q' e备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
+ X4 l9 Q3 b7 E, e- o金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
1 @& ^8 E2 o6 X0 Z7 Z利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
4 B- Y# p" ]- S5 b* V3 {出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
& p8 P$ v% R" V$ a8 ]* o合氯化铝标准溶液。1 \: D1 U& c5 ^: g* r
1．1．2 碱溶法
# u8 L1 E C; i( p6 z8 i先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再! b7 K& Z" W+ b( e! r+ n1 a, h6 L
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法5 f+ j2 h: W7 l. V) `
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠 E' W8 z3 Y3 ^& }1 \
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业! g0 [/ X# Q e% L
化生产成本较大
5 a1 e$ O2 B+ a9 i: l1 ?1．1．3 中和法
1 e8 m- h, A; L/ q# Q& {' [+ N+ J该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
% D- [; c: j( T- k7 p) [1 p( [制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即( C* y# q7 M- g1 Z
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
! D+ O/ x( y3 n5 v! `! O3 e# c物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与; Y/ Z8 ?$ `. Y( t' O9 X% S
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
5 ]2 z# D! |/ `0 d4 |' s用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
3 q1 }0 c' B: p- l- ^4 C把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得6 f6 p; f% M8 }1 f- n+ `- i8 k
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据6 ]% e) g. ]2 l( |, y
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
4 a& J# q+ S; E ~9 \+ x1．1．4 原电池法; X4 K9 ]# m/ @+ o
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
/ a+ y+ U6 T# Q4 T# _5 _4 j化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
5 @( M4 [' b5 J1 {" B' W桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
1 G2 V7 @/ H/ r# [. X# `' ~8 N筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
* {4 f) k1 |6 n$ v行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
/ U5 q; Q) S3 p" P( J9 o& m生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
# t1 ?: s3 L( [* r0 [, X拌，大大节约能耗 ]。
$ M! V4 X! ?& `& V1．2 以氢氧化铝为原料: e5 b. G0 g; |
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
8 n& K% a# z8 ^4 ]: v P- S% |5 J& Z$ B温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。1 X6 r9 @; @3 [5 T( @, j8 C6 j
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普3 r$ _* s. L+ D, w* G# K# n/ A
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故) V6 a" g+ _/ g8 F7 R4 U- q# B6 v+ U
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度$ ~* P$ z: a, _$ Y, S
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多+ j$ q1 ~! @: C v: M# N/ J
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸0 x+ d5 v5 P' |9 S E- \
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
0 Q, @2 _* d- ]& N" z0 E质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制0 c z1 m8 ?' G/ t/ c1 @; W! w+ X
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
7 R2 b! x. S5 N# `- w# h酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
" p/ S8 M: B: f3 z化铝。
! J( r2 h+ c9 p- x1．3 以氯化铝为原料
$ j- D. ]4 M) |! |* j p1．3．1 沸腾热解法0 R5 A* ]9 q4 [. U' z6 D, V" C
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出6 N$ k/ l9 a# t7 k$ w
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
/ A$ R, i6 o# }- a搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
, h6 R1 G) I' M4 N# Z$ a合氯化铝固体产品。
% y0 C6 {2 b+ \6 U: s$ h1．3．2 加碱法
5 q0 {! H- Z0 X+ n2 K* F! n' L6 [( E# v先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
3 |) R4 r, A4 C! U强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
/ o, S, m5 q i9 ?2 @9 o4 @反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
5 s4 ]: z7 [1 Q7 \品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产0 m' L" l/ Y( O& @% `& z
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等/ C* E$ X" E. Y# v" v* S
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／6 H8 x* l0 V+ W1 ^8 @
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
6 Y1 q5 D8 Y& b7 c7 z3 s7 i( t道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
/ Q2 b2 E% v2 D+ v/ _0 bAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质/ w" _* j5 w; S- K) }+ i. x% |
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
4 @" A! Z4 y' I# v+ Z8 Y( `滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
/ Z/ |: i- ?* C量也不高。
" @, q( W, [5 o1．3．3 电解法0 w# t5 F* ?1 @' }+ S9 q
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以6 d, r8 S! s+ Q2 D
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
6 J9 ~$ a7 w0 @: i' ]7 i. k低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉; r9 `( z; R. D9 [$ c
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
5 V$ Q! y& m8 t/ D8 E' e氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何. c" d' Z) A/ D6 H# `
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且. P7 f s# N4 u9 l8 [ b% w! L
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
; B4 d3 {( s: @5 N倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解) O1 B% X( }1 ~( O6 f" M' A
过程中的极化现象。
" S3 j! P8 ?2 V/ a! U; f1．3．4 电渗析法
! E) B ?: y% f6 O& ^' M4 T2 j4 z路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
. [) t) W" B% K; l1 @( j- B液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁* e/ e& }: o/ I
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
% s/ m1 f. G9 |+ c* J2 G室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。& j% U, n+ g0 N! S2 q2 J+ d
1．3．5 膜法% l l+ E* e- R) J4 z' N; z
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯5 j! I- g. W9 H/ O$ k
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液: K" K F4 t, {6 a! C/ }
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
" e' j0 H" S% L# w r5 E2 o( yAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜2 h5 m0 z1 j- t \# E( x
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％& x: ?+ E1 D0 c: w
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化0 l9 v6 O+ `6 U
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。) P: U) w6 ]9 A7 D. j. [ v E& ~# J( e
1．4 以含铝矿物为原料; X) K- ~% @2 R
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物6 k5 j' Y0 Z) d" L8 O# G$ w3 l: h. _& g% E
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
: A' s$ G' r! S8 J; ~( D, r要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这/ o. ? Y+ b+ W/ R8 ~+ Z
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一5 Z4 q8 r z3 c) i) I, k7 _' j$ ?4 k+ O
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等) M, f! L# J7 V/ r0 [. |# s
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其5 F( c) _1 [/ q7 o2 o, U
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二- u$ ~4 [( a1 T* K \5 l2 ^
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为5 _9 J1 U, A! z$ f9 x; u! M
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，% f7 u5 L0 B5 V J
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。0 @) I3 Q, t. H- e; g
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
, k; f" U3 T; {3 ]2 C8 N合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物" e" O" d/ `; N; r! M5 R$ D c
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
' D7 _# _4 Z3 [3 G. C0 x& |7 H% c! O酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。" m {8 [ e6 F* c+ n" ^; C; U# C
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较- ?7 l7 o- o8 c/ Y6 k5 t! A
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残4 l7 k: d& W5 ]+ m! R6 K% t
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的* P( E; D$ h+ U2 B
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需0 s! X& a% t* A O0 K8 E
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石# |& Q- I! @- u6 M7 @
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
! d2 g! R! c _4 |6 E; W8 q溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越 t' Y0 k; C! G$ d# q5 F
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为5 E3 |* q% |9 g- ?( F7 A
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
4 _3 w6 A4 d& k. Z0 ?氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，3 B1 Q' W" ^7 N) g% y
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝0 H- x, P& ^' G: R$ g+ @; A# S
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
$ x# S5 M2 J& M$ J: C; o, P30％ 。3 l# |1 T+ f+ d; T' B' H
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
, d5 H' }% M' J+ L, z制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都- B% p# m1 x, H3 e1 w
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或, S7 J E2 R; H' a, r* x
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
" l# K) `+ n/ g+ d8 i& c4 ^和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备0 k; j/ x# k9 O* F
复杂，成本高，一般使用较少。
, d2 a5 r! n: t5 U1．4．2 煤矸石
- y8 J1 v: u% U2 _0 y+ S/ ?7 k煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
* X1 A$ `; j4 o物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧# t7 f9 c, m0 C3 e9 q& D/ E% D
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原' k) j0 _7 ]% ?; }4 e% h( b
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
# }5 X! K7 F9 t1 U1 b且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
! i l# x* Q6 x( ?) b) L' w) B! i数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
% g8 N& Y( S, R5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
p! K0 M1 d8 w8 J. a `4 C氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，9 t6 ~ S/ u2 P& Z: ^. }
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石4 D2 O9 Y8 ~+ f' |8 w
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
, \6 ^$ X; d8 I+ K+ ]时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当9 e$ |3 f- P6 U$ Z6 o
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
% Q0 L; @- L5 g结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
& _7 u: [4 f+ `9 [& D1 N) n2 Z0 g铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
$ R( l+ `; m( e4 A# B基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
+ D) u2 x+ z! ^- B1 U$ K7 ~3 L/ m原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。+ [" ~- `4 |, H$ M
1．4．3 铝酸钙矿粉6 u+ G; ~4 i: j" k* C
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
2 p3 {1 _. C k# R" n3 t% w3 c煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
2 W0 M# i7 i: c2 ]5 r) F6 y不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。6 ~9 K) i, [) M6 |( U
(1)碱溶法9 w: s, \: @- z: L% Y
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
0 z) T( D8 a% x: U8 q0 V液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后% u2 q+ P2 w7 a! P7 V9 @. T
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH _ E) O) C* ~% E
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止9 }( q) U: r/ E, i
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
) D" a- p N- b" X% T2 Z( _' f9 a形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
# ?' s. Z: Q h1 [% Z9 j加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠 N# F: I/ N H# Y
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
0 V" j/ B: X. j8 ~! z$ t6 k# Z铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但 J6 n5 d& H* z; A# n/ n$ i
生产成本较高[19]。: x8 ~' d8 D8 x+ I' k$ {
(2)酸溶法5 [ [- ?0 E& j8 o3 I w, }
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并5 ~1 C; [& ~% I2 R
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简8 f" P* s: U& ~6 |! V# H1 ~/ k, L: {' ?
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
) i" B. Z& x7 D9 k: h- A溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常! K j$ Y) g5 v
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，0 Y' ?& ?0 H- q- W4 a) V, W \
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合# p! _2 D/ |# _# {
氯化铝铁。
/ B3 @7 G. D) f/ w(3)两步法
" Y5 |/ `: N* @1 v6 H0 J) c这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
& O" |& y# p8 }6 ~3 `7 d3 |0 B艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量3 c, d1 I6 l) d( h% [( D4 ~5 t
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
: a$ O6 X7 N# m. @6 ] R- I把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
' p1 v8 o) N0 Y( W1 N这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
( M: L( a% t; P- c+ ]第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化* p9 o, ?. x5 e, u- D& N
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
& a" \ j) v. X) x( A6 ]2 U流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
8 e" v6 q- ]1 z; c! @* Z& X; P/ W酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化- G- x- L/ O& [9 f0 b* t0 A% K, W
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
; V! ^* l6 h2 B+ K! l0 D合氯化铝产品。* N* C3 F1 D, o) N6 `
1．5 以粉煤灰为原料7 k& _& S/ k" C3 L4 z
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体; d8 H( L! p, T' ?1 ?- n D
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
$ k3 w7 w- \) x0 s活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
- L2 J; `# B+ X2 f常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性5 |# G' ^: W# I4 _
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
+ v7 K% e/ Q; ` i% i0 x# \" D7 k人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸' Z4 f; O# W ^ y) ?6 Y
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再9 S3 y/ L: w' P# F; S/ l l
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用. ^9 u. x% G6 ]2 G- `' R4 ]
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
# ?$ W! w" N, _7 L铝产品，据称能耗低。# ?# \$ b/ E) n2 j
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及: `) _0 i+ J2 t/ F" n' |; v) H
解决建议; ~+ F, y: T& M) S* w4 Z3 V
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随" O6 k( I$ Q3 h9 |% N
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
2 v2 U' {0 j0 v) W7 p内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年， D+ \! ^, ?+ a9 K n
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
1 T* C' M a$ p: P+ F佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者2 n/ [: j$ Q# n* U: X
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方& O/ `* k( q0 y+ D2 G" Y
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研9 \8 Z- w: T' O" t
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
4 \$ @: D5 d8 l- `反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
2 @2 r* a/ g8 X4 ~3 J8 u硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
8 D9 `4 b; e- ^* _子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
- ^) N1 u( A( M; s入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在/ A, f7 V8 @+ J$ Y- |6 ]/ u4 G1 ~
以下难点问题
- |- L$ @- F. W0 L2．1 产品纯度问题
% _# ^$ f# d* F/ L0 u0 H: s氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通: q9 V1 U# a2 \# o% m8 N6 |8 ^, ]1 Y
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
; s3 m& z0 H7 w. P9 u; b& a" X# N国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
' s5 E6 C {5 ~产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
' k, m6 q' v8 D9 _" h6 k! Q酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
, \! o- ` }4 y. _6 R* M) t品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化* H& c, J/ e$ q8 _/ e/ I/ A) C
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
$ h7 J' a! ^! m4 U' K# k盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需7 m# ~% h8 g1 ?; J; f" T
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
, E4 B: t( ?6 G% A) A4 f产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之. V- @5 _4 n, `
一 p) u; U# J% t7 X8 o j! V: U5 O
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
, Q, ^) t V {; i. c广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
! x; R' S& y# j8 {- j' `7 n' i/ Y- X产品开发力度。
9 j' I- V- H- N2．2 不溶物的问题
h; S2 r& o# S; Z5 Q: M$ k6 b国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了, c% h' h/ \/ `/ Y9 z$ M1 z7 E" p
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而6 n( z- R- r; ?8 d2 P1 H! {
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加! F# e. A$ I& }: v; U5 }% s
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相9 l( a [, x+ @" [
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
7 o9 N7 D; S4 }0 v B, r2 D2 s不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
6 Q8 E. l1 P- ]; {- b决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
8 s6 B( `) n: v. d* M G3 Q果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择& _8 R" V0 [; H, k$ V2 \
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①# i Y& z- I8 G7 U* }0 j2 a; R
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积9 z& r5 M& `: O3 \% f) X
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
7 |6 B* E' A0 O, t+ \高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，- y' m `( H# d) x# f+ [% n* w
通常会取得较好的效果。
K0 q8 y) W0 E9 u# i! ^7 [2．3 盐基度问题
C% P" Q, D7 t- s/ O盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
4 g0 Q. ]$ `- {, i4 a+ Z# L9 W在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
" E+ C1 n n2 ~8 ^2 X酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考/ ~2 f _- `/ d) I7 ^3 n8 _7 s
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和: d; d$ t0 X: d# b( I
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前$ v5 [+ N4 W @! ]
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
% B- `' F7 q: D8 h2 |8 g2．4 重金属等有害离子的去除问题
4 a" e6 B) I4 v: R& u! T! f' r$ k某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
+ V' w/ J! s8 e) z: H+ Y在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
i$ i/ |2 g( p) x0 |# U' L/ o" Q害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑1 F, R# s, G0 W7 m( H' Y' _4 h
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
% Q$ W# p& J$ f1 X2．5 盐酸投加量问题
- P. a6 r+ h0 m# H8 B制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
! o) b. u. g4 f( g业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
( [+ {# v4 a. q( Z本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
/ X7 r3 S6 C8 t; D0 F, ?法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
6 X2 g1 x$ u5 a' ?0 c$ |, e题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥3 Y; h7 @, `; S1 Q$ W, A
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数; i7 Z0 H" u k: K }6 r& b% W
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率* d" ~$ f; S7 V( m
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度% v# G8 D7 U8 d
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。" A' n K5 J) W) v- A/ ^
3 结语与展望4 s" x0 o* c9 T; ~/ F
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
" p6 q5 j' L- {4 L* l品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水, k5 ?3 T& K8 {) b5 Q4 ^7 g
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
9 \3 X4 r8 D t有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
3 J9 b( c8 `. @8 \3 \# s品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产2 g4 f; ~0 F& W
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
0 G" k8 J# b( r! ?1 B由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利% w# S4 e C6 T* }, P
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用0 [$ @! ^% M# j, {: _
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、% p2 R5 ?5 ]+ k" {) R+ k
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用5 w2 E* h z/ b0 \2 H) G3 D
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
" p! z0 x5 I; a: `3 s生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
& y- l' o9 V- h2 ^- q应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产- e G2 o6 x2 Q E! o
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，/ R! ~6 i! q; L/ J0 Q# a! z
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
, T) t3 _( y9 U+ P3 h是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复/ {+ u- W# R4 ~
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
( h( Z5 H! u9 z1 m& g5 P& a& |剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
# m& X% z0 ? x3 T) a3 R W$ l围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离& Z( A$ l0 K- Z7 T
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内" @. h1 k( F7 Z3 W- g1 o8 ?! {2 g; v
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
/ o( p3 z' b! x. F利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产7 C' M- ^3 Z+ E% a( M( u
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点* A. _1 i& P3 O$ b2 p. z y
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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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