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潘碌亭,束玉保,王键,吴蕾
; \: ~3 L* _' W9 i(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
w% Y# s9 i5 L' g1 n$ [+ A在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固
8 p! g6 N8 L* s' m Q: @- W# S$ V液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
! R* [: t, I! ]9 k3 F理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
# x; } y6 l3 |( b! c4 q水、生活污水和工业废斜管填料中。' G% K) m5 e: Z5 \0 C
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
: S$ Z. T& k5 V' h: Q. Z1 X% H, i凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代: M% e+ }4 m0 q
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
7 C, V8 p: V$ e$ m6 R% ~# N$ b, d最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉8 O% y# c' A& f: z1 Y* f
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH7 x, E9 M4 v% M3 l8 _ O
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
* F$ `/ a& B0 g/ z. I从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
( p! M, D. ~. U: x4 @发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
. r2 L/ R w* @' ] [了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角& h( x+ S6 A9 s' s. F; ~* K
度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
$ Z7 t& }* w& A; O0 {' t, C和探讨
: [7 A J7 z) u) a) U1 聚合氯化铝的制备技术
" _ O: H4 T5 f' X% C3 g6 F3 N1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
) @1 _" b" G: a* V1.1.1 酸溶一步法! Y% ?" X5 P A, o0 ~
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
* F2 _! U) a" R( ]9 {. B在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
. ?- \8 _( C( S, \3 R放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为" ?+ c3 g5 _, l' B& O
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,2 n2 ?% m$ T( C' f5 H, Y
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
& j/ g+ [0 T% o/ z6 l6 q$ ]出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
' f2 j$ s E" y9 s d不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度
[7 X4 V4 p+ e/ U9 j3 X- `& k至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺' z% N' H: i& N8 r' \- f. \0 H
简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
6 O( k! Q+ Y* E; l较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设5 k: d' e) P8 l% k! m1 D6 g
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重2 P& m3 _, _+ G
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?- b# T2 D( {' t
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备( f' N* u) | [+ U, h5 s
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
" i' e1 \7 N/ O5 m" W. |1 n合氯化铝标准溶液。( @, l" f( L0 {3 B- Y% t4 E o
1.1.2 碱溶法
5 i) i. b8 \) z6 A% n先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
! K/ m) Y+ x( K/ F用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
3 o9 l" Z6 D) [# X4 v( a5 a的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠) j/ I4 i6 ?) @* o' F8 U7 r* \, |
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
4 S4 t: R6 j+ [& `- \化生产成本较大( [0 F, @+ i2 {2 O4 } L
1.1.3 中和法3 i9 I1 a& k$ ~- H% r% x
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别9 Z7 x% @( `" x, M! Q0 b
制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即
8 d0 c3 N1 \: I- |. b制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
: ^( u" N" S, E物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
6 ]; L0 L5 R3 |2 i, I铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分. ~- C0 w+ x2 ?3 L
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再# U. F: G0 ]: a- M, r
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
/ Z: e) o4 Q/ b: p! F2 I到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
0 b2 c6 f* A- e6 `3 q称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。0 `3 v( I2 U% A) ~; t1 K
1.1.4 原电池法
* J w+ i: \ \该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电
9 T/ a6 w3 | G% P7 B* d化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
" U7 _- Z6 n5 e! t& S桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
& L% i/ w& `9 z筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进3 u' o$ _! d& g; F( f+ C6 D/ d
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
1 O$ w3 k n" Q+ o+ H生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅+ g6 L/ B; H0 Z- ?8 A$ c
拌,大大节约能耗 ]。
1 @. r6 e+ a8 {( H% H1.2 以氢氧化铝为原料7 L% r5 X0 U9 M+ o0 F
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的- @4 X" G0 ~# W* }' K( i4 H3 [
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。; l- G3 F) p: V
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
! l6 T" [+ J) `$ |遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故5 S9 m$ F8 M* i6 C+ @, @
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度" S X* J: B6 X4 H5 k R& S
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多
. D3 M! J0 L0 R2 g S% ]提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
# }4 }4 @' K4 w9 n% |1 A& I8 R/ Z1 f钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
+ I/ |. D3 a3 T; K( X- e) j4 @" j质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制3 d3 f) L1 T _
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
* I6 p+ g4 K1 T" Y4 Y* l, U酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
/ Z7 A8 A f! g' M化铝。
% Z2 }8 u: G) }# n: u |! a1.3 以氯化铝为原料
4 R; X$ i5 M3 f9 O" E1.3.1 沸腾热解法
8 V; B k- n& ]- q用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
n0 {; D3 X" }$ ?氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
. _! ]( t, n0 x- `1 H. d: h搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚
* f9 A: h; W6 I) s合氯化铝固体产品。
1 L% u# U F' g8 M1.3.2 加碱法. ^! @9 g( @2 D, x) M! v
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下
% r" w ?- v) R. H+ S1 w强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
8 S, o" H+ q- d6 k反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
1 ?( Q) M1 \5 g f: b: n: r品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产 a! T& C) {* [
品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
R2 X' p+ W; s0 z* o# M6 n通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/4 [- h$ q' w/ R3 a: [& V
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
6 M# w1 l& K+ q道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
* U( v Q9 ^$ P! M/ ~! C' @) R. i# w2 bAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
/ F( v# h: `7 T9 B2 `量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐; O* y, Q- U* P. |( A% o0 d
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
+ ^; L. T; {# P量也不高。7 I7 j i$ J( l& K0 l. d& h$ h4 T
1.3.3 电解法5 W8 X8 @7 I7 E$ V3 C+ s) Q2 K
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以3 ]7 q/ N- V+ b% L
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在# p2 c& B+ ~# L% y% p5 ?
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
' V7 v, m2 c: }! D( N6 f: l6 Y等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
' T- k f/ r N/ Y7 T' ?# U- Q5 v氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何" B. s! u! l; V' b$ V
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且& y4 S0 Z! a9 c' B) }
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
: ? ~0 k' N$ x, u% E4 s$ W! p倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
4 I( w6 q7 Y9 i; x4 w过程中的极化现象。# i- P8 ~3 u+ A0 u
1.3.4 电渗析法5 `* g* h$ ^$ y( g: X+ W T. q
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解! D) {1 @2 I3 [/ j# u4 z- _
液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
, ]! d z ]+ {$ }, u) C板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应! r/ t% @# ~ M3 I8 T/ K
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
4 h8 J# a4 p6 \1.3.5 膜法
$ }$ S) h7 A" u. e' P3 T0 @该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯! z( E* }8 T5 C7 x% E1 v; h! |7 P
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液# @; ~' x: O' O4 |
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得, C* A" n6 X1 V8 Q
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
) O, c0 ~, [- I$ c! R制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%% ^- F B! P6 k) c, I9 k) k
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
& G7 R5 [! p- ~0 G' V铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
) h5 W' L+ b( a$ H1.4 以含铝矿物为原料! O" B7 P- K8 N1 [# H8 y
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物" v" X+ w( [) T" A/ U' e. k/ f
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主7 E; y: Q6 q. D, f1 ?- E7 l5 G
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这- U2 V& I* h* h4 n2 X* U8 I
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
( H) G" h5 v- [般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等
: P5 p" N9 n K的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其7 [( ]: b7 x+ C; F- q& ^
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
3 t( \: f0 N# E5 D+ A: r4 r氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为( j% s, M7 R0 }" O
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,: W+ j) F5 |; M3 V9 A- j& m% a
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
" b9 f3 I# I9 a4 g7 ?$ [" H霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚# E9 a/ I% v1 j
合氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物: h2 F3 h: E4 p! X
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。# P) v. {3 ~# \8 Y2 \+ n
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。. g4 ^( S2 s! V+ H5 b
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较 ]5 j" i+ R" C. `4 z
大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
2 A. H. |6 j3 l/ \" e1 T渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的' {- Q: B) t( I* n
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需
8 P1 }* d/ N$ g- k对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石: M: S3 b* `/ M
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
$ h9 j+ d9 g5 _3 x溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
. S( B, l0 M$ n, H7 a高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
; K9 m0 m' J) a* E2 i" F$ x20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
4 Q7 [; O: h, A' G氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
: {1 m& H N" m7 r* y氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝
: V$ x" N5 L5 }7 x4 X铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于( J" j' K: C' F6 J3 u# @
30% 。* Q/ t+ }% @+ S1 ~0 U
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
A8 [( |0 l0 e# a9 T制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都& _6 `6 L' B/ R3 @! V9 L( x2 g* b+ ^. @
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
( p0 n( h" r+ W, D& g' s其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠 y' ]1 }( H5 h+ i
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备* n" b8 {7 s( S8 n' b+ G# Z" W
复杂,成本高,一般使用较少。
& Z! y9 M( B, x! D' s1.4.2 煤矸石7 r+ F+ P R. z% S0 |. m
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃8 v7 [$ ?% {! ]- }# I# e; T5 c
物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧 `) r0 \1 `* ^+ ]1 p
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原# [% A7 z( x6 z1 N) _: C
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而
3 m- c0 m- r0 I且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分8 x8 n5 `2 \" x2 N2 j5 ~+ x
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和
$ O3 e, |: j, w5 K5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合1 {. v9 U# {5 S" x$ {# j
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,8 i, y8 R& w+ [
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石
4 V5 o+ u. `# |经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
* @6 N. q1 Y- U8 \时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
# ?, H; M' c& G/ ?. F, b: M; \处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得5 J5 q% H R# n ]" L1 O F+ \
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化4 g2 P( i4 z* N. N
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
$ C5 A9 b: }9 ~2 q2 b& G基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为$ O& @ w. ?& o9 z N/ e8 L" y. ~$ L7 H
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。7 y; c) M7 x' V, E1 x7 u
1.4.3 铝酸钙矿粉, _1 V( s! K7 A7 [ a* E# \
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
% p# f2 [! p+ i" @7 U: k煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
6 m" h% ~9 D9 y. ?不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。) U F/ ?7 R4 Q# K, t I
(1)碱溶法
! M7 }, P! n3 e" \$ [/ }用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶* C9 H5 }: q+ v: J( ], I0 K
液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后" [! o) u w+ u6 Q
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH, [4 Y( l( u, m
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止
5 A3 u; y# Q3 Q/ M' [! N B反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会8 Z: s1 f7 Y; ?: t$ t2 j2 e) X/ L
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中0 u2 D2 A- q) h+ q
加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
( k! P8 I, a! c& ^8 M+ D7 o状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化" i+ p; D& i$ Z( j. R6 N6 Z
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
" S `9 s( j+ w* O+ N6 G生产成本较高[19]。! Q; S6 l4 B+ C( k, C5 a! u# Y- c
(2)酸溶法
/ \+ h9 T6 i! T把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并5 m2 `# e O2 b
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简! S5 c# N0 Y$ e3 U2 o
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
/ r' Z3 D, r* M- k& Y, H溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常
4 \2 A7 }4 Q4 ^ N" V7 g- K: K9 |; q不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,- M1 r+ z- K9 M8 @/ x# Y/ \9 d
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合/ j7 k# {3 ~# u/ Z: ^9 f/ l
氯化铝铁。: b7 z* N( A- \+ K" t
(3)两步法4 n" \ M: ]; ^8 E! g0 }
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
1 Z$ z( r% b d. J* T' v艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量 Q1 u$ d4 A$ Q2 \, T! _
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
* d2 c2 m. D/ S! q6 o$ L把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
. x* d7 D+ c8 |这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
( E$ g6 d+ R, K. B7 n: [& a第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化2 [1 I: x B4 a% |0 A8 p6 R8 r
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回
" U, S7 s- S& _: d7 [. G流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
9 W, v/ l, m6 g* N" @' ?+ N" X酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化9 ~3 |5 C, _' h( V, J. b
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚, X8 }! P# L" I Q9 ?/ e
合氯化铝产品。
: H/ ^8 N* L" ^% U( v0 C1.5 以粉煤灰为原料. k& \: H' {5 m- {8 V+ I
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体5 ?3 a& P/ v( g% x. t3 T+ W' _; A
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
y- c& W/ c4 W: M" H活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通2 W# y7 ~7 Q# t' i \
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性6 N! n8 x2 Q- y* r
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有
' J' n$ X: F- y$ a1 {) U/ B人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
9 c" J/ p* \. @溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再$ S( Y' N1 ^1 l: i5 H
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用/ u. { ^9 l9 W0 A: K* h
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化% C$ r2 n; z) t r
铝产品,据称能耗低。
1 }8 J7 X( P3 T _9 D2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
/ G) t( H- v0 ?9 C1 k解决建议 |# ^7 H% m0 z/ a
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随8 |4 {9 ^4 }. h3 |) Z8 D
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国5 u' z- c; U5 O) e! E X# ~% _
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
3 D- e1 k M# o3 M1 D0 {+ O但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最) Z4 z9 D& f3 k% a; L$ J
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
+ _! }7 I6 B% `% F2 {认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方% P$ ^7 r! N9 a0 \
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研& G3 p, T0 o% B+ L; p* [3 [
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度0 ]" M' J, q) e2 v
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、
( U2 r4 [9 |4 w) |8 g1 f硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离+ p& ]9 ~4 S" G9 G. h0 k5 P# d
子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
% _: f+ f* E2 @2 Y! D% ^: T入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
+ B4 `- F' c+ D3 X5 e以下难点问题0 G8 t4 V j" q: U, K8 ^; G
2.1 产品纯度问题2 A |- H+ J% J3 d' P; |7 E
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通- n j/ G% S4 r& \4 t
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
7 o# T0 ^, k& G) d- b% d国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
. F& |8 O& Z% S; P& Y# K产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
9 P+ E& z7 Z8 V$ e1 |7 E1 A酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
+ ]% v D0 h, [: z品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化2 m9 M: }8 K J1 c( U# A, J8 a
铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
$ a4 R* [5 D& z/ c" i, F盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需5 U1 S" T4 m2 B* U
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
2 o7 Z2 ?: Z1 ], i' D( u产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
' m) W4 b1 g: t" [1 @一8 A3 {: v. ~1 ]' e( N) a5 ^' O
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
) b; b1 i( @# ^% R! J/ h0 L/ t9 W广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
. E' w x6 T2 U产品开发力度。, }/ ~1 V% d, }4 W
2.2 不溶物的问题" O0 e& i X5 X* ?3 A" n' t# g
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
/ H' [- r2 i- w% T3 P; o明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而( u a0 p% g7 f
矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
2 ~, B# V' h# Z1 d; }6 ^. o1 m成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相; A; A2 C6 b, D- C$ N6 ?
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
5 K, C/ d- u3 p; D; s. x不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解) V# i: L" t; Q( K7 o4 U6 J* i
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
, ]( G: Z" z4 |1 Q9 h果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择7 {+ c2 W/ Y, P" \6 n* x
也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①( @3 \4 i% x! F h" z
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
* m: b+ q3 ]. q& m# O7 C小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
! b' W6 x* b+ j% _. E高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂,控制好投加量,7 M* u5 e3 Y$ P, |* i* `
通常会取得较好的效果。
$ S! U. m; j( ]( `2.3 盐基度问题
X- J8 c2 W! G+ ~盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可. h0 b% ]2 a" I; e" B, C3 O8 k' ?$ u# a
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
/ f0 P; a' v+ \; p |' o, l酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考8 v7 L6 O/ s1 S, {6 k0 n
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
& T: v! D1 M" {铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前) R4 M: x3 q V, R
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
0 `6 i9 P7 K A, u3 b3 e. f. C2.4 重金属等有害离子的去除问题
0 [" X( ^! g/ d' m- p6 `- k% S: v某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以; Q- @( ^) R0 i
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有
, ]+ h) }: P3 f0 A0 p7 b0 U1 n害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
, V9 Z. ~5 ^7 Z5 ^: K* H置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
/ P- P) \/ O1 k: ?0 k: i; P2.5 盐酸投加量问题
& R+ k! L/ D5 S8 K( `$ K& d6 J制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工: o! h* t+ y: I1 ]
业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
- a. e; L! o3 ?; v6 F本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶8 k& V" j. Y1 e1 c$ o8 \+ F2 p
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问8 W6 z: C4 a( G& e
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
% M8 g: ?# g+ h- E# P) N) ?发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数% \ F6 x/ F- d* ]: S, h1 d
通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率 @* }; P% p7 [3 c
低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
5 ~( G3 \$ `% u* w$ @低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
# _+ m3 V. B% |5 d6 Q5 w$ N, y3 结语与展望9 l" p5 Q& G, U. k* ^
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产7 B" T6 W) j* p1 O1 |
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水( F' O) f8 s, W0 y8 V, t$ \* C
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
t( E- f& J2 B& U6 X有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝产9 A; e0 Q; J. a/ P) o6 @4 c! w
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
$ K( t/ w) d. r- y h品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来$ S( o* w2 g) z
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
% G5 V# ^ [% A9 P用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
9 O( l% e2 H4 y [ F& {. `此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、; r4 U; S4 |6 Z
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用/ D. P, @6 U9 N4 Q
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业8 }, o4 G4 F: T( l0 _. W' S
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
/ R7 ?# ]7 R( ~0 p: K* m应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产9 Y/ z& {+ M* _
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,
+ V, R! L' J1 ~) d4 p. U" U) f是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
+ q3 C) _9 c* C, f/ `4 S" 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
& R( E* q; h6 f配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝" q: R; v |, ]5 e* N& N! S
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
& k$ q7 z1 Q8 D围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离% [3 D5 s) X5 d8 ?' h5 i# s
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内
; P2 I5 F4 [& o4 k& Y2 O1 J& [PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料( \. C) @2 a% a: B9 {& \+ T
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产) A9 K- R0 E- U: O, E$ x
工艺,必将成为今后工业生产研究的热点* Z6 E3 M. W2 f& k$ S7 W1 B
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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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