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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾8 D% Q- e# ^6 V3 {0 w
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)1 N- z+ ?( I/ T9 k. L% }/ I# l& a
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固+ g! F5 l4 g$ G/ ~2 Q6 f# h3 b
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
e2 A6 B# T9 f理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
; C+ Z* N1 b. v6 q! t! R9 W" z% D水、生活污水和工业废斜管填料中。
$ \5 M$ T" X- ^& c8 Q, Q9 @5 j聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
" K: r! R+ n! x凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代( X0 z9 P# E! S2 N7 Z# q6 l& Z
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量+ T) P' ~ G3 t! }& c( g1 K& r
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
* j; ]) K# d; r$ L8 m淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH: e+ \* v: l8 o9 t7 D
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国) h% @& B: z2 z. B( y; O
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
! _5 J: P: o8 M* a. e, g发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到% h5 M' \( z0 e/ }" r
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角0 k# D3 K N. I1 _ j9 i# F, b9 t& i
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
4 c3 r! U7 n# h$ t3 o和探讨
: d$ ^6 A& S' d% {8 S$ `4 ?! ^" H1 聚合氯化铝的制备技术
# ^& T! p# m: g9 f4 d1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
]* }! P. b7 z p1 u# K1．1．1 酸溶一步法
/ `! W/ O8 m7 v2 H3 Q将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
! Z/ R1 G! p. c: X* d在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．0 w- Q/ _% V/ [0 w3 s" B. a1 c" n
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为6 O0 Z4 Y8 }0 q4 A
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，* \ ?6 @8 y5 s$ Y E0 I
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
4 _0 z# J( E0 d- S8 @ \) b出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
* [: Q, x: G( d" [6 e& ~不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度% H8 O, ^+ a! e' {# N5 J) @9 z
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
4 Z: f0 }# \& _; _5 T- g% b简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
% e3 g s" K- E) S8 z较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设- b- v" Q4 z( m/ c3 z, O
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
* ~/ b! J: k+ ~6 n2 w! J' ?金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?! |$ h( k, `5 X c% S
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
8 I0 |4 K6 z* K4 }出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
) m1 r/ ^1 {/ y" @9 |. c4 m/ [$ D5 B" W合氯化铝标准溶液。# a9 w( m* Y* P
1．1．2 碱溶法
0 `/ `. R# ]7 q. S先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再' S3 Z; {2 P7 A# p
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法2 z: P( D6 v- U: }0 z# Z. F$ f' p! r/ w; N
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
, s' I$ h: j; O" j" T+ z) t含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
- M5 b5 l" e' j& _" N' G化生产成本较大9 B. w" Z- z8 d6 S9 W* s. k3 z
1．1．3 中和法
5 n4 k- l# q5 j, ~- A/ W" P该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别: X. K0 j9 I# f2 W
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
, z" d+ R D& p q" G制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶; E' u/ d+ n+ {
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
2 X+ Q! X0 u* Y2 t铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分; p" x0 Z. W1 L
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
# n( R" w) \3 Y# _! Y% s把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
, o; H( F5 K6 p* \! g到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据# M2 V! s2 @# O
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。8 A. H( z) c: U
1．1．4 原电池法$ s2 W8 v! [: {/ p1 G p
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电. k8 H9 M8 T, y) ^; C6 ]
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
- Y- V) z1 X3 Z' D9 [, Q" |# }桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属3 Y; f6 ]' V7 U, w
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
% u( C4 G/ Z/ i2 W行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产! e8 q. C5 S) ^' ?1 K# h
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅1 e! E: a3 w$ N2 G1 H( B
拌，大大节约能耗 ]。
( g; T7 ^& a4 P, O- Q1．2 以氢氧化铝为原料 W; v. R" n1 A( O" N( m/ m
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的1 p$ O; D0 N r4 Z! f' ~. p/ ~
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。8 Z Y* ^0 L( _! w4 Z& D
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普0 n3 G- E8 P* l4 p D1 z0 e
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
* [; L6 {* J1 q+ s. ~酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度) M4 l0 ]! \9 _
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
) m+ v) ^/ }( J% @提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸* p1 D: P+ E) V! u1 g0 d9 z- |) D
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
8 S1 |: f2 d, R7 g8 `( i8 E4 o" Q; [质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
x3 c: i7 U* _0 [" }* ]得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝- u$ @0 y6 ?9 o0 a) T0 B9 V( Y
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯! C: l0 F/ l* }8 N b5 v, d9 |
化铝。/ s0 T b8 D3 a- r& l# J
1．3 以氯化铝为原料" C4 Q7 m* `. s& Q) y
1．3．1 沸腾热解法
4 M1 E& v; u7 s% B; M用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
8 m9 v9 `1 g% H/ y |" m氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
8 i! [ q. `, O" q _: X. g搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
6 o7 ~$ O: h% H7 M! D合氯化铝固体产品。6 s6 ]8 E! v7 D1 ^1 D/ a3 O& A# r
1．3．2 加碱法/ A3 M+ W& E; ?9 @- I m% J
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
" m' J# L9 @# c' M0 Y+ t强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，1 N* h4 \2 B0 ?1 T7 k' J) @
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
0 l/ b9 {6 j4 b: x( Z品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产0 x# e( B, m2 Y% Y- \. w5 \) R1 Y: T
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
4 H) G0 Z% O* F4 `# r7 T通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
4 R: f7 c0 R6 K: KL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报+ U0 P6 \7 E S1 N/ ` B
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
+ k3 h' `1 J( Y" m* ~% d% E+ rAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
: \9 D& e! Y: c3 d8 i2 ]# m$ L量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
$ Y9 w6 G. r8 Y4 Q2 y& |- k, P滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘6 W/ E0 {; [$ f) H" O5 C2 K
量也不高。
( Q# D! n9 g# O" T1 h1 w. d1．3．3 电解法
B+ t! E; M. c# R7 q: N) @9 _4 A该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以8 l5 Y) ~) [9 o: x* y2 q
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
d3 u# B0 P$ `. \! q& |5 u9 p: H: C/ X低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
. L, Z0 w. }! i) s等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合( j; h, Y! w$ ~, g$ v
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何) A5 c- W2 L! z% o3 k
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且 [ D# E/ R8 [' u# O2 F
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
0 R P) V/ b& @" x倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
, j7 a# n3 E: V过程中的极化现象。
; E, | K! ~- A; `1．3．4 电渗析法8 [% d* }: P2 |* F \1 J- D6 K( D
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解1 ? V/ S! P% I8 F1 { u+ \
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁8 [+ I3 i$ X# v9 H Y- e- Q1 W
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
( ] {- N4 U- v+ G7 y7 p$ f" ]- k室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
; k7 b& q+ i# ^1．3．5 膜法6 U& K" f! l( s0 n, L
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
m, g& ~7 g1 \, |. S; @6 B化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液8 a5 ^7 o6 T8 h- P/ O0 M3 E
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
, b0 \3 F8 `& ~( B8 pAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
" I2 G6 V2 `6 F0 K制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
" Z- n+ t, A5 S% @6 e' q* S以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
) O8 B p# L8 T; |: {* L! L铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。- r1 Y3 u$ y. h: }) u
1．4 以含铝矿物为原料9 a! d8 X+ I' v# l
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物. |5 k) T; }0 i
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主2 x8 D( ]6 g# @& K
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
# \+ z d' Y; m. ?几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
8 n( r# u, }& C% z5 S. G5 o. `般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
+ G! O5 Y7 _$ i# r" T的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
. @+ b+ K, e5 q+ l分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二% }& p" P" y: l& F
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
) ]6 M0 Z, `3 o+ H丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
+ f; p* d( c' ~4 S可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
& t, [7 B9 u. R. W霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚. o7 I# _8 { H$ x+ Z. a3 J
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
& q+ ~5 ?. @( D# C& i一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。* H7 n: ^5 D) L2 U, l" b W6 m* `% ?
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。0 t( k% x {9 l$ g# J
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较% z1 }+ |" Q& E0 Q
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残# G7 Z% K0 L: R% t' E) j B0 [3 s
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
' D* T9 q0 |9 U M! A" l. D8 o. C粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
! R7 E% Q6 h) b对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
+ ^6 r! `( E- o0 r% T种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸& i9 S4 R6 V0 W! S3 }; U7 e% d2 C
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越/ ]8 p( P; I2 x% K+ w- u
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为' ?8 F4 v+ u: ]
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
6 h$ V/ A3 V2 h' H6 Y- w, ^( t氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
% p% W6 B1 o, b: [4 h8 u氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
5 u1 B4 a, ^! x) l, [ j铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
$ _+ w- Q8 {+ a1 x) }% b/ B( Z" @30％ 。0 X R4 Y* } [1 W
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
: S( p% ?: I. i& k$ M' i( D$ B; M Y8 Q制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都! g4 w5 _& {' P7 U
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或# N; d f' f7 M: N+ |
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
) _) z3 }* s/ n7 R" p: R7 h% o和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
; B1 d% }% Y) N) s% u7 b3 {4 T复杂，成本高，一般使用较少。2 x! ]( @0 z8 \- N
1．4．2 煤矸石( o5 K, n3 a9 X3 w
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃$ G& Q3 a# b- B+ s! K' W
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
, ? h3 d6 v" |, Q8 M0 ~' H增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
( U* A7 u9 ], m: g* Q L6 P料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而 A- ?# O! Q" l" D
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
. n D+ q) F$ P7 ?& `$ Q" |, I" l数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和' D) D' f7 T) n5 |' u
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
% c' t5 _" E8 |( K5 E氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，1 y* i) E, B+ Y, k6 Y
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
0 d- u5 P6 X) d' O2 V( j6 v经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
* V$ X- f& B" h3 g4 I( `时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当- N7 @9 x3 e/ t+ \3 a
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
: ~+ x7 u1 D# ^! N结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化$ P3 h7 a& O1 f+ e! W7 C
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
- N9 I6 N4 ]1 B* C$ f, w4 p2 ?基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为! ^0 r# _; f8 k c- D6 A9 X
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
+ G ~5 ^% o" O. @; M3 B1 S1．4．3 铝酸钙矿粉
, I! ~5 I. ?! A P. V$ ~% i铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
9 r( x1 g& g7 \/ f! I0 H煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的5 e. U2 a- X% A! o* K" \% P" ?
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
+ x! j3 d" ^. s: C' |! W$ y. H5 }6 e(1)碱溶法
; i2 \% v4 a9 {. i. e4 v用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶! P7 t2 O7 a& g b( |
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后7 q: U+ c0 h8 [; J
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH7 v a0 X3 r9 B
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
( t: J) w: `+ }4 R反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
0 }/ X0 A) b% c. Y' {7 y形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
' d# s: d% p+ S8 O" {& j加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
) h1 i1 A% N# {状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
6 W& F2 R" K0 {& O3 n4 e" g9 d/ g$ V; I铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
0 W" u |. _+ r$ o0 p4 }生产成本较高[19]。
t! N+ B5 ?4 x) j! l(2)酸溶法6 v* L: h. F" h. Q+ k- b+ [4 v
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并$ y8 r L9 Q2 f1 r8 X
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简9 x, E t- `7 z/ I$ n$ L
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不/ N: ^& ~8 K5 x( Z; J
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
" ^/ I5 t) ~& ~ }( U) A不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，# B: R9 K2 l$ s' Y" y2 a+ o
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合& h( M$ Z& o' F! k3 c5 j. q
氯化铝铁。6 r, X. s, _* |# q1 B. S; q
(3)两步法
* h) A; D$ ?& c这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工4 j2 h& ?8 U. X1 o3 y% R
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
2 l2 j) q2 v B, ]1 y6 K比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是! _% Q! n/ p: c8 L8 q
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
- M1 I2 Z; m" d0 ] T( H这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
: o3 J! k+ A6 w. J第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
7 q' S' @# y" x2 X1 D铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回" Q( o$ _ q; R' @* w
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝% ]1 Y( s, u3 y* l' q* ^7 n
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
' l3 }+ K2 A5 }$ F铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚; e4 ]5 i! h0 E6 X% c
合氯化铝产品。( T. x) y3 G$ W8 u& ^ k% `
1．5 以粉煤灰为原料
2 \) ]% l* t0 \' ]8 R# }4 ~粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体% L" e0 w5 d w2 s0 |! D* F+ F1 R
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
7 S+ p8 {1 v! @# A3 U# `5 _1 L活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通9 _' ?0 f+ n7 q( A2 ~
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性: _2 b1 i& R6 ?8 z) \
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
7 X5 C7 ~( y# o2 W, V/ p+ v( c! }0 K人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
+ C: a/ _' @% q6 M* \溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再9 \" c5 J3 Z' p0 ]0 v2 j+ P
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用/ [4 m# t+ ?$ R
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化& ]/ r' c" n5 r
铝产品，据称能耗低。$ V3 \$ y: c$ F9 n
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
8 @+ i" ^- t1 A+ L解决建议! z8 `6 X/ c8 [2 u
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随2 F: j2 F7 ~ h' G
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
1 N% t t0 P9 w; W内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
% F; }8 d. U9 f% D但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最% l. r6 j# c1 q3 W
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
. a7 [: T1 w% g+ k认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
2 Y5 p! F3 j* h( A3 c8 ~( _# l面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
0 B7 I3 j5 V2 P' ~" [+ B究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度7 s! y9 t0 w) e: y7 {
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
' q% f0 Z1 j0 e7 k' v# v: Y) T硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
5 M/ ?3 w; j( c0 `; `# n子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
1 [. {' {0 A! D0 a: S! O2 H1 x入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
( l. \5 R$ V6 C8 n/ J; j& S以下难点问题
: C0 N( Q. j$ N* Y2．1 产品纯度问题
2 ~- Y: o" W9 G; m# N+ }% Q( V氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
0 f0 N' w; Z" D3 C* [ m7 y常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我2 p) r5 G T% X( s5 ^2 L
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列* o$ F& P! g. o* Y3 N) O
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝% D; Z. t% _: g
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
1 P, F8 p" V, W0 [' y品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
" l+ d* J. c; H {铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
% ? U; Q& s3 R5 M+ \盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需$ F" G6 u% L: t% w
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
/ q! z+ R7 T, F产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之8 A/ M9 i. `8 O- T% b& g+ Y
一( d) i- I/ x" ?1 Z
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推: `5 j) C0 D- C! m x! G
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新( S, l3 \$ ?( M
产品开发力度。
* P" p- G/ k+ `% N2．2 不溶物的问题% R% o ]& a' _
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
0 _( A. ], L% I$ a& d+ ]6 S# l明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而( o w. w( k: r" R
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加2 U6 n9 \. Q- Q
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
+ j9 n- I/ T1 V8 @+ q* G* q. @应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
: G: d" m" W: i- |' z2 V# b& L不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解9 O' I& U7 V( \5 ?2 O5 ~
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效0 |* Y. {" n" J" A
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
6 h+ O3 m: u: n: {也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①7 L7 \7 F9 i& f
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
: w% Q7 g- Q2 C8 S2 d+ X小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗( b( `) z- J: K9 \
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
3 s5 }# o7 i/ N% ?4 f+ [( O* s3 I通常会取得较好的效果。0 \! `+ p8 r7 [# V
2．3 盐基度问题; R/ {( c. P0 v7 t# g
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可- Y" d5 a5 Z- @1 a+ U
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳/ G3 O. }5 F# U0 ~- X
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考$ i0 q! k: H4 t# O- o4 P* T
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和& v, t r; a K
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前. l4 G; |) H# c5 g1 M+ [( X
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。6 e; V- E( }- j
2．4 重金属等有害离子的去除问题
4 Y9 d$ m; [- `7 b) i7 D) a/ k0 z某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以6 N: \; e4 {1 Q( w5 g
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
) M( R# c% y! V- j害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑2 A7 l4 e. f; q" a9 x
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
2 u8 v i% ]: ~* B2．5 盐酸投加量问题
/ s& i: O* O: |制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
4 X/ C" p" h- o: Y" C* B# l业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成+ X$ p& h) E r2 k6 e: v U
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
, h: U- j% w4 E8 P- c4 l! I法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问 Q- l5 [' H' [2 u2 s" R
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
+ `) ^- [3 M2 P- z. H. S- N; s' C- W7 M发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数; s8 ]! q5 T% j2 { g
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率 c( o# g/ K: L' a+ M
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度6 d8 m; k' h( N
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。) F7 j" s% F4 N1 E" X. v3 w- P
3 结语与展望1 D0 c% k: `( M& w q$ @5 ~
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产, E% V2 \3 }) O
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
4 x. \9 X4 ~ ]& T处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
* S4 H3 n; Z% x2 o4 w* Q有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产, Q+ S9 H9 J# d* B4 x0 |: l0 ]
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产! l7 T- ?* X$ i
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
3 l1 k# c2 O5 b% H( Z- ]由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
1 _3 X/ Q- V+ S' G用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
( T( q1 s- d* J, b2 e此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
! G5 ?' g" ? p2 Y& y+ e ?; @! S氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
( j" L. K3 O! i; x7 q: p含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
/ u. t8 ^- `9 S; l* z生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究% t. }9 S! M6 w- K( E
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
: _- \1 _2 F% S7 b( X! L聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
/ Q( n; y1 w0 v是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
/ W* E9 t8 y* |2 U7 w/ K, J9 [是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复3 r6 W. C0 ?# D- V8 G
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
$ D5 r6 J; o5 M! C% D剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
, g _+ P" V2 W7 ]围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
+ n: R' ^5 d5 E. M; _子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内/ H9 [& I2 C5 [
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料2 i4 G& ^0 e; c" b
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
" |& j5 v8 P/ K工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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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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