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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾" c1 k- `$ [$ ^- r- W' b
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
0 t- C0 }, [+ O! l( e, j; N& L在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固3 f2 \/ c. }6 I( ~) z
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
- Y& H' ]) C& I r. |; x- O理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用5 f" c! e4 o5 ~( K1 c+ x1 }+ L
水、生活污水和工业废斜管填料中。* q- E- _! U& j; {) w' ?" z! G' R
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
/ h# N: E; b5 S. p; W凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
( u7 t) R" l; h6 y5 Q投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量9 {! l6 _% L) I: R
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉$ p/ ]+ a3 R+ R" J" H
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
5 M" g2 F( Q J1 d值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国9 u. K4 @7 u3 g4 ^6 J
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
7 }6 i- n- q3 M! g2 V1 {发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
1 |9 D: t1 h+ V0 V# E3 ^5 A$ J了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角* H& U! E: f* n( w; }
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
6 e `* C7 Q" s6 U& i, g& W和探讨
# @) P* Y- C& z+ y, B3 I; r1 聚合氯化铝的制备技术$ }0 _4 S E! q' |
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料4 @( z! E. b. Y) [- `
1．1．1 酸溶一步法2 _( |( p7 Q2 g
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
% W; T! p& A0 y/ u: _在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
& w+ y% i' |0 f; U' n放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为8 _( Z- I7 W; W5 G' m% M
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，+ j; B# J- D& \* {
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放! m* V9 ?( {' o+ u2 n! U
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
$ }; M% i2 q+ J' _ t! W: m. s* ^3 u8 g不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度. R0 v( j! a6 T
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
r8 S, U* d+ t6 N- d简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
- }6 ]+ [" o! ]+ a2 K较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
7 n2 F2 C( w( M, G: J: D4 z/ N备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
b. a, _ V! A! J金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?4 l- d. `6 h9 \0 E$ p# D1 d
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
" M3 L, f3 `( Y6 u出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚1 Z$ ?& C! g; G$ V" u ^
合氯化铝标准溶液。8 W5 k! s* |4 |2 t6 A. N
1．1．2 碱溶法
# j _) O" s: L: c! b* e先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
) T- |) o3 B# A0 H7 u2 c用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法& H% w$ }3 M4 M
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠) s9 h2 d5 g# C; }5 T0 Z* f
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
0 Q6 h. _% B/ z. Q+ t* V: `1 [5 l化生产成本较大& \7 c1 Q3 t7 i' Z3 ^; k6 p
1．1．3 中和法
6 }! h. q+ `: k/ I该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别5 E: @( S5 n3 c
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
6 V) f/ X* O# F8 `- z: P% n# |制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
" v0 t; @: b& c# B物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
( k& g$ n" a7 @/ A$ d7 s j铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
: d) D( B) O! x4 h! H用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
4 X& w6 t9 H" ]把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
5 e$ h: Z6 A5 h9 U; {到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据5 {+ u0 m+ t) _5 d [. \
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
. c" ~* \* D! V7 F9 Q6 N1．1．4 原电池法
! E3 W! I. d) N5 q该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
4 }% A9 r- H0 i# j) N- Y6 C化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆, p% V2 A8 Q; ^7 R6 ^( a7 `
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
1 ^9 g& K; y2 H筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进; M/ `: a/ m* v. P
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
7 I! p. E8 T' K( P2 w0 B# y3 I生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
8 c+ P" U# d8 \6 z. d) O9 v9 r* Q拌，大大节约能耗 ]。
+ M: l0 S! M2 Q4 v- X; P* o5 [0 Y1．2 以氢氧化铝为原料; t) _+ t; M# V1 [* s5 k) Z: u; ~' P
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
6 M# v5 i9 {5 K, D& H温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。- v) B& ~8 A j9 B5 q$ Z
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
# Y3 O2 D" E- w* w* U+ I遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
6 j( s( @7 L4 C% P酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
- \* L ~5 p1 ]! f' O6 F不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
( g* H/ F5 Q' G" v. r1 c- l: D提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸& P# p* ^* L6 U% G6 _1 K
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂5 S9 x7 H9 A# U
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制8 X* r9 K; ~8 J1 ]4 @$ {
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝7 V, D0 e. x& T+ O. _" i/ r& m0 k
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯" J7 x/ J+ }. ?
化铝。 x J6 E9 d, O9 c
1．3 以氯化铝为原料
2 J" T) h% e0 Z7 N O6 X8 G1．3．1 沸腾热解法
3 |' a( X) S; q用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
; P9 X; j4 u# v5 a0 f氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水5 K9 x6 \6 E. N3 Y" ?
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
2 L; E/ t, F1 g1 G9 D, J合氯化铝固体产品。2 W8 X t: J! A! ^3 H, J0 f
1．3．2 加碱法 d; {% |9 p# I, a0 c
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下1 {* w/ J3 j8 b9 a ~
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，& j5 y6 C3 b; H1 s& T
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
1 _- D4 `* k% e4 J: T7 i5 Z0 H品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
8 \4 j: G2 ?* R- ^5 n. W% L* w品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
! s$ b# \$ g! C, v) y& h( C通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／; f/ g, ]3 k0 a( F
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
# C7 q; G3 S$ ~9 ]道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到" d; j4 g4 b6 g! o! @$ K4 p, V
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质" d% r& `7 t2 C2 C3 R" d4 B
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐3 _ x8 r2 `/ _1 \6 `/ X; p a
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
8 D# q# J9 v6 t; K$ I' t量也不高。" \, l% f1 D) t, I0 s& |: G, g8 \1 d7 \
1．3．3 电解法
' _$ g; A6 j9 E( h( i1 \该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
/ z! y1 m4 |# \; _3 R2 o$ t! W* q; y不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
. N M7 g5 ^* }' B低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉6 ~0 b; W2 j. }( O$ _+ G, q
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
: z8 o# k( i$ S- u+ a) z* {1 D氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
- A$ e/ c" s2 G" C6 x# k锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且9 c+ l- I0 `( _3 N2 i( j
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
7 A) K5 ]! u0 ]3 ^5 c倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解# w4 }: O6 v% ? r4 B' O* e
过程中的极化现象。
. Z& F( m7 d" d8 {' C. G1 [1．3．4 电渗析法
3 `- T* \# M {0 ~8 R% |路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
+ [4 f* q0 I; |2 x9 h: D" M液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁3 F$ L1 ]5 X4 v! b, U
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应/ E& K9 w8 J) d1 I# H
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
s7 Y" _7 _& N8 B% D9 Q1．3．5 膜法
! j0 q0 r& o% D该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯! \( O, |* u Q' r8 F
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液8 g' J: F8 M* I" O! g; O; V
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得; G% r& g6 P4 I- @. H, }% n, G$ ]7 W
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜) L% P3 z y: w4 h7 v. G6 |* W
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
d: |: W( o$ S以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
# ~, X' W- f% p0 I/ x- B' ]铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
: m& E& a6 l" x* p' r) P1．4 以含铝矿物为原料* \, ^4 Q/ @; x1 a, h! l8 ?3 z* }
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
+ N$ G& ~! I) w G$ f" v铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
+ e' I6 f, b) n. m6 G* U2 e要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这6 d9 {! I( C5 ?0 g# v' _% q0 F
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一1 v3 j/ T9 X) Y. J9 e- e
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
+ P& \ P& p4 W S( ^* i的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
2 e( [; R# k' L d1 C分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二" `. C+ z6 X% Q# u0 p# i
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
1 E& _2 q5 _6 j( p, S丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
, j M' Q+ I: j: w4 z- _) s可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
, W2 g% a l/ k1 @1 _/ H* v3 v霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚) d7 X G7 o2 a" v
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
( ~+ k6 S" y3 q2 c: s. G1 d; D6 M一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
! {$ d' f" p2 M* d4 ^5 x) g酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。, A3 a1 Z$ M3 I$ H6 \* N' D2 J
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
2 u2 G5 C, c( W2 I. ~6 F: Y* s大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残9 z9 S7 y6 M+ w+ _5 R( m
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
0 D' ?% B/ d6 k3 {8 ?' W2 D3 m粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
8 u0 y% }' o* R$ Q# q! l* N对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石3 ~8 e7 C) W; E7 z2 C4 m
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
4 G7 ]8 q& d3 ]6 s$ Y) `溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越+ j# S( y$ r1 t. M. ?) j9 B/ E
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
. a; ]3 J+ G& E* h+ A: N20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合4 g+ c7 Q' O* P( L+ V8 d
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，2 O' B# B* u3 j
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝9 q/ R7 G3 b, T6 E& b) c- g
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
) f8 ?6 s. s' ~& O) b. w30％ 。
3 R, G; T$ R/ \& o6 b一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法( @; r; o, L' J% P2 k2 Y7 y: O7 u |
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都& G d+ ^( R6 z1 c% e4 \) L8 J
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或 @% p3 X. u1 n5 U+ W3 o% r
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
' m" z4 n7 g7 j8 B和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
9 W0 m; |4 x/ N, ^. V& X复杂，成本高，一般使用较少。
J) i F" T' Y$ H1 I1．4．2 煤矸石
6 {( A* `' C% [* O8 x" d {, {0 H煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
+ S/ L. P6 j" ~- d物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧/ \) W1 ]* f0 q' r
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原2 [( k; w4 z! }+ ^- @: `
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
8 S! C; ~- g) y3 T% w+ x且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分5 |% V7 @4 [8 I: E* ]4 G
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和# c* e, }! ?& N: @1 ]4 C
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合) [' g) \1 P% L
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
, H5 F3 v7 T9 \- Y1 ]& K+ n已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
) {' E: S5 B8 T! q+ |# W经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小, h0 _+ L! j2 J4 U; F3 l
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当% x- S& D( S) O- ^
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
- y- y/ Q, s7 i# ~, Q! Z- V结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化/ ^" c) t( w' d% E0 j
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
9 F! t3 [' q8 ^' I2 g基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为5 w% i5 D- l$ @% G& V% G9 t# [
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。, O7 X8 J9 v- P$ H. x
1．4．3 铝酸钙矿粉
3 t$ X# `6 y3 n! `# d( i' C* h7 e铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温, H$ V! v: U9 E- ~
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
6 S. U0 {2 F# V; @0 N不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。; v$ u d" W+ N k$ X/ o$ |0 p
(1)碱溶法
4 c( B& c) Q& T% u用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
5 i( _; p7 J1 q4 t9 F: U+ f/ ~液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后 _7 d8 U! n _
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH0 b" f K# u j& \
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
7 S- p1 y) t$ P( [ S反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会6 D0 i! R; j, f9 W/ m- h
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中6 J% ^- A M6 _! A. A: ` S
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
?6 P ~6 I6 X- ~( ]( {/ s* r状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
% X7 A4 Z* [) G6 O: E: w铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
1 h5 M" K0 T! D7 H5 y' e9 D0 M生产成本较高[19]。( i% O8 T% N# w, g
(2)酸溶法 v1 D8 b1 j! p9 ?/ V
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并" q7 D' z2 I6 B
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
8 P7 x* i, I3 {& T u% J+ z; S单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
- w3 X1 D9 s# z% B7 K溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常1 _' L9 ^( C7 U) j3 r1 A1 ~
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
? c/ G- `" L- H- z$ V; z铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
& _; \" }, F! C9 P氯化铝铁。
0 V7 {6 w% X" i' a" h( s(3)两步法1 E K) D9 D. Z
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
" o+ L y/ L* `4 g艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
5 Q8 V7 Q0 R1 C! P比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
$ B3 F6 i/ ^1 s* W把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
, g* O' N4 f, G/ Z( \5 q这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常4 M, b2 L, J g( @
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
/ z9 \6 f \1 G; H0 @4 |6 p铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
+ F4 e" A C; |+ S: N/ t流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
9 V; d' x2 M4 p* {9 c酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
( O1 R' K( w& b* a* a铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚. d3 Y( {% _. w& E
合氯化铝产品。
' I9 W/ `0 Z; l# H* r* b$ L1．5 以粉煤灰为原料
# y! [! j- G3 H' X& R粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体" \( U' q4 s& U: b! f
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
* l4 j+ X7 v1 @3 m( G [活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
( v, V5 e% w4 c' |& k/ C" E常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性- v! x% v( |: ], y
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有( ^. {' Z0 K7 r$ }
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸% c( J5 P1 U$ M w, @# |4 b6 ^
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
) m& N4 T7 j H4 N/ X6 |用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
4 S9 i/ u' u; J8 G粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
% \% ]/ @7 @0 x1 }铝产品，据称能耗低。
/ P. O! P9 l7 O% |2 b$ F. _, b2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及" ]1 {7 u; l" N
解决建议% }: p% E8 f* V. ~
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
8 b2 g- P* A( I' [着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
V Q$ \; N6 L% J" h* D" r/ z内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，0 T3 v0 u9 m7 w. m8 U
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最" U+ A0 {3 }8 {5 c
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
. {+ R4 G# g* ^6 s+ o认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
9 w% M( {' h+ @# h: o: j( }6 h面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研$ {, T, A( O) d: u
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
: }1 X+ E. |; i! i* l5 T6 g: L反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
; J. k0 G k* U: a2 B# h硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离, Y0 T( F: _5 Z& T- n+ K) d
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深2 {. j+ c3 O/ O6 l& f2 Q& H
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
2 ~5 N0 X% h) m- v% N以下难点问题" }1 P7 C( S' U- ^# m" r
2．1 产品纯度问题8 k0 c$ s6 J0 ]* t; w+ p5 B1 I
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通9 }8 w0 W# `; V+ n+ E
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
, F2 E" a; p' z3 S国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
1 ?7 ^5 J7 i9 Y* ]5 M9 x2 ]5 [; n产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝6 h5 L2 R$ x5 |4 ]
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
1 P! j$ z) X8 ]4 M5 v品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化% C4 ]9 A% n/ m& _# j& N5 s
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
" W% k8 s0 B' g盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
# l9 v1 H; E0 w求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝9 k/ \6 N5 O3 A3 N8 o: p
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
3 X3 V1 F! m) O% w; E一* o1 K- a/ R: n8 `8 ]3 t) _3 j) H
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推( H) ^$ ?. t$ Z P/ O
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
! g% ~. r2 R: \/ U2 u产品开发力度。
/ B8 b2 m+ |& `# z0 _4 Y2．2 不溶物的问题+ ^$ Q. @. u$ M; i# B- }/ x
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了' a- L5 e9 U; g; M% H9 d. k
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
! G8 ]( c$ F, V1 p: z/ n# P" [矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加. l+ H; W' Y/ K8 k) w- ~
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
$ H( G; n. m1 x4 a& L应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
' q' j; f2 t- {& ~* m! [4 l% d不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解: E5 K7 p3 X! d, q- ?
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效4 A& y, b: b; E) D& o1 N
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择$ s% ^* C- X& |
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①3 Q- I) }7 f5 b2 D. d" B# c1 ?
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积0 T1 h; ?9 @$ U1 z. |: Q/ g3 Z
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗2 N, A( m; a3 v2 J7 Q% x& b! d
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
( C2 X8 w. G* H# x通常会取得较好的效果。$ d7 W" C! j2 D% L9 k1 d7 l
2．3 盐基度问题8 F. i. q# _1 l2 i5 l
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
2 y3 s; u8 |! a8 a+ U% V在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳. Y, r e1 ^) x$ m- q. Q! O
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
3 N" w- h# V5 i虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和- [& }# e7 m* r; K Z) _
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
3 w2 \' R! i5 a国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。# m A$ C$ h/ g5 @: }; ^. D
2．4 重金属等有害离子的去除问题 V8 Q" P* y9 Y$ t8 I
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
8 O* P+ D$ A; W) K0 q9 r5 W& I在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
W8 _) K3 F% H3 J3 k害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑- K2 q# L- ^# U
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。! b2 Y% H' h9 V3 \+ Z
2．5 盐酸投加量问题
* Q7 T/ `3 b" @4 r; \' T0 A- \0 S制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
4 h3 H& L. N* ], f业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
- w. a: r) R3 r! I& ^本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶. c# a" G* ?2 ?+ B! ^8 j! J' e
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
4 r! d! G' e+ Q& w3 c题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
% f/ u0 M8 o f F; f发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
( ~! J5 U1 }* [& ]. _+ ?通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率( J" w: M4 ~4 D# e# e
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
f( h6 @3 y! `9 q低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
. f4 V6 [% T2 A1 p$ ^5 x8 h3 结语与展望5 a% Q, {# ^" R* }( s5 ~% l
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产9 c8 z/ [" ^6 K+ R4 {' C0 P1 R
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
6 S9 @. e/ Y) u* ^% n0 e J处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
+ W, V+ x6 w2 ]; e% h有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产- U0 i9 I7 X O4 Z6 ~( }
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产$ y/ b9 H7 C& @! M* M
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来- z( U+ Q/ t# x
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
& W1 R1 ]/ W1 S4 P3 K4 B用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用5 ]8 ^: t+ E9 r
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、0 ~- W6 I7 t5 Z2 K8 X- a0 L
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用+ c1 \& {2 i' s& ^# J
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业) a) Q: Z Q" `
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
9 U5 S( a0 ^& E8 \应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产- s' e0 a7 e% T9 a0 U8 `! _
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
" s1 C; x9 x; R, w' x; r" \9 F是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
$ c0 e& \/ o$ R是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
+ T* |6 f, K# ^+ M配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝' o. j! @9 \3 K2 Y; q$ g
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
) f! h& L% o. p$ O Y$ c) I5 U围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
8 o. V2 }) Q& q G子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内; Z. Y. c; h8 T7 G, [8 D1 ]
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
0 C4 j* s7 a7 O( B; `: ]利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产# g- g" G8 H& L/ B
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点: I7 T8 T) v4 q; A) @3 ?% P
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& S6 }* u, Z. J' T/ f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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