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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
" x( f) r$ Q$ W(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)$ J8 ?) m) m3 V% J/ E$ w: \
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固- i& d* o% l9 V4 o4 j8 x- l) z
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
( _& f0 ^* O% s; X+ J' D理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用! y8 s4 g0 x$ R' ~: \3 g3 @
水、生活污水和工业废斜管填料中。3 _' I& T3 h& D! b w5 f3 H
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮( ^2 S1 v7 U) C2 c7 @% s
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
: C+ R5 u1 @- C/ J$ |投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量+ r- M- k9 Y3 P0 v0 ]' a( \
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉6 a$ `) p$ q5 N' ?
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
2 i) |* t" u0 d/ L' _值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
$ r% z' ^: a& _+ c7 N' |! g I从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研$ y' s/ v& g5 \' b2 i
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到5 H6 |: `! i" C' p1 a1 x1 X$ }8 }
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角* t# f: p, L" o2 s: A
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述3 e, _$ _, }! e/ g$ |8 q- k
和探讨7 q3 k" M. P1 i) y: q* r
1 聚合氯化铝的制备技术
9 j" l) Y+ i# l/ @0 N1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料' |3 D6 `$ T3 s: e8 t
1．1．1 酸溶一步法
3 \- d$ R4 y9 v! @5 n, C3 b" w9 n: [将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，0 {2 s" c' T, {2 M! q7 l+ A
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．* z) h# e' F% L9 ]* F0 J$ j
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
$ g7 h& {/ @/ V% O! l/ x放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，6 n1 a0 R; d( O1 {
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放& k; A: {7 b A3 I$ M$ {2 G
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
0 ], d7 T: w* ~5 ~- h& l不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度. [4 k. D7 Q3 j$ ~
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺( g- k0 D+ N1 j0 ^8 v; ^
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
+ S2 D. X w6 B* {3 O8 J; t' u较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设6 W/ F4 j8 O R1 y
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
9 N3 \( @7 P7 ?7 B6 [% h3 X; u金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?. c/ U% {; T; J6 a0 W% f. r
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
7 p; S5 a. P# _' v, Q# s出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
6 p D( k6 j/ h3 C' z" }合氯化铝标准溶液。
0 L& m- d# I; c1．1．2 碱溶法, J! u! f" c* @
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再3 z* w' E3 U# ^# ]9 J
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
x5 P, D" \/ `& {% S4 D3 Q; W的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠$ s4 s8 V H3 j# f
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
2 ^5 O4 G* h% c5 d: E/ u; B化生产成本较大
' i1 D" [+ U; o! y+ A* Z: i1．1．3 中和法/ }- b% h& K- P: f
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别# i) {' @$ \% f; b
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
, l6 }. C2 [9 i5 ^1 }制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
. v0 A L# z8 I% b! F+ c# C物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
" R4 G# ?$ L. w6 {+ W铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
1 s3 t, F7 ?0 I用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再. N$ J3 w3 u! w5 }% y3 w8 R7 Q
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
( T0 c0 I. I5 t! R9 H6 w6 S& i! a到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
! ^) x/ x" l- d称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。1 S9 c2 Q+ N: a4 |" e; L( L, s& A
1．1．4 原电池法9 O9 r; p% c/ S
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
' P3 }' g( m: m/ a3 K; b1 t/ R2 F* i化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
2 Y$ U4 h) F1 r# a$ I桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
; c' j! f$ N) H筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进5 f7 K* u1 A2 }% T# I
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
* b7 r1 d# c8 Q# u7 I7 N生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
, g8 M( R/ i4 i1 T' P. Y拌，大大节约能耗 ]。' K: z& s1 U+ O/ I1 j
1．2 以氢氧化铝为原料
% U+ P8 V }( |3 u将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的! N/ ~) @1 V5 v: z5 G
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
' H" p: N$ c# E3 o, s; K) R* t3 Y该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普1 \% r3 _5 t" o+ z# R! o
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故$ n0 j6 F4 [! G% W# T3 k$ E# N
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度+ \6 c& v5 ^( i- k9 L
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多% a6 J' f5 S& j
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
* ^4 @: D8 v, W7 c# D钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
7 F$ M4 g9 s; \, m" c质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
8 p; l; h/ g2 ?: U% w4 K1 D得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝2 q0 |5 K Z; Z/ E0 |6 Q
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯. a" i* o$ m5 {
化铝。5 X+ q0 x& a3 f s! s
1．3 以氯化铝为原料4 Y) d; C, B- T
1．3．1 沸腾热解法: n1 F N( d' b/ F9 r& m" T
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
$ I/ L) {5 O, s- F- i! J氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水+ c9 X* `. U2 j# H+ L3 n& n Z3 ^, P
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
: N5 C: i1 D$ {0 |1 B, v( `! S, ]合氯化铝固体产品。) Y8 X. l$ p% `3 t2 m! U
1．3．2 加碱法
0 F5 J1 e2 F1 Y, p) [+ v先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
% Q. Q1 ~0 U/ ?" s! g+ d强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
! A B' s6 |1 B" w1 z反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产! }3 _% t+ k+ o$ \! D8 k C; k
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
) v+ r+ g* J' x1 f' M8 {品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
5 p) q$ X2 V5 E% X% r$ P6 {0 p, x通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
1 ~2 e/ L0 v1 `: U5 S1 J8 RL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
. {3 W( w" s, w; Y1 ~4 B道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到; r0 U/ P% Z/ J
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
3 q- F' i$ h' V' r量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
# v! V& @0 y3 Z! M, N. x3 F% X滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘; M h2 q) Z0 Y3 r' u; r
量也不高。
$ K/ l9 h. o) t+ m' d. Y1．3．3 电解法& ]+ F1 R0 h p' O- v8 }) C3 Y# |
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以2 |6 C# D2 j* n9 C% u$ ~- y
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在/ ]5 }; x% ?9 |3 W/ ]) i
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
; [! @7 e- g1 \, p6 o等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
& [% I* p2 f/ r7 S% Q6 D L氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
: W6 O1 _5 e3 E锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且( U! q0 d" {# K1 j& F6 h
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的, R: v- L% E( |" `! d: ~" T
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解 q! ~! P' A1 Q
过程中的极化现象。1 B0 R, ~, m/ c; u% I8 i; x6 \# [
1．3．4 电渗析法
9 b. y% P2 y+ [0 P路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解5 K$ f& y3 x( X
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁9 J) b# @5 Y# r! @3 j# A. d
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应' D" f' Z* z! U
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。% i$ P! k, S9 q. R8 u. {
1．3．5 膜法
8 N( f- S% h2 i8 V6 t8 _# r该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
) q( E( @: Y. D+ }/ y* N化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
) ?* r) q- {1 o s4 t# g; W! G0 Q通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得( \9 K/ x, o/ m r$ {+ y
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
+ U; B! s3 I! R1 m0 t& p制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
2 S8 {6 c Q, T% f' F% u1 G以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
! \- c% T( k: p2 I铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
+ v; b% V. W) y# m1 E. p2 c- v) C1．4 以含铝矿物为原料
( p6 w/ r: h0 U7 }: `/ q; K2 ]/ ~* P4 @1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物$ ?# H. z( |' ~5 I5 e4 w
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
5 x& s* G0 c" x要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这3 C" H8 f! a0 w
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
) `5 u* H) a& L" e般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
8 v L: p% j' V8 s; U2 k的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其# U% V, K1 V0 F* ]9 E
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二+ \+ ~. A) ?9 F) T7 D
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
/ h1 Z; U/ J' L' u* X& L8 m丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，; N# h# ?3 j/ E$ K4 M% l
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
, y2 a8 O2 C; s* ~: V" }霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚. _& U$ M, ]9 }" j/ h2 J
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
% a! a0 V4 u5 x" ^: o1 I2 |5 I一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。0 _& K; |( H6 I2 _
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。1 T; I: a: {) O. A- Q/ b/ R
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
7 V b0 [ J- o# X8 ?. {6 M大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
" p, S9 w& w) @: e% N: [& X" o2 J渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的5 v" S' }7 ^6 Z0 ]- T. @+ X
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需, p9 U/ H8 L& p1 [$ Q. ^
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石3 W7 r& v+ F+ a* V% H- D. B7 t! |5 M
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
8 n2 J- U, h6 V/ m溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
: C- e) P( I" S3 S+ B& u4 D# F高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为( M3 `2 g. R- @7 L
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合* i& n. n1 k; A5 b. @
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
9 r& \) Z$ ]! [+ n2 F0 @$ ^氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
9 l4 B7 F7 E/ Z+ i d铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
+ G4 D+ j% N" ^30％ 。8 g; a( R, ]; N1 N7 x
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法1 t$ ~% m4 b, O
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
; g2 i% p: Q# C" W6 v需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
% r7 I8 X4 j/ G$ b x9 a3 A0 M其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
5 C4 h* V4 c) |7 T5 u6 L和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
# l" n' l/ |6 h6 N0 H复杂，成本高，一般使用较少。
1 y; @$ b4 t G$ {1．4．2 煤矸石
+ e% w4 B* e' f2 _9 o+ @: J煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃* f) t/ T% g; T. L+ C8 Y2 |
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧; k& p/ e+ H3 T. P9 n
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原6 r8 S% e5 h4 c! H& [4 Q
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
. G+ v, R4 l9 x3 b. z# M且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
$ c8 ^# h) ?1 f3 Q! n数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
" I) h5 ^, v* ~( x4 i5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
6 m/ Z" o) ?9 A! S/ O0 C2 u r氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，! `. L2 x8 y, \5 b3 U
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
3 d* _- J* e1 h( |9 B经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小! `) e" p) Q$ n/ U1 W, X# k6 Q, @8 H& U
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
0 |6 R# e$ i# _! o+ u8 M处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得 K0 O* K* z4 O H" y
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
1 m) O- P3 F, U. `铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐! U' V i5 M7 N7 _7 R
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为2 n" Q& Y" W# G6 t7 W) ?2 S2 ]
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。9 C. s/ p1 d C3 n
1．4．3 铝酸钙矿粉
3 P. R' d; _, m* J7 P0 k铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温, x5 }. h$ z& }
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的8 F& u6 K: \+ z. L$ \4 |
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。5 I- l Q F, `- S! }1 ^4 F
(1)碱溶法& ?9 k2 y& G2 q+ m B) w7 F; R, D# Q
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶( B7 E/ y% u" ]
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
7 T% o4 a' a" g# ~在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
! B, d( ~. o0 I. Y5 V* l. x% q值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止% x/ c' ]; n9 F0 y4 j$ X# w0 O
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
) f/ v9 ^; @6 F. N) k& J5 T形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中! {9 F/ _, W2 s4 h0 W3 ?) m: c
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
4 L" [- s: V: ?" n: Q2 u+ x. p, ?状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化3 ^& G5 |2 I( b: Q
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
8 o' v5 F1 K3 C3 a生产成本较高[19]。) W: I6 ?1 Q1 g0 Z8 P, R& Y
(2)酸溶法
8 |, V$ ~3 g& h9 j- l, d6 ?7 u把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并$ J5 x4 D' D& \. s! t
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简+ n( ?& K& ^% p5 S, l
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不$ S. Y6 J; c# [
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
_+ z! A3 S1 d5 v7 P/ s8 o不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
; J. n3 A8 d) R/ b铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
4 }) B9 z: h7 E/ q7 H q. {氯化铝铁。
. |0 p& E5 z V' c% \ e(3)两步法
# ]0 F& s1 [% U K9 h1 v这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
+ f* c6 W- e4 Z艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量/ R- {3 e4 y; {% Q8 r3 k
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
^+ w" r0 N( p9 i. q把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
3 o* q& d$ K, H' m/ F这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常- ]) e, V7 U' `/ Z$ b G
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化 V( j5 J% N, `5 R# n
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
- M" u: K) w0 T- w1 h流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝: Z* f/ p+ d3 Q1 X% _. o3 X+ J
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化5 r' k, E9 j( B; _- F1 |! q* u- M9 F
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
1 `( E$ j& o' \4 P( S' G' E& P7 K合氯化铝产品。
! G& p, T2 X- f! |* }9 i* m4 b1．5 以粉煤灰为原料
" v( K; k7 z }! c3 j& R粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
0 A5 J9 k* w* j7 ?3 O! k废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．6 Z2 B8 C! W0 C$ i$ M- j! c& m
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
% u3 L. I M$ Y; ]常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性1 \$ ?/ ~# ~1 P; K2 O- g
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有2 t- x/ `. \, ]
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸2 |1 \ T5 y9 T3 S+ K2 y; H0 K
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再; E4 T6 X* D5 b. a7 a! k
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用4 ?4 Z% t; }6 K! H2 Y) r1 Q- e+ e
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
4 |" m( y( R1 A铝产品，据称能耗低。- \# k! E7 z0 o$ h+ E! c& o
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
% M' S9 ]5 c/ a2 F0 F' r0 f解决建议6 P6 }: @% F4 f# ~' l+ O( P
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
2 b6 |( l$ A5 F5 q着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
- X6 \/ a l; {内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，& q2 _7 s- G9 |$ m% H6 e
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
q4 W6 V$ J5 ~8 h9 h0 e佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者: z1 d- ? f3 L' i8 ~! y6 o3 E
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方& L: C5 T, g6 q; A J& H
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
* L+ I! t8 n7 a! J. l; T究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
) T* L+ |) p+ `$ {6 y# _反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、# d3 X3 S8 D% |/ c
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离8 o5 A. f7 l- ?8 z$ R3 q8 J3 a
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深) `4 B% E5 Q8 K3 n
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
& e. i- m* j0 V& U以下难点问题
/ u, z& X$ J6 G2．1 产品纯度问题
$ w4 h9 l$ h0 x氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通( T: f" c. T) u4 h5 G
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
- {+ S9 X l! V# h* ~国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列3 L2 r, d: K: v5 o( v c; \8 h
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝( x" Z! F. z& G4 k' i% N
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
2 B- ^- @5 g0 x) D6 K品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
7 p# E- ^; z! D" n3 Z6 D铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
: Y* I' b3 Q5 l; g1 f盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需5 F; K4 M2 z6 {& ^: u
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
@8 [2 `7 u1 K产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
9 U( t0 @+ P: a8 j- H- m一# E' S) s1 y" c, F% l+ y
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
. @2 N/ j2 ^0 q+ [* j7 n7 v) n: ?, y广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新: s4 Y& ~6 w v
产品开发力度。
/ g/ y& y( b0 r6 N; Q# i# j2．2 不溶物的问题
0 e5 ^7 s [- V, E8 G2 Y国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
9 C, H- [' V6 n明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
I! J- J/ X5 Y% C6 D矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加" m) u# i; A! z
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
" W4 y6 c3 _ C9 ? _/ @3 E1 U0 B0 d应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
: o% r; _* X1 W2 n不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
* g C# _9 B. ~: p" d; u) R4 h决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
4 o/ h' }$ m% E7 q& j$ @( Q8 a果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择0 Z' }3 b! N/ q+ f. j. v: s
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①2 O0 C' a' i o9 x; j7 I1 K
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积4 I5 O; z/ @3 v% y; z
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗' v0 G( k* G0 M( n: r) m5 P p
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
1 ?& ]( O7 d) O+ D6 X% N$ m2 E通常会取得较好的效果。" l7 s7 T" @) z: [
2．3 盐基度问题( e! M' p6 t/ r; f1 h) A1 H) S
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可0 ?$ C7 b( T* Q8 m! t M5 F$ j
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
2 b z% m0 j# Q: a3 a1 N2 Y1 J酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考# J+ j1 V+ @" z
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
% E9 r) E. D/ O$ N! H+ @! D% G/ Z铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
! H! K4 c( v+ |. T' `国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。" E1 L( S) o7 ]; h8 _1 z
2．4 重金属等有害离子的去除问题) g* \- |2 _' D# e
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以$ A$ u3 @" B5 r9 v) J
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有+ P7 c9 i& Z; _8 Z7 R
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑 h& ^6 _( s0 ?
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
( X! p1 p2 W$ q! M: n* M# U* Z2．5 盐酸投加量问题
6 u+ ^7 \, l% s4 r制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
3 e0 a+ n' `9 Q) k7 L4 l业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
! J0 M" i) Y3 c5 r4 ], Y本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
- b5 x$ R+ E' n# d1 E$ y% \* Y( Y3 c法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问& w$ q# ^$ y8 A
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥: R# _* ]; _9 F- a3 b) U. {, e
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
% n6 B ]7 w) N7 N; W/ K. W通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
: C) M* m2 {7 m0 q$ r低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度3 K% ]9 V3 v! V& Z
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
7 X! r! T+ D$ R. Q0 b3 结语与展望
/ f( A* z0 [1 ?9 b% g# [/ B e聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产5 l; X. ?, x- k C- k
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
: O- ` M$ D; L/ t处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上: h- ^7 r @- _9 x0 k* d, m, k" N
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产4 b$ |! y( e( O: A8 Y& F# h
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
2 ^9 C* e4 S m# G% A品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来+ t" }1 v) Y/ Z% d9 r. d% @
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
! j( C. l6 {7 m2 _# d1 a& P用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
& Q7 n1 x% n" p9 Y2 Q& Z. ?此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、- R1 G; T0 {6 Y( W, x
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用0 b& l1 q+ a+ c/ K7 x
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业5 B! t; w( k4 j* y0 C
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究: E- z3 v) b% Q: m3 R& W+ d
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产8 x! [* B: I4 |4 ^
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，# S' d: t v4 H% k
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向; H& z. }0 h1 r X3 C
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复% x# v2 B, ~/ o$ Y/ t
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
3 m+ v" w9 W* A剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
3 H# e3 ^& o% o* x- b围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
. K) n2 P0 c8 K' m8 @6 B! L) r子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内) G* H! g5 [' z& H( F
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料2 g; M+ k4 F& j! E
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
' T2 P7 I; F8 P, W( X9 X, l' s0 ~ S* S工艺，必将成为今后工业生产研究的热点" K/ Z1 W+ q# J
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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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