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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
+ V" D0 k* i4 P(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)* i5 e$ {$ [. ~( q
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固, a% T3 W+ A1 ^5 [' P; W, b
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处' R, L. C+ f5 z; S
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用( Y9 ~. Q9 `5 h- `5 h
水、生活污水和工业废斜管填料中。
4 ]; o9 L. x. p# @7 d# [0 w聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮' F& ]# Q/ Q* d& Q" c B. E) ]& K% ?
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代# Y* u" | o5 }: ], a
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
/ R( Z; ]0 T* |最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
( t# u8 j5 G4 S* B' W0 e* j淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH% g. ^2 W. L0 Y5 Y6 V. E$ Y
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国" {) x; {! Z4 f) s
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研6 k" S1 j! C1 c2 M
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到; S, Z6 |" R [; E; f7 V" C
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
& M/ X% a8 U, {度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述3 I+ K* L# _) b5 A
和探讨( ^6 Z) u+ t4 m
1 聚合氯化铝的制备技术
0 C/ P9 ^2 i8 L3 l3 b' W; s& M8 ]0 b1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
d5 ]4 e1 y5 T! j' C1．1．1 酸溶一步法* T7 c) D1 ]7 s: ]5 I2 Y p
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，( |$ e4 j( ]! c
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．" }& k0 R" m. {
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
; D6 d s b8 t9 W放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
$ F" z9 n4 t$ z& k! O* a$ g1 }水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
( t' ^! k+ l b+ R I出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至+ k' f2 g/ k# k3 } n
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度! ^$ X' e8 W8 M. h1 K( z
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺& s5 r, L: g9 b: Y C7 W3 B
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
6 p9 b- `" x) K; M3 O1 P( K较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设( F: {, y6 ^2 i( d# }% _7 G- H
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
7 }$ o+ Q5 ?' X* C金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?# Z( h0 N6 h3 E/ a8 P& U' G
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备- Y9 F9 m! }( z3 t" `0 r' G% i! m9 o I
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚$ F. ~4 ]7 P. j- D# ~& y0 v
合氯化铝标准溶液。! |+ X0 Z4 s. ^6 O8 d
1．1．2 碱溶法4 Z( Q" v) C5 u5 ^: o
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再7 Y# c* h8 n I2 c9 x7 m8 y
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法3 L: K$ r( O, o" V& e8 B& c
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
8 X- S- d' p+ `! B" s. o含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业9 b# K# y" W+ X4 w2 F4 n
化生产成本较大
4 [2 e& Q2 b7 R0 Y |1．1．3 中和法
9 m5 l. J3 B. c) d( }8 s9 e该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别* k/ F( z& z$ o! m3 E' i& @
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
. U& w1 _5 E: F& h制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
e- C, {# q3 g$ K5 Q物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
) i5 n9 e9 N% ?8 g铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
+ l/ r) i8 |8 y* x$ e; ~; N9 u用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
+ G. u" b/ p- j3 w! a把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
* d1 V W X8 N* B: l( R到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
5 U) R* m+ z+ e7 q& p称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
0 y% z' x |7 y$ U- u1．1．4 原电池法
h- }. ^& X2 B该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
3 t8 T! C) m" [6 Z( Z化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
& u, l6 y& [6 T1 r1 E; R桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
7 h: s5 c) T0 q6 C) K" J3 P筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进$ ]5 I( s7 r4 C: s0 ^
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产/ A* E0 s: |7 I5 E/ ?
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅 ~' g, f% P8 E6 b
拌，大大节约能耗 ]。, c. m# E3 ?% H. M& D. j
1．2 以氢氧化铝为原料
; t/ e" Y# ]: G) y: k将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的 m1 W1 x* @* d! L" ]6 S* g# H. t0 t
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。+ U1 {! |1 E% {+ L& m0 A& |" L3 D' K
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普( `! E6 l$ r2 ^, c
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故) y" H6 {6 r6 v5 N- O) H
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
' S& a# S1 R& U, P3 @不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多* L# A3 m9 _' S6 b3 A
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸) s J7 q) W1 O }" k
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
# f" |. t! F" u' ?& S. W质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
, [. {( c5 d$ N! s3 g% j2 o7 j得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
5 f' a6 ^& |, Y$ W* i酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
$ z J5 h0 ?! i% K化铝。
+ A. B; j {8 Z1．3 以氯化铝为原料
* l/ ^* f2 K7 O9 {: i% z4 q1．3．1 沸腾热解法
5 E( T" J9 K; L1 c" H- a用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
# q+ H6 v8 d' f* }氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水% `+ T+ }0 ]3 Q4 F
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚" b) X" N0 y* I
合氯化铝固体产品。. r( q6 h u6 k [) T0 z# n/ F
1．3．2 加碱法
, ?( D% V! B) o4 {) J先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
9 s) _, k& x9 z6 N/ N* a) Z$ d强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，* l( }) }! v9 Y+ G
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
; ~) {; U- V8 s" y$ @品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
* k1 [' J& d# ? Y3 X品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
# g8 F9 c; z3 U3 m通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
% H, O" r$ X( a! j6 \L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
/ e8 L7 b' \+ K* S) G道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
, W9 A; ^" p* T- U3 `Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
1 }" }, e5 s8 T* m量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐( v; u2 s2 \( j1 S6 C5 ^+ r; q2 A' E$ T
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘! f9 @/ O8 V/ n( {$ b
量也不高。
' a1 X: Q! X, p, g G9 N1．3．3 电解法% n- ~( s, t/ l4 k, S
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以# s4 k* ?- N8 O" Z: ?
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在" o: _; H" m8 I6 C
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉( F& v$ T9 v& F/ f1 l q: ]5 i
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合( h5 V% d1 a0 R, ^
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何+ K) f4 y' W4 y2 F% K* b7 z: s
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且& e( ]. [/ p Q* S( a4 @3 `1 L- d
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的) t6 w# D& ^7 | m/ z
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
9 t; N9 O" s, U过程中的极化现象。7 t' Q: o& |" G( {4 W
1．3．4 电渗析法
% O7 P" O. I, a; ^# i) \& V路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解+ }0 `" w* J7 d$ `$ J
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁1 K6 j, P9 E2 J7 l6 g4 \
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
4 A" `+ i5 O y# l2 q7 E室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
$ ^3 z% @' _3 K. s. o) r, G1．3．5 膜法
9 r! Q5 g8 `; K) G& n0 [& D该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯6 m& G* y& M _3 o# d! S. Y
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
- x( `6 O/ E$ e# U4 M通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得5 P; d! Q4 D) p9 }, K0 N
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜/ m7 N" c/ ^; K: r! q4 p) n
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
( \( b! X8 u; l6 L4 P以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化! s* [4 @. W; ~* S) U! E: b7 E
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
3 b3 o& X1 A( c7 u& X9 J4 _. c1．4 以含铝矿物为原料
9 J; b R& p5 k% u) q0 A1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物0 L- K8 v. s i5 v! ^
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
; k; z: E8 F; _. y; z. [, c" O要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
7 V/ v' W; u; k( p几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一* s* h" t. v! ?( l# y! Z
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
5 N( I4 t6 ]3 W. k7 s' j1 U的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其4 Q+ P* b$ L- C1 I5 c: N/ f
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二/ @" U" ]$ T0 n6 v$ S7 x( w1 p
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为+ ?7 z2 V* l1 x( W% D- Y
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
+ Z! p' ]! J; p4 t1 \# z可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。5 {( y3 e& H8 Q* c$ ~6 u' x5 Z
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
* |1 W4 o# W' I+ @' n. V" ~合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物+ s* ?# t/ p* \7 i* \. q
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
+ Q1 H! D# o7 S* g' ^酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。' o& g, g7 ?7 I6 Q7 j" v1 u
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
( M, Z9 t/ l' n8 b5 ^大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
: V2 p9 p8 q+ N' Q渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的0 l4 E; R( u! R: {6 V
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
6 T0 g% I# R% N# D( p1 @3 O4 ]对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石4 z) _4 r- t8 ^3 o
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸/ ^! S! U& n+ D# P+ D
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越4 e9 r& e& e9 P, a- T( n6 a3 D
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
- L4 U7 h) X0 L! \4 ]20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
& E6 w' w W: q3 j8 X: n3 N% g氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，0 C7 ^7 L( p) U. d- j7 l" B" q1 c
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝1 S) }% y/ M1 B' W8 K9 i% P) v& U: `4 z8 L
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于0 a* {8 q, L7 x: o! h
30％ 。1 |9 I, ]+ |3 P& q
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法/ }) Q( H$ z/ `& F( g! k5 p; l! I, [
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
" R( \! v$ j8 s d需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或! h9 h7 s5 h" Z4 _- `- @# ]
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠: o' @' u1 m4 g5 i! s6 f
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
# O# V7 D5 b6 R/ s% U复杂，成本高，一般使用较少。( J) w' @/ L8 ]+ U6 j5 ]5 r, D
1．4．2 煤矸石
! O- D2 w! f/ u y/ `; `& a煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃/ I7 U% W( D, b% Q" B1 T/ R
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧% |+ d U9 q' M0 Z, g2 F
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原$ _8 v- r4 v" g7 z/ }2 O
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而6 [( h% w; G X U' f8 g1 r
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
' s. N- e9 _( h7 l+ @数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和5 O6 y$ Y/ a) p
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
3 M# q* [( ^! o- |9 n* n: P, _氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
1 k3 y- |4 b' A7 C8 ^已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石- e* R+ J w+ {" f: P# ]* ?
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
% a7 Y" y* t2 {( g6 B- e' w时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当8 W) F3 H) k( K* D; T8 {0 e9 @# U
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得7 [" u1 v& A/ V: b& M7 k3 F
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
8 P8 x' d) v1 X/ q% P9 D K铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐5 D7 q7 G: z a* d# G; e
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为- B# G0 x& N$ S% K8 x3 O# P6 C
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。2 T, m* y$ Q+ D3 N7 h c% c
1．4．3 铝酸钙矿粉
5 z$ ]4 ?. A, s铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温' c# W! a4 U" r* F; b$ @0 x! q, Y
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
9 C0 g0 o/ \& r8 L K! ~不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。4 ?. X7 ^: [' B1 q4 S# {+ Y& B
(1)碱溶法
+ }+ y! }8 D* [2 y+ U! F用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
" I& ]- T3 m& J ]& K; v液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后( N! j, f: l: \. M+ m2 n% P
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
. V, N7 T- g) q/ d7 Y7 e值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止, `" U+ D* m9 A1 c
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
) ?8 S# V+ j4 W, O形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中! V! ~& v7 u! x* `. @% M
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠, K5 Y1 o1 u- W4 @4 ?2 }
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化2 m* X8 B% Z1 y f' i: v
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
# E$ O9 W5 N/ {7 d生产成本较高[19]。
( H- k! v9 Q0 f, h7 x(2)酸溶法' F# u' q4 [) ]
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
3 M( r( D P6 b! T' ?# C+ K熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简6 L5 l# L/ b& ]& y
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
4 R' ~- q, H% @8 k9 u2 d& s溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常. c2 m" k+ P+ u$ o; d
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差， A) [4 r/ c. G. K% a. f0 F
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合' @% D: C; V0 n1 C5 ?5 z' P( c
氯化铝铁。
6 |2 ], l e# N* F4 X(3)两步法
7 k7 P9 G& O# G6 h- ?2 k( w4 b这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
" w- v9 y' V. h: d6 d艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量& c& q; \ w5 x
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是2 A' k) U5 R) q: ~& E; X* s0 @/ v
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。9 \3 l9 D; t! I! X7 O
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常' X; s! n' d& Z) a' o& q+ h
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化! C/ `% N x. z# Z; O! e; o
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回6 `, L7 A5 ]" {- m
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝8 S& `. i6 R$ x; t9 a
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
) O6 R' s* {5 ~( s3 X8 j- w, t- G" w铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚. s# \9 t3 Y& C( M4 y' E( m
合氯化铝产品。* q7 `7 G; T+ q( v q3 L
1．5 以粉煤灰为原料/ y, S+ ]. G( B- y& u' K
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体2 T. M Q% W9 ^/ r7 L( D
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．; o& M& ^, ^( J9 l' v
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
/ H1 L4 a' E# C/ ]9 l常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性8 X; k' b, \1 f' c6 U+ \
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有6 D" r3 L1 O% ]& X
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸* W$ `) ]/ L: E ~+ S5 Y
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再" w' f' }5 u4 b* d4 }# ?# F5 K
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
3 F& p$ E) G' S6 [4 \* Y粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
& j$ P) Y7 V/ N% @& S* w5 X, j; S铝产品，据称能耗低。: J6 u- t" _; `- \* i4 s
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及. ~/ U w& n3 T
解决建议
( Q$ w4 v$ A1 Y4 a! {1 a我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
: v& `' `4 P# T" x; V( o9 ?着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
) w' K3 s; O# e3 q内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，7 ?, |& [3 E, P/ o+ ]; [+ b* L
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最0 [$ v5 L& g @: H
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者. I1 M9 S; n/ K N* k( w
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
3 {% B: g# ?8 K; o q. U8 `- l; z \$ F面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研9 f4 t9 ^( ` @' N' ~
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度' `0 n3 ^( t: K( I& B3 G* t
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、' ]8 o3 d% |! l3 z+ R
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离 @8 L/ k9 `/ \ S7 a
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深( B5 ^5 q, u' Y& @
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在% h8 B8 f _8 ]: R
以下难点问题4 J; |9 o$ l6 k* }
2．1 产品纯度问题
) g, A; u: _' s2 i5 z# P" X: z氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通0 L' q" O3 w8 V! M
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
/ s# Z* W& {% b, ]4 c国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列+ F. H3 r* M H0 B2 j3 j$ |, j
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝4 s9 N r: }; y; L
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
, C7 N% ]8 t& D# j/ O品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
& I6 m( k1 B: {! [; {- M铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝" f% r. L( T$ p1 {: K
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
# Y4 u# h9 s5 d求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝. Q8 L( `$ q% J L8 z" j; e: {
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之# U+ Y- D0 e8 Y/ S0 ~2 l
一/ I6 Z' S* W9 s) L/ B: l1 _
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
9 ?0 l' U2 Z) V9 {7 ~1 E广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新' S* @5 N" v* f1 r2 t
产品开发力度。
9 s% x1 u) A* w) ^2．2 不溶物的问题
* h, @7 `2 f- X! M4 c国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
9 g$ i6 g! K: J9 |, m) E1 Z明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而. T1 o) F3 f4 |
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加: s% c( s; u; g( N6 Y# Q' g
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
/ v, R) @2 _8 |& H+ @% x应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
3 l8 f5 ?4 m( a! g" B$ {不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解' o5 M6 p4 ~& D1 q4 U
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效$ [" B! P/ Z) o5 y7 V
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择( a1 R- O# W# r& u" V. |
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
Y, i9 T G. ?1 e8 S6 O自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积, x0 Y# g- G8 N0 P* }) t2 d1 W
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗2 m: m6 ~, R" A
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
$ _4 {( w5 ?# V" l- y通常会取得较好的效果。
$ E* }6 `, G- p& B) A8 ^2 I2．3 盐基度问题& T2 Y9 g6 \. i" H) o
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
3 s- _0 C' b% l5 j3 P# B% ~在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳% | M+ s$ N+ ^5 e
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考" v& J5 T# H7 V+ @, j2 u9 A
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和$ Y# R7 p7 ]7 _, k% ?
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前" ^# \% ?# P4 Q0 G/ w0 |
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。2 T+ \* V1 }6 x7 C6 j
2．4 重金属等有害离子的去除问题 H3 ~; r5 R4 i; q
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
0 o8 H7 B7 E# {1 i8 W( f6 |9 b在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有" H# J) D/ _5 ?0 P$ D8 P) X
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
$ Z* ^+ E" r$ @% h% z& a置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。- O/ Y; E0 t3 C* y% D1 C( W& h3 @
2．5 盐酸投加量问题; P& H8 p( c" E
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工8 f- N# M% x, Z
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
, W9 f8 R4 z) w( U; g本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶" J1 X* `( R) D9 _' j5 y
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问7 q0 i; S2 d0 V, |
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
( X( D% m# h$ }1 y3 ^! v发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数6 P$ N3 W+ F9 ]5 H
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率" a: U; ?( a T9 Y
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度5 P5 _9 d6 V/ [, p$ E
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
' R' T* l: {% A6 F$ U3 结语与展望
: {* S( r* q( d. N% [聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
0 _8 m9 c/ e$ G* p0 x/ A品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水0 a' K4 X3 g) y, ^# q
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
) b# h6 |( p, s S: |* z; i/ v有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产1 c3 y: W& F6 u
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产/ k1 g6 r) W2 d' S9 Z1 t$ X' @6 a+ f* w% @
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来1 v$ ]* k, m6 K |6 R( \5 W
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利2 D) w6 T+ i: Q
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
. h4 u* Y( Y* \1 c此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
2 C$ d% L C3 |/ {- m* V氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
! s2 k- c! t' N E. c+ K含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
0 f# s- Q! R8 J' h1 X# y生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究8 H8 u. [2 n( A R$ [1 f2 ~ v/ R
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产; d3 p5 i, F! ~1 U' R, }5 S
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，0 i. L7 A! h% X3 W/ W
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
, ~- t, A+ c$ m% q. B是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复- F# {3 {" W c' U
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
! ~& G0 K) {* R+ b, ?9 P; Q: y剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
! t( [$ M+ @- |& x4 o; D围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
8 W( f* e1 u& d# H! Q. h0 W& n0 }子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内3 N% j3 s6 F( b, {, _2 T
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料& f: b( }. d" u3 I( J$ i4 P2 v
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
" R$ M2 q; d" e8 [ }! q4 G工艺，必将成为今后工业生产研究的热点9 j$ t1 H9 M/ u- K
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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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