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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾8 W1 c9 D, u: A
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)- Z) n& H- C- f' X9 h- T5 e" I# a
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固3 H" ]! I! D3 L5 Q
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
* a! a" V0 y. p理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用! w# K% F4 }( ^& [( P0 s& Y
水、生活污水和工业废斜管填料中。( V0 e, Q/ U' D- @) T- L
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
& b8 M& M( Y' \4 z) F; _$ t凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
6 g, p; k, L2 h! L投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
v+ w* T& \+ y) w) X! ?9 @最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
$ O; F, m. V. r淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
1 a" t- O0 Y% t$ V0 u值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
$ T+ N4 L9 ?. ~6 U7 R从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研# j# v- p: k6 [3 _8 @' k2 z0 A( q
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
; }0 L6 H; T/ d" N- n+ m8 ?了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
" |2 `9 g0 L O0 d度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
0 m% @4 T! j- O- U9 \和探讨8 s: S/ Z' y3 v) F2 U4 R e
1 聚合氯化铝的制备技术: t2 g1 s- ^' b; V! J) R
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
% A4 @' J5 Q$ j$ Z1．1．1 酸溶一步法8 ^- r; ?( C1 f( W# T5 A6 J5 ~
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，2 d/ Q9 ^* f) h) s
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
6 W( @) m8 m" R+ j放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为4 i! A% t7 u5 D T6 J: P
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，' w6 [3 x* a0 S: M
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放7 ?; e5 c% m+ P6 W, C% }( d. b
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
+ G$ Y: x1 M3 D不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
' K! m% B6 {/ p, H7 U至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
9 m% A# i( S# w简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量6 v0 X, j( O1 q' A3 s3 C' i
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
9 ?' @1 R) P* p备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
% ]; j' ^3 x* M" [. d( o1 I5 D金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?# T4 d" w8 U* Q/ ?7 n' Q9 h
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备7 x3 b4 T3 p5 x$ @. z8 ^" h9 A
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚8 K# ?" H/ g/ @# z
合氯化铝标准溶液。
* M" X* w: I2 Z" L! J2 t1．1．2 碱溶法
4 k; K% }& i( u( {先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
2 s# v) r0 R8 i3 A$ R: Q' }用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法+ U0 ^. ]2 }) \2 w3 Q6 L
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠* `. G5 g- k- I* Y# y$ f" |$ g) w A
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业/ l2 Z: X$ c, V8 G2 T1 m9 P
化生产成本较大
3 d( m( y/ }) ]3 E8 }/ R& w1．1．3 中和法. ?1 K0 s: Q6 J. T' L- S
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
+ f' G4 q7 Z0 H" E1 X& n* T* t制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
8 d8 ^9 z9 h; c4 L6 S制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶9 z% x8 `9 J6 J5 [. c% g
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与3 D" i4 v* p) c! j$ M/ x
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分8 U3 Y' W! M4 g$ r/ I4 m
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
! N7 Z# `) r4 R6 Y" [把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
9 _ j ?- ~+ n& y9 @3 @到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据9 Z) U6 m( s) L5 d0 V" A
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
7 Y* \# j" F% F1．1．4 原电池法
, n; A& |8 j {2 g: R该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电, o3 { j* T; n$ D
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
: L$ y4 A7 d/ p/ ?桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
2 V' u- v, {6 Q& `3 }筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进# L) ]1 D, u+ y. ]
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
# B g& r1 w B, n6 P生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅* {6 C* n x6 K. Z! O. `
拌，大大节约能耗 ]。
5 w' h! L* |" d' R1．2 以氢氧化铝为原料
% T; e$ `; v3 P' A, Y将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的, v( z1 g" l6 z: u
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
6 |$ I, T' e$ U: d该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
; v/ O& W" K- P6 u9 b遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故( _+ H! z4 M6 ~7 [' L2 A
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
0 }9 o( o( Y" c# u( N- x: |! w$ r. q0 O不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
9 b# q9 F5 s _: p( q _0 I3 g提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸, _( x: [$ b9 E/ t
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
; ]# y J1 H( c* H( j2 C* @6 ^质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制# |* ^# m# f/ }9 |
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝# _) H3 C: f. i* j# L: a: G
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯+ u- X" p1 m5 I7 v5 m- f8 {
化铝。' D2 F6 {. }- ]7 l6 n" k G
1．3 以氯化铝为原料
) V& h# f8 \, ^! z/ U: j" Z& n1．3．1 沸腾热解法( n" x' Z9 S. x
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出; K% s2 m- V! Q% Q
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水1 O, l% I- B$ n2 J" [- [
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚" r6 v5 t1 `% m- B
合氯化铝固体产品。
" c' ^3 e. g( v5 Y. G1．3．2 加碱法; K4 H9 v' i9 h2 l$ O+ H
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
5 z% R8 G/ z' O0 y: U# m+ a/ T) E8 [4 h强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
6 @$ q4 O/ M# z& M) G. J反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
/ U- \1 s; o, W& H' n' e品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
- G9 c: t- M8 v' z3 w8 u品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等3 s% v0 h& @9 f7 O" ]' f b
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
' H6 X( r$ P, b' E0 l4 M- J* m6 dL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
" ?5 A' Z% y1 a* t0 g7 L9 V/ z道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到. p6 b2 z0 i+ A
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
* M( h0 `$ l5 @3 G量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
7 m) w5 D: x* M' u) X. w% w滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
: e P8 Z, o: P* t! W量也不高。
+ ^* Z* y* T3 p# K) h, {( |- L6 T1．3．3 电解法
& i1 S2 m) C: O6 E+ t; v该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以. \+ D* ?/ i1 t1 ]0 H
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在' `, h2 S9 E8 V; \$ Q, b1 b
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉4 o T$ C# J. o" @1 e9 l
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
9 Q1 w" z3 z9 G) k氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
8 o; }6 y- n' M- X( V锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且7 ?, y W1 x; m/ k e
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的% y2 u* |$ l& w+ S, B$ E, W
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解9 d, {1 e+ N& E( I4 L
过程中的极化现象。
5 c2 J3 Y u4 C8 z; l2 Y1．3．4 电渗析法, B" q F, w5 `, i
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解) |! _# O( n) U% P% V( z) O% m
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
W) p! e0 N3 e+ t板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应1 r& K4 v- _) l" O% f
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
% L5 Z6 \6 V7 g4 g- R; }7 @0 u% {! G$ D1．3．5 膜法# i1 F' l+ v3 Q5 R
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯1 Y+ h& m4 P/ S5 ?& ]+ P9 a. d: K
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液/ s& e& S: p5 K4 |( d0 L6 ~
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
2 H' \8 b5 b5 J! ?/ m8 XAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
. @3 ^8 A( q$ m' ~1 E制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
" Z$ T3 j$ P' O- C以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化2 d; ]! }0 A9 M$ E/ n
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
& i1 X* l, P# Y; p W1．4 以含铝矿物为原料
/ c: N+ r5 E9 m$ r u, u: M+ Z( \1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
' Z6 c3 j, E& T" ?铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
( m, X2 S, A) D5 S X3 l/ d要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这9 F1 y/ C1 Q; D. ?3 b8 R, a
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
! Y4 U7 i1 j; r% A般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等5 y' I' L7 j/ n* y, @& d
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
# _ q, }; K8 E* r1 T5 ]分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二3 p$ W( P0 f$ E$ I2 |1 q5 }" V; R
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
7 A+ H& `3 a" p丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
# G0 a9 m9 E' W可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
1 b- X. ^) B3 Q4 Z) @! j( l V霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚% ~! U( Z: R, Q& T0 k/ h* ]9 l3 {& `
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
( Y# w) X# i6 a [一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
! N5 M+ q4 i0 k$ o0 ]& A酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。. J2 W6 D4 X$ I, X, I& R8 C. q
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较6 T3 \* b) B U
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残1 f6 z$ d, B. I1 ^
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的5 @( h- [ T# A% y+ \1 l! D
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
2 B/ ?/ L' C8 H对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
' h- B* s$ }* o4 G. C5 o: i种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸0 R- O9 M" b9 t( i, U) ?5 l
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
2 T! r5 H3 k2 |. K; C: g高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为: J. |. z3 [7 z5 c9 V
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合1 p, Z2 R# {7 \9 s5 ]# V
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，* M1 `- d( L6 r' W
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝% V( t, [" ?( A
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于# F9 ^3 Z8 Y& N7 I1 n6 F8 C
30％ 。
) d! }+ o+ A; ]1 @一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法5 Q% D3 |, o" @) K3 X' e8 t( Q8 i+ T
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都+ }' K, B9 d( r) E1 H+ f% E: a8 ?
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
0 m3 i7 ?4 M z& j' X2 ]5 F其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
8 n7 j2 z& K- {9 J! q1 `* _0 O和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备- u9 q& }. a! `/ Z+ v$ k6 }
复杂，成本高，一般使用较少。6 E* | ]* t8 _7 [, ^# |2 T
1．4．2 煤矸石$ @2 J6 q/ C5 R4 M, z' Y# m0 e
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
9 |9 ]3 O6 t0 z6 x/ R/ a$ a物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
$ O1 J4 k0 r9 y* m增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
/ C5 K. P1 j* P! B+ q料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
9 W: y9 J; i" x5 C+ b; d' P且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分* K |! @9 z7 ^5 [
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
% P! v1 y; T7 G" ^0 |5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合$ q/ e! ]0 d/ u3 ?
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
9 e6 R* V0 X+ S( B已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石5 m# _' J4 |$ M
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
+ H* y; _0 B% V' V时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当: H6 A% A: k+ A$ l
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
+ [* S# ?" W+ w0 ]% |结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化: J3 M2 ?9 l' Y% F( \! h
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
* Y& F, t8 B& G基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
( k( U% _3 j1 U, G0 `% v) U; q, p原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。3 Q- P0 s/ Q) b5 ~* i( Z% i
1．4．3 铝酸钙矿粉# N3 J6 R* N0 Q0 G: ]0 `
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
/ `5 \6 } A% ]/ f& w煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的. S1 \! S6 w6 }7 N u, h
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。3 L$ _- _: ?3 P
(1)碱溶法
; M' R0 Z( O+ ?. J% @8 I L) b用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶9 u; m, F6 W6 e
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后! |2 s( ~( B: x z, H
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
7 m; M" [: n' y/ p值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
0 p; z; l$ R9 Q/ o反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
" W; e, |7 b- v1 A/ k4 q# H# Y形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中3 n, O; d3 h- } P; U
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
6 ^* `+ Z& @' D4 f6 q7 f) f4 B' G状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
3 _$ d) @: T/ F. H铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
: o2 K' m" _& z3 x9 G; w, _生产成本较高[19]。% `. V& B+ b/ ^
(2)酸溶法* a9 u y2 V9 e0 }4 j9 d: z
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
% F6 m3 r3 C* g8 o$ `) t) y熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
+ k, [9 N' ]' P2 H4 m% a单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不( h& ~) l; z2 x' F5 @- j
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常; x' G" N+ v5 A8 v3 a
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，; L0 x- }& F$ p5 H2 P: J
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
- T7 H9 y" I) U# @8 K5 }5 o+ l氯化铝铁。. q5 w9 S- H0 r' }2 [% r2 H
(3)两步法
F8 s' Q2 L& Z# s这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工$ ^! J- g, u) b1 |* }2 k1 ~
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量. A+ {. k- f) I
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是, d6 A3 p' Q& t/ \1 V
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。! l8 w8 V% [- @' A) r9 J% l9 M
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常# G0 \$ d4 h& E! k/ z) T' l8 A
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化* p: F6 o' B6 s2 d, t4 q* s
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回3 Q, d5 ]* z% C5 e# a- r
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
9 e5 z3 a/ R4 |. I9 ~6 ] s酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化$ {' Q7 Q! M. w7 B
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚" |0 q' k6 R2 H# k5 O0 _
合氯化铝产品。+ Q% _) M6 g4 Z0 H5 Z
1．5 以粉煤灰为原料
" O& K2 H$ u% b' k8 `粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体& Z1 f- {) R: G' B0 v. w8 g
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．/ H2 x+ q6 s1 U1 ` L+ i) d8 }
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通5 u; q) `% [- P
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
3 r3 c- e" W1 z7 x/ t, x: j6 n高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有 T! Y" u+ r4 m0 C/ x
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
$ \ i3 ~6 ` b4 Y# Z8 O溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
) A4 E" O9 T* J; j用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
" n0 X; O$ Y: ^/ o$ `$ b: j粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
4 \- Y% m8 q' C3 p9 m" g铝产品，据称能耗低。
6 R' g1 z& M- _7 m, c, B3 Y8 W2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及- w) ]. ~7 |" p. Q
解决建议# ?0 T! _" s5 ]( {; g- P# ~
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
7 Z' U# J: G3 a0 G# m, m, P着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国8 R9 A& N6 l5 n$ e4 g
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，( _" i/ B6 Y6 x: D. i
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最6 c& V. S3 P/ z2 M
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
$ `6 A0 z* `: c7 ^, k5 {/ l# u$ i认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方3 e% k7 V. H0 Q" B
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研* ? y# {. Q' i& R
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度, B# D" F8 E3 h5 B
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、( I* U) q h! Q8 @( x# T
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离7 B' k( G( A$ z4 C$ x
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深4 m+ K% g- W) Z/ E. F' r+ F
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在5 C1 q7 [, A, P; e: M5 z8 r
以下难点问题; s; ~7 T8 U* S* |4 `$ ]9 E
2．1 产品纯度问题
U5 Q% z' X& \7 K7 u氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通: F, y8 i$ x3 r
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我0 Y4 V1 R& Q% _! i$ n; s
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
5 m# h0 E0 V; B产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝% d, n3 H' p3 p
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
0 u& @- y* u+ v. ~品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
: w b. m/ J$ A% `: \# y铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
8 k$ y; O6 s7 w) O9 _; ~; _盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
I M l/ _- q求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝9 x; u7 E, O" d* C$ V1 {
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之) ~% o/ |3 B- t% m
一8 G. d1 k K+ G2 c
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推& m) c0 ?* l% k( x' ^9 g
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新7 S! c' ~: U; Z
产品开发力度。: @3 F! d0 C3 P+ C1 F9 O/ P
2．2 不溶物的问题
5 a# d" K! x p6 N3 E0 r; s国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了! B4 \" L9 u O L# s ?! G
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而4 u5 m' c5 D6 J! q2 P: s
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加# B7 k! a. h- \6 [; O0 K
成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
! c/ m! L& X0 r H应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低4 f9 ^+ y2 A5 [5 {, \8 \
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
% {! s$ }) Q! c决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效: o3 P2 F8 L2 R6 H
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择& C0 }% Q; p# E
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
F, m2 A2 x- S自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积* p* H" V, }) g7 U0 S/ _
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
# f" @5 Z; ]7 R! ]- y高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，. Z1 D7 Y5 z; x! E9 r
通常会取得较好的效果。 B: [9 m) I0 B8 N- Z
2．3 盐基度问题
& I2 v( W. g" J# M: d. [' C盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可, ], ?1 q7 j0 |1 `+ U& r7 x
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
7 p7 C" f& Z' x; N, }酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
* o& S- ?2 p& Z# ^虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
2 s+ ?, W ]7 y: v铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
8 n- {4 D+ s# G1 l* ~国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。/ X- {( A" t8 \& H6 q+ n, O) B5 S
2．4 重金属等有害离子的去除问题
9 C( T3 Z$ N% q& ~1 v' V某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以 U m4 F! \* { S
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有/ b4 m7 t3 E7 g% v$ R
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑1 l8 A: ]8 }" d+ T
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。6 l7 j0 Z$ e& T1 d; h b
2．5 盐酸投加量问题# h( P- Q. {9 p& b5 q: }
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工, c$ r! L6 c* D8 v4 w9 j* q: J
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成+ u% g. Z/ {4 ?6 B; K( p' E
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
, D- D- N/ v+ N2 L: K+ _法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问! n8 e: ^" t# p9 S3 q* v" ]! R T
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
+ W6 e+ ^0 s/ i9 e9 x发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
! u& q1 ]- \/ Z" Q, u通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率% S E$ B4 L( H
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
# i8 }4 _6 Q8 l" V* |% o7 @$ Z低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。& F+ x( d6 _" i( n0 K7 ]
3 结语与展望8 r- |# l! m( Y8 O8 ?0 `8 w" Z
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产& v# C1 Y3 ?: G3 X. p) T& S( w
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水4 O& T$ o ~4 p/ Z
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
* Q9 A' U/ R- c+ A! b; q; y有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产* v4 O4 m. p$ f7 ~1 o- F
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
6 x, a: S; v" T) G' H品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
7 E( S" v( f( e; f4 T& W9 ]由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利: t% j4 x7 g! ^
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用3 T6 q3 a3 D+ G4 T( B
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
( W/ k2 r# E% F氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用0 `: v! d- Q2 Q8 p d
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业2 i0 ?$ f l) A& D* _6 s# U
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究: m: o$ w$ ~9 ?3 m2 x
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产9 [2 x8 |$ K& @& q: N d3 G+ ~
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
# z, B K" H9 m& D* @是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向' A! k6 m" i4 M7 {+ M) R4 m5 R( Y
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
* y9 x7 [1 P9 _ T" W9 U3 D配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
h8 l, P" u9 W剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范! E; ? G& n, i3 f# S3 ]
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
; l/ P$ E- x8 ^) d子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内- E! A3 p3 V! O. K% j
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料% I C; m0 f+ B
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产9 e0 j; @4 }; ?8 B/ t
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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