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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾! l q. K7 g. O1 _$ C; G1 Z
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)( v5 {& W( @/ h6 D# x" Q M+ F
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
" g. Q! r" n4 ^) v: |$ W液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
% |4 L( ^, X! D$ B$ G' h理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
4 z" d e% a' ^) N4 q水、生活污水和工业废斜管填料中。
( ^# A& l- H4 j: I5 q5 {3 P聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
! M; @6 U2 g" W/ O. u9 X凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
( O% V! r1 L' R1 E投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量# ]6 x: i$ U6 c& o+ v
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉# a" U/ U4 _1 }0 k- p6 D
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH9 c) ]( r1 F, v$ H
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国 w( {# j2 T) I2 ~; ]7 y% l2 Y
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研6 v3 V, h. c+ U7 ~
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到* v' J1 I: v% l/ B
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
: _& W; U8 b6 [2 z度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
" O8 y' W/ P0 r$ r和探讨
5 X1 I+ r j# Q& `, T/ q1 聚合氯化铝的制备技术5 {0 \) Q/ x. M; N7 S6 m
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
+ A/ R2 f$ C, O" o1．1．1 酸溶一步法
0 W# X4 ~+ Y: T将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
+ F% d- H" K: Z5 [& Q6 L$ L在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
$ _% r5 c% H& T, ?放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
9 G8 m$ ]# i2 F* G# e9 r& S( |放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，6 m5 K$ G9 | ^- N: R5 N; d" { O6 j- H
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
% z( Y' \5 U" I Y- Z) r. C出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至& W/ ^* i% a- d- Q$ ?
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
8 d* C1 |0 z; h! T至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
$ X+ W4 n9 X& l' U7 H% |) W+ R7 D简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量" N& A( |% Q3 d1 g+ B! @5 J' O
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
0 T( U: G% ~' b4 N9 Q备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
: H1 B# z9 V! l% P1 b/ w金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
. z+ C: b' P+ D利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
( @$ g% I7 M3 `( \( J- X# h出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
3 I& Q5 u+ |& T3 p$ Q合氯化铝标准溶液。6 d$ h$ D3 |0 q( {8 L/ c
1．1．2 碱溶法
! q- R' |8 F+ u先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
* A9 ~- }( T" Z" y6 R用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法$ |8 A# t$ ~, d% F/ ]! I
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
, J2 G, @% R z! p! u+ m, H含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
+ J* H5 g! F& D8 P" J7 Y& ~- s化生产成本较大
5 D7 @1 N. k, v3 _1．1．3 中和法
# \6 { [& b4 a, H" ~, u该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别, H' ^& O; T! i8 `5 u# P
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
/ J( _0 c: w" v* H制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
' [) T: c( B9 }4 H3 r7 U物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
8 V- W2 \8 O. Y' t K1 j V: @铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分0 d& p5 x; h4 q9 g
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
" H' t% G/ E1 ] j把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得4 Y0 ~3 Y5 g# ?) u. y
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据- l" [# g: t/ B* u' Q: j
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。 |9 a6 s6 ^+ b9 @- {6 X
1．1．4 原电池法
) i, W; [4 H: V2 W% O- K该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电" I% q% h; U+ W" `2 `* X' ~3 R& r
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
- k m7 ^+ Y) d& b& S) q" L桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属4 B4 z# R; a$ @/ O9 Y* R- n G9 ]
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
7 s; d A5 A2 r* g4 p" m行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产, Y2 S( l$ n6 A1 o9 }
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
% ?$ a, D- u: Q拌，大大节约能耗 ]。
( f8 \ [5 R7 q/ x' ^* r1．2 以氢氧化铝为原料 ?9 y/ l- _1 L
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
% U, C- O" c- Q" o温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
0 l9 @4 q9 u1 n6 l0 U该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普# |1 }4 U" R5 P1 F1 K
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
5 \7 o+ A: }2 O, T酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度$ A9 m2 I4 d- G( m
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多7 A. w! s% w$ C* F o
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
# Y9 e/ A3 R. x+ X/ y钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
9 c |$ p, r3 T+ }质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制% A4 _" `+ L+ p
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝* b; }; g4 t" {; y8 M# g
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯0 o. ~2 ]* s: {( w; j; {
化铝。4 q! u# U9 K) W
1．3 以氯化铝为原料
; u9 O4 p( f- J Y$ ~5 n' ~/ v0 U6 z1．3．1 沸腾热解法
+ e4 I2 n: k# A! A2 M用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
( R+ K( W9 {' ^8 Z0 `5 k) @ x氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
& f8 r* r5 r* z6 T" N搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚& q5 f) v0 _6 ]& ~2 C
合氯化铝固体产品。
. F* \# b6 X) q2 F9 t1．3．2 加碱法6 @- s7 V/ j( E: m* _) P4 d
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下$ p7 |- k: K3 ], v
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，0 n& A2 z2 \2 g
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产, ]6 E, ~- m, D9 v
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
/ @% q) D9 p7 V- e* T! j品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
; R& N$ f, Z% P/ Q通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
) b, p. z) }$ L9 F$ q- u# rL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报: Z! h) c5 F/ e. _) }! ^ A. g3 a# f
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
; T8 U) s, {1 F& D8 y# t, BAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质" Y0 H5 l# _7 f6 Z h+ _: N# S* f
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐5 f5 h2 f) T4 }7 g4 a
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘6 U, A* |, S5 I; B/ l
量也不高。# V" x- x; x$ |; O) u
1．3．3 电解法# |; E& j3 A( S( i' A
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以6 Z9 ?8 w4 K2 y8 u; U
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在3 j" [8 ~! R# Q* d% C) g
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉( \+ c& X; v& x: S( u
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
9 O& a$ m( `4 ~氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
7 s' n* \' c6 @( I% E7 t+ `" Y/ m锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且, N8 p* b' N, b) `2 y5 H
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
* {. ~) a" F* ]3 R倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解' d7 A2 V4 `0 x; T1 U
过程中的极化现象。
X& z9 L% z: L! [1．3．4 电渗析法
, L/ [- Z2 N) Z$ |- P2 D0 }" u. \' k9 Z路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解; _2 X5 E6 _; f: Z) [& e
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁9 n* S d* {1 |- ^9 H
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
1 B8 b, {( Z( k室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
( J- l, {/ z9 y# r) M8 o* ]4 t1．3．5 膜法+ }- S- A$ o/ N- T X9 h% I5 b6 v
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯' M" f! [4 A. d6 B2 _0 ?4 P, d! a
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
9 }% d0 U# z3 ~. X2 x通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
4 C$ l0 k7 [9 y. \7 t6 @ ]/ oAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜% Q# @& z; D, e2 G/ N
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
# y; M3 S, @' E J以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化; B4 u. f% H9 _# d2 ?7 s. V: w$ p
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。, E* ?# ]- j! E) S; p* g/ @" }
1．4 以含铝矿物为原料' v9 t4 v8 K5 l, m/ S7 ^8 `0 D
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
& W0 Z) h; {5 }; Z" i# F, N铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主# Q! t+ |* j D( L" P
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这1 J0 K+ u+ H0 T
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一) v h8 o6 L% G6 d) {
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
7 ?, p, `. o }9 p/ x1 Z的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其. V+ X' `" |$ X6 G3 o6 C( @. i
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
+ T: o0 C; l- x5 b& q氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为, ~$ _) Y; d8 q) ]+ z! x% D2 Z, C6 o
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
! \9 E; D: f3 E* i! [, }3 f可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
1 A1 R, S, f! Q! s霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚 ^5 M/ Z" [ |' n, u
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
4 D) |5 ?4 b, i* j8 o, v一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
# ?3 E5 _0 p8 c- v$ E3 Z2 Z酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
" d8 ?/ Q8 D- s. Y! `生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较4 f+ r' H' p) V% y- M! F8 X5 i1 I
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残$ ?! Z( u/ f" |. e, }/ Z* {
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
9 F$ n" Q, D" d! a* L; ?粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
) Q* Z* z* @* s对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石1 g s6 t6 }% K- H# I
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
) r7 f0 G z) D" ~* U$ \$ R C溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越" B: q6 x9 Q+ M+ Y
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
D; F2 Q; l7 r+ c. e20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合0 i7 u( b! V6 }* @1 J4 g) V
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
$ v7 ]0 _% X" L- \: _氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝: X$ y$ S% {! U/ V; a
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
' e! j& h. r( M/ Y30％ 。6 @; G" P1 _8 S. P2 s8 b8 l
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法4 ?" p0 n# `) F, K9 Q2 V. G7 }
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
# \% w; N5 S. J2 M需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
1 G, W; F0 [4 R" C* B! D+ |其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
+ L! C+ ? T2 C和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备. w0 y/ _" S6 x3 Z
复杂，成本高，一般使用较少。( v' C6 U/ I s% N) S& N1 b5 L
1．4．2 煤矸石
# G3 W' ~2 W3 ] q/ [0 A3 F煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃# A. T9 K* \* ~. G5 u0 q; t# T: D9 t
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
7 j1 W4 I7 @) _# D0 a增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
7 s3 K' ], }1 ]4 S6 R料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而9 L( n6 i% {8 p, G' T5 z+ \
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分/ x Y! I+ J! }* F
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
/ `! B1 n w/ @7 h3 X" a5 l5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
/ ^! ?5 x/ M o* Q2 Z- U氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
$ g) s; w% t+ v; h) s" @已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
: e$ @) g0 A1 R( N4 H6 P. O1 `: @经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小2 w- j# R/ _, {; @6 { P, u m" W
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当+ y1 E% q) P2 x$ n) g& e
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
) W$ h4 X" T% `; H; g0 J结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
3 o$ _2 B9 U G9 [铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
* _7 b& v+ k& F l基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
% V) ]" L( Q! }原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
8 H7 A9 d# t* W# U1 r6 C1．4．3 铝酸钙矿粉
" X& ?$ @; O" P4 H铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温# M' O' q. r' I2 `7 G
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
0 }0 [+ [) M5 P6 l不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。# s5 \0 ? e+ V6 z/ O8 n
(1)碱溶法# ]8 ?$ h, o# ^4 \
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
1 B3 q9 y0 k7 w5 ?( ^液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
# s8 u2 g) u. |在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH" b6 Q, v4 o% X% M/ C: q. m
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
2 j* r: d1 f. ?; L反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会5 a6 V9 Y2 l B w2 W0 L; \' Z
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中: o) ^2 b n/ B
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
7 G( ] O( b; x" I* _7 J" W1 V X状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
- x1 G- ~9 K. B( y铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
5 \1 E& [2 L0 c6 Y7 h" |( P8 x生产成本较高[19]。& V! d+ `* O/ Y( g& |
(2)酸溶法
' t7 A) D- `1 F9 n( j# O把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
) }, \& [- g5 q. u; s: e熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简. N0 o- H/ H6 P" C/ D @
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不7 H/ z# [) g! G) Q! J5 l: G. u
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常+ }; e' Z. R7 f
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
0 i) z! k ?9 G! z+ X& W+ b4 x铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合1 s8 K8 C. E( w- D+ y; [( R. l
氯化铝铁。8 T y4 T) h2 D7 ?7 s
(3)两步法
) H4 s c' ?- r这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工/ `5 z9 @: A/ x1 k0 O! T D6 Y
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量7 f' v# m# d( K7 a' q" Q/ d2 a! p
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是5 X4 P1 Z- c9 y* p3 e! U
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。& }6 q$ A3 b' |% x$ \
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常' Z9 s5 o" h3 m1 x3 @ V
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
! d8 y6 Q" I( t铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回% S }( U2 l; q% V
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
/ J7 e/ w1 v: R, G. b) F1 h酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化4 P* p" Z: I9 {% b2 g
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚: ?/ A, @" F' @' |
合氯化铝产品。
- y" b' k% t( `7 {( M4 A* I X1．5 以粉煤灰为原料7 Y$ z/ S1 @7 R4 s$ C
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
2 H: I" q! w+ Y( y* C% C2 E0 D9 j7 t废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
$ y: v0 h# P# }6 |7 q活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通5 y1 b9 H( w9 C, z9 b3 \
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
! Q# ~& y; v$ ?! ^/ h5 O3 V高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有5 v' W u8 D5 d7 F, @
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸% d2 h+ k! ?3 I! I
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
+ M$ N, F! r+ q9 p& e4 p8 r* t/ r用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用. _" n3 w: v2 q! M; e* l
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化& k" _8 h8 J( M& w+ V3 A3 F$ m9 r4 H
铝产品，据称能耗低。4 o( s% E5 I8 [3 X
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
\; }2 }* ~1 d解决建议
7 W3 U' |$ {( @6 E' `我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随& C& Z5 N' L( H1 h8 F# g
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国; Z; R: s: t1 `. m1 k
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年， E6 N L o: H% F0 C7 q% c0 v: C
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最/ b; X5 H2 K e8 n$ M: l0 n
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
- k8 ^0 Q4 n5 N0 c认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
8 \# c/ F6 w5 X+ n4 ]' u面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
: V" B! H2 O6 R* Y* q6 ?, [究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度7 f& D: C" b5 Z: ^
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、" }* v# B, T: a. i7 i9 a, O' D z' u
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离& i! v) B9 ^/ N
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深. {8 W4 ]& U; y1 L
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
! ~- u2 z$ [1 c: f% m6 w以下难点问题6 _, }8 C; e8 B$ o& x3 t! g5 S
2．1 产品纯度问题+ y/ W# K2 G/ C8 Y$ T
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通* E* m. U, O' B) x+ V" j) C- x* J
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
* Q6 L; _' m, P( e! [) t1 f国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
) R5 m" |6 I1 u/ x- b1 |$ G产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝! F8 N. K8 Y+ ~+ f, X
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产' c6 U5 v6 w/ T! r r% E
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
. N7 u. t4 H2 G铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝% h4 g1 e. m l, X# m- A! ?) M' e
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需7 ?0 \) z9 X8 K5 ^/ S3 J- O
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
% i6 g6 | s( u9 m5 [. g产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之% L" H" A R( i: d; E4 X' t
一% D) G! n: |; {( z: |# k- k8 w2 ^
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
- i) r" T: W% T, S1 w; T5 N广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
) _! N! C5 U3 w1 d( W" [产品开发力度。
. D- E% y7 A$ H6 C2．2 不溶物的问题
; ?. O3 J4 r7 x h7 _国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了; s* D1 m$ v8 a R
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而! V2 S- n v9 o; { \# E, y) W
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
% Y2 ]" y! ~$ n s3 C" p; W; O成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相2 q$ z7 @, t, G9 S0 n% C1 D1 w
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
5 k/ ^& W$ z( v* V/ t# F- V不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
5 N9 V1 k# j: ?0 t. C& x决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
$ _5 J# w; P3 g" m: y! e果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
1 N! A8 U3 I7 d9 e也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①( Z2 U2 u2 e J' G8 `
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积4 B" _( f% T1 r0 K& J% f
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗5 C ?0 z5 T) U' o
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，4 {* z0 a' W8 [
通常会取得较好的效果。
$ z8 h8 `/ n( f% A2．3 盐基度问题
% F$ O+ U- Q1 d1 e7 X' H0 v6 f" z) I盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可: ~/ {! U+ R0 V: u/ |) W
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳0 b; |! V$ u, d8 V6 |8 `4 p `( s
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考9 F& Y% o/ F, s, G! c
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和6 E; p0 D& Y7 y. E4 u; i
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前4 }4 o. `' g q0 p
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。) l. q" x0 g* m C( s9 \/ Q
2．4 重金属等有害离子的去除问题
2 Z* W. \: d5 ~. A某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以" k" z8 d$ E/ Z" J; }
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
: z+ Q& r' z! c) G% t* Q8 A- t害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
] W" \* Z3 g& O置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
2 d5 \) f- R# ]" ]2．5 盐酸投加量问题' r0 d. g) S7 X' {& N# [. I$ ]0 n
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工7 Z* p9 J' n/ r
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
2 W& q7 T: [' c6 F+ _本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
6 h( }# O1 P: u1 L8 a. `+ u" _; l法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问2 O4 S9 Y% y/ e# H# S) x
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
% ~6 I( I9 q- I' K" s5 f y2 R发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
% w2 L% i( v* n. D通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率$ U: Q, e/ ^; g" l8 i6 \0 C) c
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度6 [9 F, w* e- F1 f
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
3 ^ y' U' f9 d& A+ m& C/ \" i' i3 结语与展望
8 T; ^7 f) }3 ^7 v/ ^聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产/ f! t0 P) |$ o
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水$ Z6 ~' R, X. w1 }: T
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上- J i8 x3 ^2 o' L; t
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
w( o$ x6 Z+ @ m# b品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产2 m7 B, s& |& E3 D5 s+ l j
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
/ N% I6 B) ^# N3 j7 J0 n5 Y7 R9 M由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
8 q1 O5 Z7 q% \用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
; {5 ?2 ?% X4 U5 c% s9 N此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、. y* N1 n6 M2 n4 I+ W( |8 ^2 f# U v
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用, G5 Z: y2 Z) ~! H
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
7 L9 l$ T8 h8 j" P( w; w* Y生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究( n0 R$ g9 o! p& {& C( N7 ^. M; P: g2 b
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
4 ]3 ^+ k; H3 L聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，! n5 ]* O' T$ i! {! G' O
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向. `' ]' m+ w! \& n! ~
是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复$ u5 |9 p5 P1 B/ i6 l
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
7 X+ g0 Z1 D8 }. L剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范0 U: l2 z. ]$ ]/ S9 }/ t I
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
% [4 P' c: I1 F& }子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内8 ? W3 V5 j% z0 g# B* }
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料- e2 a% b0 Y3 v- ?
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产! i3 D! v' p) s+ u& q
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点7 `+ _8 B, ?7 _5 j, c# i$ ^
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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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