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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
! I6 ~% h: F! K2 {0 A- ?% [3 A(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092): Z- Z$ m$ Q% S
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固7 q0 U/ l+ q7 L$ A
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
0 M/ @) m/ m, Z( e. D理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
) M) d& r6 X9 x3 D水、生活污水和工业废斜管填料中。
# a3 ?9 R. z7 ~, ~9 g聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮5 s) e) i' u9 l; ~( X" V( \' ^' K
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
8 m7 C: i; b6 m; p) g. W% N" F" H投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量2 X l. R( ~# }% R
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉9 d! j# |2 a* g
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH" V' u) c |* o& f- `! p$ Z. J v/ K
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
3 l# w2 \( Z/ ^5 v0 _从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
" Z* Z* y+ ~5 H7 C发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
1 P4 O; Q: U l# _; S( V9 J9 R7 r t了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
( @+ v; Y) w" N度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
' j- g4 }/ e5 ^$ {! E' Y. s8 G( n和探讨* d3 M6 c8 @0 i. z' s5 e
1 聚合氯化铝的制备技术
& b1 d5 j7 h: H* U o9 z1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
$ x# u$ h8 c" Q" i `9 p1．1．1 酸溶一步法$ j5 N) M$ I3 H
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，9 M4 t( o, a* Q* r8 w. U! U, e
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
7 v9 ?8 n0 ?& H$ Q放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
9 G$ {, P& i9 w3 c3 p, v- S放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，! I% a) n% h! r& \2 [" F3 f* V
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放8 g4 h4 y( g7 O# y1 N3 M, O
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至- ~4 V& |* y, @# ]4 L$ x/ B6 ~
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度4 Q6 _& b# H z" c
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
5 ?, v& a: V: I8 ~- a0 P" h简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
, ]" M, L& S! N/ d较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设% I: R) D. M5 x. r* D2 _' d% n' H
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
' g2 H; N0 x$ t( u$ _金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
; b8 } m: @$ v! l利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备2 \% ~3 u$ h9 F+ D1 v& u, x: W
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
; T5 I, `% M) u8 I9 G0 G合氯化铝标准溶液。
# }5 x! O, o6 ]1．1．2 碱溶法
$ S( V) P$ i% w5 d6 z# \! z先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再5 l q2 Y3 i8 }' t. f# e" h4 a
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
: ~& M0 ^- @7 E的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠5 v+ o# q, B' J8 H* @
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
; z& S. `4 \ V) m6 A, J化生产成本较大 U* a% M; G! L. y
1．1．3 中和法
2 d1 K8 ?9 S1 l该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
- ]1 \7 V% L% Z% D5 U: ?制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即( H4 E0 j8 o3 O3 e/ w
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
; ]7 A6 q, [8 `0 g+ ?7 Z物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
5 Z9 f4 i& G% |* g2 K O, r铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分+ E: g# }( `: B6 @
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再, A7 W4 n; j C2 ]
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
; H' ^1 P7 L" o0 q2 o到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据/ E" Z8 _1 l i9 W7 E# ~" ]# y
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。, _4 c0 K8 w! f l& c% {' T
1．1．4 原电池法: r/ ]$ g# \" n" F) W' x
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电9 }( T$ g4 N' ^7 m* D$ B
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆' o3 @& I* n% k: Q5 ?
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属& \" i4 o) w3 O. E2 ^6 j
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进: T! a8 z6 ^- T# X% F! i4 t$ r
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
9 w a0 U+ x& A2 U0 G% _% r4 d生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅1 t* J8 L- w/ H4 @2 b8 @# V2 h% o& \
拌，大大节约能耗 ]。6 {: Z# \" _9 b+ G
1．2 以氢氧化铝为原料
" F# D) Z0 U* R" d" p, J; L将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的7 \! i; |8 M2 C- b3 s' _, w( [* |
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。8 ~( _% T& [! u; o* K8 t
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普) T9 T7 i2 p6 l8 A% E$ L
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故1 D; P- ^* A, N/ J: [
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
8 y o/ i' Y! m4 c) W不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多$ t. b# A3 {' W1 \( V
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸* ?) K4 J- Z) a' r+ I
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
3 a2 S, \4 p5 ^- k0 f T; I质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
9 p# M8 [' ]; G9 u+ f7 c4 A得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
# i3 Y3 W7 O# K* T* v) `2 |酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯$ x5 L n: ]" Z. a
化铝。
- R4 c I) }9 }- S4 p1 d+ {; h1．3 以氯化铝为原料
) }5 _6 ]6 p3 i1 i8 P4 ^8 I2 f6 t1．3．1 沸腾热解法
3 x- L% I' d8 F用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
( e: N7 q( Y6 o氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
% Y1 I1 O, o6 W; p搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
# @5 t1 B0 g- [& y合氯化铝固体产品。
5 d; j# k+ E8 c2 B# I! J% Q4 M& M& O1．3．2 加碱法5 Z4 d9 ^" [1 l5 y0 a
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
% k9 j& j; k6 Z强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
' w* D1 S; k, `, L0 u4 o反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产5 Z Q, A0 ~8 k
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产; r- ?: x7 _8 a& G2 d$ W- Y# u
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等+ |6 m/ ]; i8 U4 P# N
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
- l9 Z' f, M: O& q' ? FL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报/ r/ }& ]: x G
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
" y: k9 X6 P6 i% t/ L5 yAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质1 o9 S$ A% g3 B- S, J9 B' y) I
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐6 V: t- s) I3 D0 s
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
" D- _$ Y6 J" I5 ^4 F0 v" }量也不高。$ g% g* z# w( J0 l) p
1．3．3 电解法
8 e, M& `) N( K该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以5 E7 T6 q3 M9 y
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在6 d* g. Q0 d- y- F
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
3 c6 b$ r2 z5 r1 I. r等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
; p/ k* Z" |5 H! |3 m1 S% J6 |氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
9 d2 M# ]' b$ V1 z/ n; A9 B锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
. j/ E# A/ d3 G* f5 p# b3 ^可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的% a/ b8 L" r1 `4 h% G
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解+ q S5 p" v7 M
过程中的极化现象。) m! L j8 h. l# H1 h4 X1 Q
1．3．4 电渗析法
2 v5 y0 _+ v6 S I, H路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
& u: i4 r# z/ `# Z: K. W# G+ I液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁( b0 p) ^4 z! f
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
$ y0 E. R3 M `2 w室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。4 b. W! `9 r2 ~% l# V8 N4 t
1．3．5 膜法
3 `' j2 k0 ~9 T该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
( ]' W6 C3 k( Q2 r5 F' C化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
; g' L. g; Z! U9 B9 t通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
3 h; i' G; D. O1 u; E/ G" U& x% I8 PAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜: ^! q5 Z: C. I6 _: o z8 T$ n, a
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％/ q/ P# ?- L7 o- v& J
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
6 `/ Z+ e) g$ }* e铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。) R- S5 z y( l; K
1．4 以含铝矿物为原料7 m2 _: g6 |6 K0 A: s$ L1 m
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物- i' g2 J8 B1 d3 M2 ?
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主' b9 Y4 Y7 C' N! \' X" n: i, z, I
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这) e. Y( v7 L0 Z- `) M
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一9 P4 z" V! u8 _4 y, ` b
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等. N, ~ n8 ?9 r" S4 W3 \9 h
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
# c [" z& d3 @* j, y3 [分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二/ b! c4 P( t9 \! d7 \
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
* R7 \) Q# K. w2 q$ p U: V丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，' |5 i- K, C% n" _& I
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。$ L6 B& k/ b, U- {6 E( I" O+ p5 t
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
' r1 X6 w# r, `5 S. Y. U* z! W合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物; H% Y8 I# F9 ?, @& m
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
) R1 B0 e) z t% ~4 ~9 n2 {- ]9 h酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
! l6 L6 F9 S; K" n' ]生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较9 R7 a# Z) v& r; c" F
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
4 d( _. X* F/ N, O. h* J渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
+ u9 W% y6 n6 ~: T5 A+ a8 I4 o, |粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需9 L' `) d: s! c: v* X/ t Y( ]
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
4 R4 \( U6 D/ L5 D2 K种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸% {( D- O+ W; z6 x3 O/ G/ a, a
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
: d/ N, ^/ G2 \; j4 }( f+ t高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为2 h' {4 q# G3 f. D3 {# i9 Z
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
1 e% V% \# a( ]+ u! c, T氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料， A. o' }+ O, \( L( _) V) B
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝" v- V) `8 i) ~$ _
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于# s7 ?. K0 }: f# k. B6 @
30％ 。
5 @( {0 P |9 N J1 H& e$ P一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
/ b2 m$ E7 B, t5 a9 A) ^# y, F制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都/ M; Q' o! H2 q6 f" d, a# N
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
! |6 B1 e! E* H其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠! C9 f" @+ `/ }/ P/ p) R a
和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
' g; f5 g- X$ }1 ~8 P复杂，成本高，一般使用较少。9 _$ k. r1 ]3 I
1．4．2 煤矸石
8 B8 H* k$ \5 @) l5 R煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
0 U- ^6 \' N% ?" {- J& g物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
5 m/ E2 |" ^, ^增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原1 l# [; I. y, R$ W% W# s
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而/ F- b% z' o* L
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分6 G( r9 ?! @* h' H# T
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和2 `2 y- L- S |, y
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合 A, E W! V* ]. P' A7 {; \& `: `
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，" ]5 _, p7 M. F
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石- [. }( R U9 v7 X. \
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
# U; u+ E$ B/ C! W, O时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
4 i; ^+ ]" m r6 b* @$ b. M处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得$ v0 z" H6 F5 V9 S" d& _2 T; W
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
7 v' Z( S2 P+ @$ O# c铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐% G5 x" |$ v0 } r
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
( y/ ]) E) G8 O) m) q0 _" {原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。: _* X1 @2 d$ [' V+ d* j
1．4．3 铝酸钙矿粉( s/ ~% y8 p6 E+ f2 u
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温: Q6 M; q [9 m2 |" Y% _
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
1 l5 w" a. G0 q- G+ K不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
5 [7 |8 E9 J3 w# d4 ?/ c(1)碱溶法$ T o4 R: R0 ?. J0 Z" ]
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
; c2 } J. j0 W6 \: g. ]液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
% S, y1 K( e- p8 k1 @0 S( D& L在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH- y5 j3 J. j* u% C' i
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止1 f8 r+ a2 s% {
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
- s6 I' D* i9 [. h形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
# [* H% a: @+ M8 E- J5 z- B5 s加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
# h9 d$ [0 x: x8 t/ u% n状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
% `! O0 ?0 Y c) o9 M" Z铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但- v# t0 E2 W5 R$ [ Q' b0 G
生产成本较高[19]。- B+ U0 H9 g0 N3 K1 a. F! O
(2)酸溶法
. L& g! j! r; v把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
( S1 m t3 [2 \* n* u3 D$ T熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
- h! \, Y8 v; @4 n9 K' H单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
$ e3 j2 q+ `4 [8 p溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
7 ~' Q, d2 c& L' H0 q0 O- Y9 D不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
* i/ d7 e5 U9 k3 T9 A铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合1 _5 e( ~* m0 ~( S& O- u
氯化铝铁。/ G8 n1 ]0 q( Z3 J6 b6 F+ w
(3)两步法
$ _# I( F6 @1 l. v这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工/ b. s& t5 q' z' C& o4 u
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
) a! n9 u3 k0 g; b+ o9 ]- [比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
; Y! }& v9 u+ V, G8 n2 Q: n0 X把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。& `: o; s. \4 @( B* A" G! f
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
* Q& m7 K' N3 T9 x3 m& |6 ?6 _第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
) d1 }5 Q& ]; _; P. L铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
+ H8 K. R/ R1 H, d7 Z流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
7 s3 x @* o$ d/ z酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化2 B! w) N! t8 o# L2 d7 r& Y
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
9 }5 m6 a2 c$ G: ]( q$ g1 M合氯化铝产品。% n: U" b( i2 ^6 Y
1．5 以粉煤灰为原料: X0 f5 j% a$ I5 n& S" a8 W0 { J) c
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
3 U! ~& h* U. a2 m废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
- Z. f4 H/ C, |" s% S, k活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
8 k$ o0 v5 B- W/ z. m; K常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
! C( C1 |; Q8 W高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有. F* ^. v$ Q( S* p4 a. L
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
3 p( N' z9 f+ ? m/ N# T+ T$ m3 u! k溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再7 p3 q7 o( Z, q9 E. V3 V
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用# e& v9 @ b2 _% n7 F
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化5 S0 c7 {* i T4 x( W. u+ S" v5 Y, Q
铝产品，据称能耗低。' \! Y! H9 Z6 x2 h b3 E/ ]
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及4 Z" ]; J% C+ I9 m+ h1 [" b
解决建议8 o* t. `6 C, D/ Z5 [0 B
我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
& W! [# c# D! Q% G# r4 l着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
2 ~, f% [ E! g1 L* Q( ?内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年， g% d+ m5 g) o" n
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
. Y* T. K- g; R' Q/ ` {. g4 A佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者8 `+ T* g7 c$ W7 X* R; S1 T
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方/ L4 B2 a& f% g7 p6 }8 `2 O
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研3 g/ j3 E9 X+ n' D( Z
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度+ B( H: Z" U" g& B
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
& z) c) u3 _7 g- D$ c8 u" c硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
2 ^* {1 T s& O& \# C子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深0 _ ^3 T! C! z' G
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在& ~: | v$ b; u; i) `
以下难点问题; o& A: J/ K0 ~6 N3 Q
2．1 产品纯度问题
/ [/ P. r2 B# p, `6 U" s$ z' s氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
+ J( ^! c% @7 h2 {常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
/ V) a6 E! U3 E8 [7 ?3 Z! W国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列9 n8 Z. G* N9 {. q3 y6 i2 ^
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝$ y6 N5 g( S/ X* d& z# t
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产7 l, h' u3 Q: f) c5 |
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化! v4 u- h6 _2 w- u% O
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
' x- M4 }: z% z$ c+ R盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
$ u; o; R. i6 [. P! s4 r求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
/ l- M M) Z5 `& d* i产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
; o, P: }* N2 Q" Q一
. A" w7 v" d" q) ]0 p7 }9 ^。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推) N" d& j5 y6 K# ~- l# X: |" Y
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
' c8 R' ]% n( S+ v+ H) e0 {产品开发力度。7 A8 i9 [. s1 H! {8 |6 X
2．2 不溶物的问题
$ |; E5 _: P: [2 O# {国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了# p& B3 P2 [7 x$ ]
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
0 o2 O9 t6 k' |3 j3 D1 C6 T. \矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
/ F! I7 l q: [ K8 j成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
; o' a+ P/ k) _& Y应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
# C$ v8 W- h& u' A" f不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
3 a7 `5 U) g+ Y, a1 ^! B# G决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效# k# J3 I; |% y/ |9 V
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择3 y$ b( ?' @- s$ E2 ^2 M# O( w
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①& m( N. Z1 Y2 e( N1 m- X7 t) p: Z. a
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
9 ` N, Y2 q" e& x5 W8 b2 J& W# g小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗$ T; B) M3 c/ E B; m+ p9 p# s
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，" J, c% f4 O4 a b
通常会取得较好的效果。
5 I% s! {3 m! H# S9 C2．3 盐基度问题7 Y( X. n! N8 P3 A* L
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可& k" l. d/ E5 W
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
1 q: n6 O4 `7 h3 Y- D6 z酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考# M: j" {9 l( G/ }& I: B2 ~0 }
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和& S( _" {* Q3 h' `: j* n6 x
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
0 P+ P! ~) g4 }, g* t5 [! x4 r国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
5 H4 f4 ~$ U2 i; k2．4 重金属等有害离子的去除问题5 g; B! Z$ R% z2 `( P$ j
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以/ h9 P9 S% |+ F/ P0 ?
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有# S: A0 d C" l$ s) U. U" x
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑9 O2 W, i. d2 U/ d7 D$ A
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。2 P% ?. A- ?/ {, Y9 d
2．5 盐酸投加量问题
! Y; K7 b1 d- J3 s6 n! y制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
5 ^3 J5 a9 L3 r' \& |0 B- i业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
+ e; E9 M" D) O) d0 ~/ Y+ M+ ?本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶, B# w, _/ N- z( r8 K( ?+ B C' b5 y
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问6 i$ [$ G; [# ]& j; y) Y p! J3 K
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥" F. V& H4 w/ j% m
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数, L7 j# s( W. T, c8 I
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
5 `7 k" G5 p3 n8 L低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度$ X! E0 y( K9 f- ^6 W0 M( _
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
4 A' d: D6 `4 D. Y, o3 结语与展望' u# `2 v/ E4 W6 M- W
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产- ^# P ~4 {, y
品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水) S7 i4 Y$ a+ A/ | v
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上$ l4 W: u; e. a: |; E8 M6 M3 q
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产% W# E: W9 Z" O
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产! X0 v3 M* \* B
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来9 f& F0 @" A9 }8 N& E' o/ l* u
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利! [* G: G+ s# N( A: V
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用* W+ D; S. n4 ]9 t6 S. F
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、# P; H2 ]' D. U" l- R
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用/ Z* v. p; \8 [7 ]4 l6 z
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
4 E$ [& X5 [( N# ^生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究; z1 G1 x8 U+ ~$ [7 Z6 W% e' n
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产, Z- p, Y0 N* n' K* ?2 T, b
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，: D; `* W8 z) [% c6 E
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向2 p% ]. D! c: F# i6 T. |: a
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) k( P0 Y! |" m7 q: G8 j8 W
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
# }- f& U$ v8 S L* Q- o剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范
, k7 e7 [- i6 z X3 i7 m( n+ C围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
8 ?+ `3 w9 b" @6 k& ^% F: O子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
: y, v4 b8 D8 m4 c UPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
8 z$ G& `7 o& s8 a' ~利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
, E* F8 N: f) T) B+ d# |工艺，必将成为今后工业生产研究的热点7 K1 v {5 k+ x0 p5 C) Y9 q
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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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