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潘碌亭,束玉保,王键,吴蕾
9 p. P. o: @, y(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)
% P' u: `! Z( C. z; @/ ]& t在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固! ^5 P% C* |8 _, @9 ^+ O6 V3 f
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
- c1 N1 U& I* d9 {1 k理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用
( a( `. @) c' q+ }5 m水、生活污水和工业废斜管填料中。
8 F4 E% a6 q$ h# N聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮0 @8 Z: t# P$ w7 W
凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
9 X. t3 u& f1 f; G投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量
8 F$ y! @& X+ N% c最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉3 M( h2 V* z: v% U( J N. V
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH. I& L* d( t) F' t W p
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
1 B7 |$ U% v8 K0 @. L5 I) ?从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研( t, _2 |3 z$ Z% b' z! u4 d
发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
, h- ?2 Z* m' y7 g# b7 ?4 e4 E了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
9 h; o% N! `! p( r$ B度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
" u1 n( m2 p! \' G3 Q4 F3 h和探讨7 d+ |) ^5 U. n2 k' V; S! m
1 聚合氯化铝的制备技术$ y0 h" a; _% a+ } ^
1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
( {& l8 v' P& c3 O; i u6 _( D! }3 e1.1.1 酸溶一步法
6 N! @& n9 y# Z L/ v将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,
* U7 s5 r1 B8 c在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
2 U4 B9 } D ^2 Q1 J0 z0 D; f! B放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为+ Z/ ?- f- s3 h' u
放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,. S1 b- h% v* i' y3 u1 r
水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放: P' ~4 |/ d- B3 Y/ z% @' k* m% g
出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至# I/ \( a! W H U& i# [2 C/ Z' B
不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度0 N+ \3 w6 E+ Z- A( `, N; v/ J$ x
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
+ e$ L$ W- z8 C) y简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量
5 u$ H- l5 c9 O' r. V" M0 T较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设* D1 d4 Z" b( f- O+ J" [2 V
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重
. H% }# f7 R: n- C: u- ~金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
\% Q+ j$ K# T8 d, Z利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备0 n# b. K+ ]# z4 u
出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
' Z# M0 R9 n$ g合氯化铝标准溶液。) {& s8 `2 t T8 r3 p) ^! d: `
1.1.2 碱溶法
: f5 j) r) ?! q; u* F先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再
' d# e/ F" d; L* |6 K: z用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法
' l$ x9 w; Q2 M! z' e# E b6 w的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠' V2 A" l0 G$ e0 g+ R
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
2 Z$ f& h: J2 I; [: ]化生产成本较大: {7 J) p, \: p
1.1.3 中和法
* i& ^# @5 g$ Y# f2 \该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
2 W. X# c# z, d3 t% ]- E; {8 i4 e8 Q& x制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即7 u0 V" P. n- j! J9 K& D
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶9 ~4 Y# o& \# p/ W) J4 O
物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
3 Z0 e6 R# {. u' m0 G' a# G铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分' d9 P& v$ O6 r' Y: G
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再 \( N' ^4 @1 ^1 f
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得
: y; u3 [) D# g% ]2 n到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
3 f! j9 z8 T) O3 l称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
% i) i/ R$ V& `7 P. H7 m! B5 L1 }1.1.4 原电池法
+ p1 B- l6 r L该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电- t: f5 V9 u( ~# @5 M1 R0 U1 V6 t
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆
8 p+ f; E* y- c* N4 P桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
% W8 h6 f! V% h* y& X8 Z. u z筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进1 b% \2 D# |6 p* Q
行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
- z4 A1 e; i j9 H. x% l生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅2 q& G8 g: s1 f- E, j* K: Y% H O: B
拌,大大节约能耗 ]。
5 z, g: h" h( ^1.2 以氢氧化铝为原料
6 e0 O/ x) M2 m# x& W9 g7 @% j将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的4 f$ @! T4 O) Q2 p
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。
& Z) T0 |( F7 r该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普4 p7 {- D5 S) L/ q& p3 y: @3 K6 @6 j1 b4 T
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故" b$ u8 K* e# y* q) B; D
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度/ w' ?" w4 T* t4 U. [( A$ v
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多4 i4 J" Y2 \; S& ]0 s0 ?) }2 n
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
- W/ i+ j1 G$ E4 _, @0 f3 ?钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂6 G2 t2 K3 j) k- ]/ {9 m
质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制; L: z0 J2 y7 y( [' m
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝: t8 `1 W" l$ Z- F
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
- z$ n2 u9 Q W: }. s化铝。. P% z. ^% R' R0 D, |6 {' f, E
1.3 以氯化铝为原料
& `; ]9 s" x# W9 G! w$ Z% h1.3.1 沸腾热解法
9 G$ F, j, t. R( v" T$ T; x! o" x用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
; N/ @* T: T$ e. C氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水- m# p9 V4 E* i# q) g& Y7 t4 M+ O
搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚! |/ r7 Y$ O6 Z, ?, K* W6 M
合氯化铝固体产品。, M+ |- P* J6 c, P% a: g7 b3 }
1.3.2 加碱法+ ^% T S0 [0 B/ _
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下" r- b5 z9 n, u# Y$ f
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,
( b: C: T {& Y) I/ `% E2 ]' a, j反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产
/ n3 i& n3 Q$ X" y品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
1 Y0 T( {( M: Z5 i* [8 ?- _ M) F品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
& e/ z1 E, ^; s通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/) A0 j; |+ ]9 m3 h( s
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
0 Y+ y8 R! W! u道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到1 q8 \, g1 ~, x
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质" t9 [' ]' Y; j
量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐6 e8 o6 ]: N2 w1 u, H8 B9 u
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘
# f! R& z5 q+ ?2 U% P量也不高。7 a* o- Z1 y& I$ V+ a
1.3.3 电解法3 y8 ^ e2 g r3 ]- f6 R
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以, F$ Z7 M$ U6 L$ j5 D6 k* d
不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在; ?. w) N; v2 @! ^
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉
2 f" D% C+ C I* u9 Y& j7 L) o3 n2 F等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
% ]0 m, a( O$ A, R8 Z9 C2 U& v氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
9 `! f3 f. O2 B6 ~$ g$ K锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
/ ~ H# [# s( D, r( q% ^可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
1 ^& L( _# c6 P% n倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解$ [* _7 l1 z, B! J) Z/ [$ @ f0 ^
过程中的极化现象。2 t# p4 L/ l7 {# S+ Q
1.3.4 电渗析法
7 m' N4 Q" \ Z( ^路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
& \- E: N P' J. j液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁
' ^5 l b$ w. g+ V+ V) N板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应
6 v2 M* C" d" I4 d: Y0 c室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。
) }- A4 v% R3 ^! T3 ^8 q1.3.5 膜法
+ @( H( K7 ]( t9 Y! Z: a" ?该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯0 _3 q+ Y" w# c6 K' W
化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液( O6 G$ k/ O2 W! a9 ^7 }/ j
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得/ c+ x0 l3 ~1 }- t/ b
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
) X1 g$ ~2 h% [+ n" P制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%/ l: S6 U3 {$ j! ]; g$ x
以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化' _# D9 F" q3 _% C! M n$ e: z% |% I7 {
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
/ o. c# x( H4 j: P1.4 以含铝矿物为原料5 K) L$ \- g' I! q! K0 t& h5 `5 y
1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物7 C8 l8 ]/ d; Q
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主! H5 y- a2 s1 E) d
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这% a2 R: B1 ^) X. f" ?
几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一
" N' d8 e) {$ |( d般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等& E8 F p8 R# R3 l* X! ]
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其
4 J; a& ~( I' p) P分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
# H( w2 B1 X/ ^$ G- E: t氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为
/ u" k- n0 U1 r) @9 e6 B丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,: ]9 p& f6 [( \1 @/ h' ~: G
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。
- a; g+ d, V# h霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
\0 l) m, U" N% [6 ]0 ~1 o2 f; O合氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物7 Z2 E! t9 {* s- ]- X% n( K
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。+ c8 `- v" ^# S F0 ~/ R) f0 h. @
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
9 q. |# ?. l) j9 @8 r8 O' H生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
$ s" H. [1 @3 K3 Y; T: g3 F大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
1 I) V' N5 G; A6 Z& i2 {渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的- o# @, I2 s6 N G t
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需6 t; I" W# Z& e) d( T/ v. w( k
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石- u. Q g+ X. c/ H/ L' K. H6 ^# C
种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸
$ X- b& W! U3 B溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越
6 e- L% S. W& @& V* {# t高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为
: L3 p, V- ?4 Y+ x) z$ l* P2 J20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
0 }, h4 G6 P1 `氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,
# w- [) D8 v, f* O2 E/ o4 F) [氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝) E, b( R3 r4 W' r
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
' o8 N- m h6 q& U30% 。
1 `" m( F) m: Y一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法! E% `7 s! ~+ b- k2 O
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都0 i3 u4 |$ c9 h% Y( w3 t! U
需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或- K8 K5 l. o; Q; t% ~
其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠/ n( r! ]0 v, F
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备$ G( G* m" ]4 h% h7 P
复杂,成本高,一般使用较少。
9 N7 U/ W7 V f; f! J1.4.2 煤矸石
, Z A! [' ~' s$ V. T煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
, g; r9 a, [1 F' n, o物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧
! q, {$ `. M0 y8 d$ |增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
K; y( K! J7 m2 c! H料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而5 W. S& n6 F$ I5 x+ T# s
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分. f7 P# S) p5 M" ]
数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和( Q T3 v7 p$ y I, `
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合% K- ^: b2 T$ Y6 O! @
氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,1 C: h5 H" \+ B- u+ d
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石$ r/ T" w8 y( j& B
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小- I: W, n. a* ^+ e/ Y) w
时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当
6 z! _7 m* Q" v# B0 L) _1 E处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得' Q/ j- V$ ]& o B
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
]2 F( d( F, ?6 J铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐% s) X4 O' u3 Z8 l. n% q. N
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
# A. Q1 ` p8 L* J原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。3 v& z2 B9 b, r+ Y, H
1.4.3 铝酸钙矿粉
& q: c3 r0 Q/ P4 L# p9 o7 Z铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温2 }: t5 _3 y9 }/ S+ E8 w I
煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
* Z, ]- f8 u- j0 A5 _不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。9 m3 t) Z3 _. q- J: B
(1)碱溶法0 n/ h }: |# W& J9 y% S- m
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
0 _' ], f9 A' J液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后' B! B8 G: w( b1 M2 I5 i
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH
7 W4 w1 S* J* b6 s- f$ e1 z值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止. |$ s# i9 D9 u: |
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会7 t! [; G9 V8 A- f* ?8 F
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
! R" o- M6 I- ^, X加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
1 N3 l" G7 H; e3 k) S; q状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化+ g4 G% E: d- R3 Y( z2 t5 b
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但! q+ T; z5 Z, e- l4 [& |1 t
生产成本较高[19]。7 g$ w. N! S) J) O. E
(2)酸溶法8 `! M! M! V% ~1 }
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并
" k- X2 v4 \, [% X6 M- u+ Y& x熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简) Y! Z4 F2 I5 S' p
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
" `! o% t* L2 _7 D. m* P溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常0 a. @" t3 @9 t
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,5 ]- A, O' o3 }& M1 y5 j) q% j1 C
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
$ L+ U% u) A- X氯化铝铁。
% e. Y8 W* Y2 m! q" N; q(3)两步法
7 @, x1 `9 v3 i3 d# b. a+ s/ B( k这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
. m$ g0 u/ _/ h5 }艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量# Z$ }4 o1 i- G7 u* F4 P
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是2 {# Y8 E1 J$ U! l/ K8 |7 i5 @
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。( \; ]3 W; ~% g: A$ m/ d% u$ S
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
" m' [* T/ ~; \第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化4 h% W- i( v# C
铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回8 U+ W F3 {+ n& }/ W4 u
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝, x) O' L( t% R4 ?* E; I% ]0 S& \
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化) F* g6 T# M6 z8 _3 I9 K
铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚
2 _# q- e, P. T6 c1 l1 Y' b/ U合氯化铝产品。
5 V9 Q( W' S2 ~, A' j1.5 以粉煤灰为原料
: h5 b* J- Z9 A' T粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体! b7 G& l, w" i! D9 H! u0 T
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态.
& S; X$ G( A; X! {2 a, a活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通7 N' o7 C& g* N$ v
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性: r# a" M, [# s
高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有( m8 ?/ R6 x- t
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸7 T! t) F! @4 ?
溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再
2 F% a6 i0 `- V, j用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用8 q( O( `2 P$ l3 `( B5 [
粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化
* h# b) W3 y/ s8 s2 z$ U铝产品,据称能耗低。
* H) x9 I: J# N6 i0 n; o* b! l- p2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及5 I B2 S+ o# \6 S, D
解决建议) b* t7 n3 Y w7 E8 P# M1 [" d
我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随
& C7 c& `% W: M1 c9 L; n着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国( h- U) |( B! ~2 b
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
! C2 _9 _4 D% \5 y) h" ]3 k但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
: ?9 a/ w" Q0 C* z1 P. w4 z佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
0 R8 G$ _1 p5 e, r, z8 i认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方
3 |, {' n- B+ i% S, A面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研; Q' U% S, {9 s6 M2 |
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度# P; z/ r) k% P3 N! p( v0 I( o: ^
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、) C) x8 `) W; |! I; ]% ^
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
6 S/ I- @- j7 h! r5 ^! [ K6 G子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深
# \, {! ~0 i' }. F* p6 f入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
& S+ Q) l' C) Z9 c! H# d, t. i2 L. X以下难点问题
2 H0 q( c: C; _4 u V7 p2.1 产品纯度问题
& @) y! n$ E* z# p- a' A氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
3 r3 ~5 [0 }5 f L常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我
_) j9 c3 S+ D( W0 J0 @4 g国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
, k- X: p) E3 C0 I2 e( |产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝7 }8 b" ^& h! r+ A- t, w- O8 `1 Y0 `
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
; O# U7 A5 y7 ~/ H+ n5 y品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
3 p$ a+ w$ }4 V# Q A; C铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
& [( C+ ?5 ?8 D盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需( @' d5 X4 l9 N4 h$ R
求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝+ }+ W- g' ]4 \) O7 V$ x
产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之
8 o" s9 m T0 o, ~; E% V0 R一, G* a3 g6 x: n% B- k$ u2 Z3 w
。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推* A) N" y( _3 E5 X
广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新
0 t: @: P. }1 e0 A+ o7 N产品开发力度。: q( y, r5 i5 ?
2.2 不溶物的问题( C) t) y1 S' `2 M7 D1 T, H: }9 |5 D
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
7 {. y; Q' n3 [! }+ `明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
, G3 ]$ }# r9 t! O: Z: n6 U矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加
9 P! u0 s b1 U; F+ J3 J; ~成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相& T- N& W3 e V8 n
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
, |, m1 y$ W4 p不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
- V0 T4 E% }6 b6 r+ b' i4 b决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
4 |. f8 d F5 @! _$ _2 y* M果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
# ~: j0 W5 A& K T也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①
% x8 e' }2 a+ I7 P, G V! }( A自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积
. [2 Q+ y9 z* I/ u$ p小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗( ^/ }$ g4 P3 C, _: X
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂,控制好投加量,
) x$ \* b5 @: x. Q/ J7 G通常会取得较好的效果。$ h- o' ]+ u; E& [. O- C
2.3 盐基度问题7 \/ D! r& g- Z2 r
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可 Z' c- p) t1 I# B" h
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
" y0 t% b! j" k* l1 J' G酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考& i4 E* {) v1 \ C r r; F9 t$ ?
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和" n5 V& P* U. x2 n6 k
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前
) y; `& y8 g/ z+ }7 V$ e国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。$ D0 m' H2 ?4 p+ A4 U
2.4 重金属等有害离子的去除问题5 k; r. f% h& p/ N
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
9 X, O" ]3 f& p. F7 ?" i! i在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有& ^) E& s2 Z }$ S
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑
5 i0 d# L5 I2 `: A! x置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。( \9 v5 t" z( k. ~
2.5 盐酸投加量问题* @1 t @ s n
制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
: g1 ^ u5 T0 b+ e业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成; c/ C' R% k& Q$ F9 g$ c
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
- g- j9 D3 H' D. s- I法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
# W- s3 g6 u( ?3 r' F- ^+ u题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
( M6 Z* Q6 S/ j. x: `" m0 ~9 r发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
) {/ T" C3 @. Y, F1 z$ o/ ]' A通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
/ Y& } S! X$ o; v8 W% g. x% e4 i低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度
. b' z n1 f' ~- z6 Z. j低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。
! S J Y1 |# c; ^% O3 结语与展望* Y2 R2 t2 s* n$ N
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
! G# G# H' D1 P" ^1 v品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水5 e1 m6 U4 E' G( k' z9 N
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上7 ~: x; Q/ }5 ?
有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝产# ]' O5 Z8 s+ K0 x, {2 q+ ?
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产4 ~ H! c7 K J2 |2 j% Y4 }( {
品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
1 }- \' c: s* i4 k* y由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
$ j) { g% p' N* ~1 L ]用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用' b& a7 ~6 ^+ Z/ F6 i
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、3 ~6 R7 U) d$ b- P5 y3 Q% }* p" d
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用
; ^& C' B, D) a0 I8 H7 a! A含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业" q5 {; F0 x6 Y( D; C/ D
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究 b0 o L7 w. G5 D3 J m
应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产1 S, A" i) H& `: B( Z
聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,9 u( Z; y/ i( U+ f
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
9 m( c" M! J0 \7 N+ }' Y/ O: \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" h9 a& S8 ]5 b/ k8 b4 H+ e配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝8 G) x! v* `- T) Y* Z" Q. a* p
剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
( W+ i6 l, G$ q2 R' \围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离6 X9 a9 x0 y( ?8 j
子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内& j) u* [+ k* j) x. Z( @
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料: k1 P" M8 v5 ?1 n) E7 o0 E2 `
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产$ G g+ C) p5 Q/ c C% i5 l
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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