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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
; g; M' `) ~% v! _% q(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
: s2 {" v9 g2 v9 j- h0 |- V% T在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
9 l6 ^) f: _! d& o( f& E. V液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处7 t5 q, y# h/ P F% Y! K
理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
& I( p5 n( M1 \% R5 J! P水、生活污水和工业废斜管填料中。
1 D9 x' \; u7 F- T0 \聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
V: i* Y9 n# d2 K& q) y凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
3 m- n# N$ i( d w0 Y F投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量, h1 @5 l5 J0 Y0 D! b, f
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
/ I* t" b" }) O- P! c7 W淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
# C9 v1 V! D. ]/ s, B值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国" k0 @, H5 E" q$ @) R
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
) T3 t7 W; A" v. |9 S/ m发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到: z# U+ I# E6 z' @
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
5 F1 T7 U$ P6 w, Y0 y; M- T) k+ G+ ]4 J度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述. u: G1 A* F* x9 E! v+ F
和探讨
/ r& ^- `7 i! `% W1 聚合氯化铝的制备技术( [' s9 J8 v! G1 z0 c/ ?
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
: v; e/ @# A& H5 Q/ d1．1．1 酸溶一步法
( V9 m( U) w% u2 g将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，1 \" z* S% U! ]) Y3 Z n0 I
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．* Z+ }) B, _% _
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
7 T) v+ |% M! X8 T6 E9 \放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，/ v+ S4 U9 r1 ?4 h4 s1 `& i M
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
0 }) f- O; o2 T1 b8 ~9 C, H出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至% l8 W+ e6 Q0 Y7 ~) B
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度. @* E/ C; V/ v& U' \6 |9 v
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
7 V; L) E0 [6 R$ y简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
4 G3 Z* t- ~5 [& c3 C6 ~& k较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设
: f7 F2 i; S( a r0 P" _备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重5 X# I1 b! ?) c2 v0 U
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
. z9 `; |3 @ _% |5 K; o0 W利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备7 i; G) C- C1 X
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚: M5 P, Y' _+ L& c# d( f) N
合氯化铝标准溶液。
5 X5 d. i. }1 s3 s4 X d1．1．2 碱溶法8 j4 r1 t& U2 P1 o
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再
( R8 w- v1 w* Q, a" N! ?用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
' A' v! e3 c9 M1 G# P k& i- {: k% w的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠, ^* e/ K4 Y$ y
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
7 O: \( G2 g4 ?化生产成本较大
+ B. ?2 R5 t4 l- c! Q$ H' X1．1．3 中和法7 ]' K* U3 \7 D3 q' ~
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
, A% M' v2 a$ J: `制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即5 a9 k Z8 f# `; ^
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶1 a+ x9 u* `* j# V+ S
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
9 q3 u/ B" i' n T0 @" c$ O% Q. r铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分: a, \; ?! e {( X9 a1 K1 m
用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再 T0 I" l" ~. `2 |4 e! i
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得. g9 A1 \6 p+ N; ^
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
% A# C, _$ j2 E$ ~" |. k$ o称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
7 [2 `6 y' W6 e' q/ t% D2 n2 U1．1．4 原电池法2 Q6 i6 J6 b! [( D( o5 N7 K- O
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
7 z1 q! w0 L+ c) }+ W. z/ E化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
' } M8 t* _0 Z7 c桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属, v1 F! g9 y3 g& l
筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
+ j# M" n% ~! l) f行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
0 S* n& y7 Y! w: D" C4 j/ s7 i生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅- X6 P& P' q0 ~3 c) V5 ?
拌，大大节约能耗 ]。
8 R% n5 M, {' U5 b5 m& N1．2 以氢氧化铝为原料. O( R$ q/ Z( c. C# a0 d
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
; }4 |" B" _1 a& v6 |$ }4 E温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
- K' V/ O3 }( i' x该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普4 m7 q6 { I! H1 ~. `, q! p
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故1 N9 _/ M% n m* S' _4 |
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度) D- j. G6 j) y( p( |
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多1 Y: W6 }2 h0 G: ?- ^
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
# R7 t. I' S" k7 d( h+ s. P钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
# P% D2 ^4 y9 G" `质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制7 x. X; o2 a, i( }+ y, L2 `" X& n8 [
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝/ `# Y3 B! F% U Q5 J
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
* ^* D* @ r. i7 }4 r! D. e9 g化铝。
( v4 L2 {9 X3 s8 \1．3 以氯化铝为原料. g! B- N0 _, t' n, i# {
1．3．1 沸腾热解法
" `* r' K J' O1 F0 K2 _- x+ C, F用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出2 }4 `0 w' a" \5 y- U4 j0 G
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
# A8 w$ N" A6 d3 F5 n3 M+ n搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚: Y; b. D- W0 Y4 W9 i
合氯化铝固体产品。& M0 A( n! Y$ F8 i- M# n# ]
1．3．2 加碱法# c: A# r5 J& ^8 f! I
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下1 f( `- G, ?6 I: F2 y) B( B7 e
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
0 @: S' S b! }/ D反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产3 [. T4 K( s; B0 y
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产2 g- h, a. |8 c) H+ |
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等. x# F$ {# K# b: g9 H4 ]3 _
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
0 |+ i: s) H! fL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报! V k' a$ `4 J# @1 `
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到% C; M8 A; \! x
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
. ~# X% N5 o9 z/ m8 R量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
) t' g) j) Q U$ h7 F. \1 e滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘6 e) E6 ^9 ]: e; P$ Y/ P" a
量也不高。. o( T3 W& w2 ~, @1 _
1．3．3 电解法
8 [( Y; V7 `6 N4 {) c+ @5 \+ E! b该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以8 A( o# x% z3 L' L! o
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在4 T M" ?9 j+ O. H5 q! B$ d
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉: C! q( [9 ]- B& P5 Y$ s4 R7 p* B' q6 _
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
3 c% e& p7 t! C6 i3 k6 {氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
+ A8 @9 Q( B5 d: g8 j$ |& k$ J锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
6 C* _2 f ?8 s可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
( L8 {0 z3 ^5 R! l% s倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
8 H- @" e3 ?% {3 D- \& V过程中的极化现象。
3 a8 b: [1 z |0 p$ R: y& j1．3．4 电渗析法, W9 |/ x4 Y @* D' E7 n* _6 ^3 H2 e
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
. p9 R) `. ^) z$ ?8 f液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁2 F- n" C8 j* a l* ^3 D9 i2 b K
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应9 _8 ?( c! N( \
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。2 k$ u, l4 q4 a0 u7 S2 ]7 L: C) A; X
1．3．5 膜法
8 Y2 n8 B( `) e7 _% q该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯1 {2 m- b/ \5 f+ @; r2 I) a
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液) a! v" K/ ^! F( ?! S
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
3 `% G: W6 Z D$ \& rAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
! {" P) m j6 T* i" n. N( G, V制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
6 ?3 Y! V6 p, e& C以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化6 i8 @, G6 _% f4 |0 M ~: \
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。5 ?, u& g* O( z
1．4 以含铝矿物为原料
; Q- v. z% R1 B4 U1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
5 [: e2 ^6 u9 ?2 P; e( Y6 F, P- o铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
" {) N5 a4 M9 M0 b a要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这- t: t% K* p4 H9 t1 t7 L
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
. \. O1 u+ b& p& ]( m般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
; P5 a, Y) f' j的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
2 T2 L' u2 q4 S2 R4 Y分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
2 t+ C1 a, Q8 I1 r( J. K氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为1 R2 B" O) {5 o w
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，6 c6 j0 i3 C9 s: A3 g) T
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
2 C. L6 [- }! J" h! Q霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
- h) K# B5 N2 _8 E8 u# [合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物" x$ Q+ V) T. Q% {4 c# @
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
* T p0 ]* L( V8 P1 ]4 ?酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。. m' t# M H" R+ Q
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较8 [% z! z$ R1 W d) @
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残4 z: i0 d' r0 m0 ~4 j5 f$ v
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的6 E3 @2 M4 W; W1 J
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需" S2 K' ~8 g; o$ j
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石0 s, U" [, I+ g- x
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
, B( U5 |, Q/ s0 v8 x溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越' r: O# e, n1 R1 Z' d, J
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
; U( B; c3 c! H/ ]0 g" b20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合6 u/ p0 ~9 T" W( J- Z) }
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
# C2 u8 ?5 h9 N% K氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝; W7 R" Y4 {0 d8 @" F' l; S0 b; [3 |
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
M$ _% @$ @, Y6 D5 h30％ 。# i6 C& x, g8 Q8 e" [5 j
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法) i! S5 j* c7 X) C
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
+ s5 g4 s0 I- b! @9 V+ V( b需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或# c6 Z/ S7 O" M1 g4 k _ Q, d
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
# d1 L& q5 W6 x* D4 R和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备. r6 U) N. ?- ^- D( I
复杂，成本高，一般使用较少。
& f) I. z7 r) o8 f0 [) g c1．4．2 煤矸石
. e/ \& m; c* E# J煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
* |; i3 ?- H6 {$ K6 x2 [物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
: X& e# l! L% C/ ]& R6 P增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
5 V4 B: l. i. L料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
; s% M* N0 ]8 z5 c, ~8 e3 T# B8 l且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
5 G, T( S' d6 a6 \# {, B! u数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和: I5 q8 o0 }; U
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合 t# k7 @: r1 Q: m+ d0 P# A
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，# L" ]) a; n6 k& x3 e+ ~
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石5 t- ]; ]& L9 u* N. u
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小" G* `: }2 Q/ q2 a. J
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
' H7 K; `0 d$ v, Q' U- R处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
. v* _$ v9 h4 |3 `6 a7 P结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
. j& g! y& M6 J& C铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
% h. ~% P) K) Q* h; k j3 U3 i. ^基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为- ^4 w, O* |. E+ @! `
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
9 M% h M: M1 ^- K% G1．4．3 铝酸钙矿粉! P& b( O. |0 m8 J4 |
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
3 D, Q2 {- x" l) n& h煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
- S; h3 p3 M& }不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
7 O+ T1 K* t+ |& ?" M3 O(1)碱溶法6 y' Q( ^; z J% v' T
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
& R) I! }6 N( @液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后 l# l3 A2 c( b+ Q6 T) n/ {
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
8 ~% w. V, {& V值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
' V( R! {: m' E P" k3 f5 g5 w反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
, U+ G/ X% F' P& x形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中. O" l2 C1 R. K
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠4 A( w4 w5 \2 w+ s6 f
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
6 T% @1 E* I, E% J: `$ q铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但' w6 o/ Z: y7 p# }0 O" N
生产成本较高[19]。
+ T. c' D- b: K) B) _& \) O# v(2)酸溶法6 l0 I' `+ n; Y' G, {7 `! o
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
( H$ I7 a2 x$ g% m6 z8 x$ V熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
. s* b, }, _- S1 j" i# a8 b单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
3 d# a* q* R$ _, E* q溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常! x- I1 t4 f- x" R
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
( m6 n/ y y4 O1 Q" ^0 ?% y铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
, m: p+ g9 z6 ^: D# l氯化铝铁。
4 }' Z. Y- P* h( B$ g) q O h(3)两步法# D4 X7 O5 }) Y/ l4 w
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工- _9 u$ D& M1 F, `
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
; u6 N' Y- k4 T/ E, w8 p/ [# f比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是 N( U* O# O& B- J' Q* e! y, A3 B
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。% k7 b% _0 |5 @1 {0 m* \
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
8 F6 ^2 H, B0 Y! u* @8 D- N第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化! Q+ Y$ R$ S2 Y/ }+ `. ?( h# r
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回5 d* P( B( w1 ?; x; U
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝$ S J( m6 E/ K- X2 I3 v( L
酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
$ e, r$ Y' }2 m# o* [: \$ z) N铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
& ]0 u! m( g- s' Z- B9 L5 q# P2 u合氯化铝产品。! k. c/ f( y# \4 F! _. A" g
1．5 以粉煤灰为原料
4 T$ N9 g1 X- Z/ L粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体
) Z3 ~; `2 |; p' I- u废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
: c* c* d8 \" t2 y; B活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通$ `( [: j# o, v5 H' w& y
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性5 t: Y( t) v; W' } L/ e: f+ q; c
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有$ v5 b/ Y# d& [' N* z/ C
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
5 Q0 q* |) y% R9 A1 }% @溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再+ u4 ?! ~2 \6 C w
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
& ?1 ]4 N5 s% F( G粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
4 E2 d% Z0 i( j4 |: e/ Q, _铝产品，据称能耗低。
6 q; d5 I* A9 S, h' |( k" D+ S2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及6 U) ]8 ~- _' E, G
解决建议
$ i% `0 P- e$ y5 v' p0 o7 F1 t我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随; q# H7 T. g" O- {
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国! |6 `# `: S7 j
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，2 H+ S8 T+ X% B7 s! L" k. c5 u- u x
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
/ J/ \4 B# c7 u* |佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者& ~5 M, }# U) K% {
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
! A' K N) e4 D+ v面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
+ S) {# B2 a j7 A `究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
/ e7 a( ?+ n2 @9 `0 M反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、' b. g5 o: | g: |% r% d, U2 e7 M
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
# M* D G# x& ]子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
+ m% E, k5 h! h入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
+ ~0 y7 `6 c0 P. {; e6 ~' [* a以下难点问题, f$ D5 x$ i3 @4 U
2．1 产品纯度问题
' J! N8 Y/ C. y氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通2 \' E+ E* ]; y( V i
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
3 N. U7 R. z$ W6 a0 v国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列0 \" F/ B3 a& L$ p! N" s( _
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
, _! l" m8 m+ G) ^, M7 ]5 J1 } \+ H酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产& W- b/ |0 F& N/ f8 m
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
" M% _3 V6 u7 R N+ V1 e3 B铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
3 P: ?4 @# e5 S盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需- V \! G/ I# e l3 \- y% P
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
* V! |( ~9 ^% J3 V/ U) J' E2 e产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之4 T# L5 d0 \# V. i; U4 f9 [
一- U# U0 L3 M5 H3 ^8 x( H
。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推+ ^ l1 m5 a; q
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新4 y! K& ~8 J) T2 U* z/ A0 m
产品开发力度。
: d5 B2 q' o. _2 e2．2 不溶物的问题, }% T' ^/ S3 T* a0 \1 z
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了3 }- Q9 I0 E: r+ i# A1 y
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
0 i. E; E& a3 h# P/ F# k0 a3 x矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
8 t/ ?: _1 g) L成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
0 u1 q; X7 ^( `) r! E+ [+ q应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
) ?+ e7 P8 b" ] a6 X; c. v不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解0 x2 {8 l) N: T1 X
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效& b5 G/ k1 p9 B8 K3 I c
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择. m4 v5 B; D$ m5 @# I/ e
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
8 b# j: ?( i! p: b) [" E自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
; [* a: m5 I2 I; N小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
& M5 ^" X) H9 q9 w) i8 N' o高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，& f( N- D" f- U
通常会取得较好的效果。
) Q; ^3 L* {! _2 M# O' z2．3 盐基度问题
+ c1 i% C$ h# R) M! D盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可; w6 M Z0 @& p9 A3 |
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳. l& [2 B0 M8 s6 ^+ F. T
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
2 r0 @1 T, g* U! J6 N& Q6 g6 ~: ^' ^6 C虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
5 c# d- R9 \7 u- ^铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
7 b8 z+ s* N7 y/ K国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
# r( U* `! L i, {' B8 Z2．4 重金属等有害离子的去除问题& {# A |. k, a6 w, J7 T
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以# L! {. n' E4 F1 `3 f, K
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
# C# I5 e( G3 D( p5 j* y% ~4 z0 E害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑+ D3 r, K" w% |: G" F
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
7 e* N1 C3 g$ \$ {5 q8 w) N& }2．5 盐酸投加量问题+ M- |+ {7 r. k7 T, ]1 k+ }
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工; x8 k" p% U; J5 `1 X. c! i) W" ^
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
2 @7 h8 y/ o* [) O4 O本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
& P, q. l& D* Y% c |3 `" T3 z法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问9 k0 I6 `; _6 w7 P) x
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
( m/ |/ d( F5 j1 U发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数/ o0 \+ E/ O- K9 U' U$ D, R6 Z3 U
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率: A& p: u6 }: z0 h9 X& X+ w; R7 ^
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
" y6 B+ Z% \: l低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。, _5 w v _( p K2 @
3 结语与展望* F3 ]: {9 r6 K6 E1 k9 n
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
5 _; _3 q% s$ W- S品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水8 r7 q1 Y! K2 v
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
9 c- i6 s4 d) @+ |" H% D, g' |有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
: T+ o" p& I$ u9 v- \$ }% F品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
2 e; `' U& h, x" G* Y0 S1 Y品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
( e# ]8 U5 x+ z* d6 j) G由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
$ g, y+ A* |! o' R/ ^3 o' s! R* K$ S用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用9 u+ p6 x7 [$ V. c( D
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
0 _7 L% R6 `! S氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
3 y: W) u8 f# }2 h U, M/ {- h/ ]5 F含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
# D+ r) H. e0 ^" ? V# ^! A" C! Z生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究: q3 `8 s7 V1 n1 r, ~, W
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产6 W3 y& B) u: T
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
/ J. `: I4 y" ~! @* `% {是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向: V+ N8 _ U; p+ e+ i4 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
% `5 \0 `5 [6 ~9 ^+ `配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
H$ v; i# t1 M( ^- I& H剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范7 r/ X5 U( _. j# R/ m0 g) L5 f
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离
) `: r6 R% x, M子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内! _- M# ^3 b5 V6 F! c& Y* U
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
8 T! R& G u; q( E8 B' E利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产' \9 r. K7 N5 O
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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" g# I% d' o0 `1 |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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