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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
' E8 f9 M6 R' u(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
1 [- }0 E4 u" v) z9 m7 i在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
3 n; o( M2 o* s* B& g, N2 U! B液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
% L$ T# u: w2 B6 G+ Q理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用/ E9 v8 J6 E2 m; N m. g+ x
水、生活污水和工业废斜管填料中。
, B$ _8 z7 j& ~6 |聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮# b/ {' E$ L; j, a
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代" r U, O! ]- v& t+ v6 e
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量: @' g3 G0 `0 E
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉7 A z/ x( P3 S/ D8 v& D
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
- |5 m+ B/ f2 _; d9 j6 T& B0 S值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国 g; f' t' w {3 n
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
. Y% g) G- h7 z# o发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到7 d9 C. q& t- K/ s: ]: n5 W
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角/ b z6 j1 F7 R+ [, W" g
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述
9 L1 E. \4 X$ i. _和探讨3 f J0 [ j! r" l D- ~3 i
1 聚合氯化铝的制备技术2 k! ?) K: n1 U. S4 `
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料( x$ z2 E' b; `5 S9 e( q2 y7 y
1．1．1 酸溶一步法
/ B& c7 S3 l( ~3 h" O5 G( R `将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，& J- d) n# t7 ?
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
7 `, P: d$ x/ c1 [% R" w放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
& n- e. \0 P7 ~: t2 ?/ D放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，( n, E6 J- o( f" W" g
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
( C" {5 F7 J% T! t2 `/ R- @出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至% e+ u5 T# F0 X/ H: `+ K
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度: X" h& A- u, ?4 r
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
4 F c/ k* @/ c% L7 Q( y0 c/ v简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
$ |8 O Z3 p7 L# J7 ~' w* e较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设! ^- x4 s" b& i' l
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重" h% k0 v! `* s( y
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?1 H: Q1 j5 U- t0 H3 s2 y; F) ^
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
# S% P& {, M1 D* I, M出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚/ N3 M3 J# t' N3 t, t
合氯化铝标准溶液。6 c1 @8 j+ K3 a0 e3 q+ p: x
1．1．2 碱溶法1 @- P s/ N$ A2 w: I, I% |: }
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再% r) ^' r+ h/ T, ]
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
}! p3 A8 d3 ?的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠6 ]" J8 }6 V1 G2 i4 E
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业# {0 P: a$ i5 c g% M$ a! S5 e
化生产成本较大
- {% F. k" G7 Z; G' @7 e0 F1 p1．1．3 中和法8 |% p% y$ X4 @
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
' O* D2 r: W) S制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即2 J) T: D. U! y' J6 h
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
' D0 X# U6 \6 T* W" }& c物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与5 |) g" s: j0 c! W7 ^2 t
铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
2 Y! ?6 P2 _! u, `& t% S% N1 y用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
/ v3 b' k1 m/ q" @" R' r( X9 x0 z把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
* R3 ^: k+ A8 ^' F! [! ?! I% H- J7 n" ^到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据7 P2 G5 {2 H! L: c
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
: C- K& Y: m% u" ^$ l# R& s" a! |1．1．4 原电池法" Q8 ?" t! X: k% F7 I
该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电4 O" Y/ h/ O% O1 l4 m/ m
化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆- U: D! _# f5 E5 e; f
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
; L3 Z/ M# C4 H- L' m筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进5 b( y0 Q }. o3 h4 b
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产) x; G+ y- t- `3 _
生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅7 L# P$ | Z7 z& Q3 ^
拌，大大节约能耗 ]。
" z0 p" U$ _% V* Y; O) B( y1．2 以氢氧化铝为原料
e5 ], K3 R% T E0 n+ P% \将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的1 c# s( K1 d' F9 {- p% i
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。) ~* d7 n. o" ^' z, W
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普5 E! X( N& n& Z" r+ a% E' M
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故; T: {; X+ J4 Z' t# u$ W7 Q
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度& b/ t0 P: C) r# [
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
6 V8 m. i2 O+ F: C* R. n提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
0 z! J8 v9 y$ o+ q/ T N& F1 A# W钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂( g5 {" Q! O7 A; d
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
, r: b$ O" h6 \+ y" R得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝$ H; o p7 F# [/ j ]" ?# v
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
1 J. M% q+ q/ o$ y0 P% C化铝。2 y9 G% {, J# b4 Q/ {( o+ G
1．3 以氯化铝为原料
5 L; S- u- G, N$ _1．3．1 沸腾热解法( ]5 H' `5 T2 M: A
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出# O4 ]( l9 N$ Z
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水
' c& H/ y( z; n) E搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚
+ _% @/ L! Z, F+ q8 o0 Q合氯化铝固体产品。7 j2 W& I- c. L1 u5 C
1．3．2 加碱法" ?1 l: A7 M: g
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下9 r" |7 ~9 A! j
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
, x: ~" V( F* z: L4 e反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产! {( p! v" y: @! A. [
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
( ?! A: l* ?9 R2 t/ P- h4 U' L$ F品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等4 {1 v$ a% a) l7 U: Y
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／
* q# }& w7 h4 X5 Z0 UL，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报9 v3 i5 b1 ]% n) L+ D* t( m8 _
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
) j: I" S& Q: `Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质% g$ w0 h% l' `( s: r$ R9 U
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐4 Q/ r3 j; i0 i
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘- x" H7 _, S( ^& C W
量也不高。1 ?, M8 a! s$ l9 y* ~% E
1．3．3 电解法! j, {* X J: B
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
0 J2 z0 `& x2 c5 y% `- t+ p不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在# Y N4 K& n ?: T9 K0 I# d
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉
3 \) z2 V( ^% ^1 e/ C) U等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
' F0 C% s; M& `- L2 ?氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何7 E. ]3 M8 ~! a5 Z& n$ S; C4 x
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
. Z: a6 U h. h' F+ \% O* ^# h# K可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的7 f* F% t4 b3 | T
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解, J# l1 f7 g/ l! [- P
过程中的极化现象。
6 ^. }! n& ]" n- C: ^; [1．3．4 电渗析法
- E! o! u* |" g* T* b" ~# ~路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解& O9 y% ~# V# b4 x8 q1 [8 y
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁6 _. i7 B% E9 n% r) E
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
! v. s0 K2 c) s$ {, S9 l; F; l室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。: _* }3 k( t- v" c, M& p
1．3．5 膜法) c( Y! v$ Q) {5 S9 m" q: a4 h. d* [/ Q; M. A
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯+ e; A) S7 Y) b9 H- X
化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液3 Q7 g# s2 ^! T1 ?* z" K, v
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
) F3 q* X; E8 h( \# tAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜) @$ ?$ d8 ~+ L+ X, M- e
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％' s0 G* {# l- P; n& d- u& W
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
" R* F8 l9 @- h6 v4 d1 d) B; P铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
+ W- p Z7 u, ^1．4 以含铝矿物为原料4 O( V% N, O0 U! H% m# w" @
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
# R* N6 `6 C [$ p铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主1 \. |3 t2 i# G& C- W/ t0 q! {: K% c
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这% |/ j5 W2 x- b0 {' x
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一* P5 O) y. A' _( F% e( v: g
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
2 d/ E: \* R+ D+ q% s: Z的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
* {, f0 |! l, E' v: X分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
0 T) g" J; ?! U2 k: Z; D: r7 o氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
; c, T: G8 ]# N丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
& a7 U5 H( R( H! U+ h7 j2 u5 \! N可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
# [, f$ _& v j5 V7 V4 }, C霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚2 H" T. O0 P) `: R
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物. T" j* e8 m f+ y
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
: Q, Y, g* R8 Q; {酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
3 F, q. T* |# T q$ l( O9 E生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
8 E' f5 ?9 X% Z3 n' S0 d; C. F大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残' p5 }% _/ O5 H0 y2 y1 b; J4 x( J
渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
' a" q1 Q, H* M1 T9 d* a粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需' g' { L+ k6 d
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石+ J" V& C5 Q- r+ `5 y& l8 \; M; E
种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸! z8 |9 m" k; d/ E! N
溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越0 L% |/ n% _1 g6 u- F1 n) E" b. f
高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
& t$ ~+ ~" \8 D9 @6 ]) ^20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合5 ]' V% J9 Y2 P' i9 J/ R! t# {
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
1 v) Y; v6 L! g$ ?! ~氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
, p5 r0 S! j0 B0 X$ m. Y8 x铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于! x1 J& |. ]/ k5 d
30％ 。- B+ q4 Z& r8 q4 e. z/ |) b1 b4 w
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
$ ~& n Q$ l$ [, W) S制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都0 y2 `/ _7 d$ q+ X; I! Z- Q
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
9 q3 ?' r! ? a: ?/ H, j* S. k其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
9 ~( W# x% t. d% @和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备- R; N/ Y: s1 l: O( S
复杂，成本高，一般使用较少。4 v5 }- u5 K1 o5 Z; O$ {
1．4．2 煤矸石8 M! V9 G9 _2 u: X. ?
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃0 F$ {0 l1 y( p4 j3 C8 ~8 u- o
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
$ _% d* ^9 m% m7 Y* B5 r4 W5 h增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原7 P$ a. s# u4 ]+ H8 ^
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而2 }8 C% `7 ~. ?6 J5 K/ a" c' k' c
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分9 y* w4 T- ]- p" q' ^
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
) }7 s% i1 X& r4 r! @7 h5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合) m' \0 u3 K* N$ X
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，1 W; y# w, l! U$ D
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
+ r3 H* s$ a5 N" z: ]2 H& Y1 |经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小7 Y8 C5 A; b9 C! a# X- B' R
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
1 q P. \. s9 z! L& @% P0 I1 E/ v处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
& |5 G7 R" R0 T5 s' x结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
2 C2 |# K! @. h J* O铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
5 m, j& N6 D2 I) {/ W% ~基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为: g9 D5 F6 J3 J J
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
/ _) X" b$ M+ d5 H+ ^' Z4 F1．4．3 铝酸钙矿粉
# j" G" w+ M2 ]; ?) [8 P铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
! d; L# \ |6 j9 J+ q7 a煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的7 Q$ Z% x" N, G i
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。- b9 _; ~. f3 b7 t& I& a* a9 T/ G2 w
(1)碱溶法/ n! C) R( Q3 d+ B! `9 |+ t
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
: W }0 D7 \2 }! P/ d液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后3 y4 y6 o4 W7 W3 E& g% F+ [7 x
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH7 c; E( k5 }9 }2 H" F) s
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
; @* s g. E+ p3 R反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
. J6 j0 n' z& d形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
) y+ B$ ?/ P" B2 }: Z$ o" x j; I加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠; d- K9 z. Y* U
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化 X% d) I5 M. Z+ v
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但: `5 g5 P4 Q: j. N A
生产成本较高[19]。! |6 ^3 N" m$ R
(2)酸溶法1 A% S$ [3 G e/ z( m' ]& d9 ^
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
' M9 `7 W4 H2 f熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
+ G1 ~) B) {4 s% B% r, `( C单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
3 {3 Q- j3 B* }& [4 i9 ~* s溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常7 h8 X7 G/ a5 Y% W- S7 `/ Q9 o& w
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，* i6 W/ _/ u0 ~7 X1 S- v# [) |2 @
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
' V8 K5 M. w8 h: ~8 M* b+ H% g氯化铝铁。
1 V F: {. o% @% v' s/ y(3)两步法
+ \; a7 }; t9 ^4 f A2 e, Q4 }, B这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
) e6 {* l9 L$ x! j1 B艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
( U7 C" p! U v% L, U# J# s2 ^比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
* i7 P/ o5 s1 T2 ]3 l把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。' f( m4 D. B' H _( K% z' C( }
这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
( k! w+ K, U6 A, K" c- y第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化
; A4 r) i* O- \5 n5 V ^铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回2 a, R2 H! `; [
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
% c5 R. _& x; B/ V7 z0 v2 I$ u酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
, S( U4 t0 \4 v! q, u5 P. b# p铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
% G( W1 V0 b( P' s+ `; B合氯化铝产品。3 f8 d% {6 R3 l' o
1．5 以粉煤灰为原料
; N$ }: z# v! s粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体" C- X" }6 _ ]
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态． O' U6 h) B. _2 f
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通1 e' Z6 f4 _& h1 z
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性4 E4 S0 \, s3 V! m5 Y$ |: s
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
% _4 U( k8 o" ~4 A人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
# m! D3 {, M2 G+ Q9 u L溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再" m9 f" D7 W$ @0 X* N
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用- c" z2 R7 P3 S8 D5 F
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
# w p# d8 t" X* A- q* a+ }铝产品，据称能耗低。/ ?) X8 r# u2 j
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及/ X, {9 g$ C' U: N7 n; b
解决建议
$ P+ g$ U) r1 `我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
5 U6 f& r. ?1 R+ o" i" Y A着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
7 d" {& h, X5 f2 T7 N内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
5 N4 F- _, y0 @. n1 C' Y/ k& w但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
$ F& B s) e5 k佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
4 a( G0 K6 H; K/ Z# L- O认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方
1 d) p- d/ _, {5 [, @& Z! E面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研4 b; {9 ?! H. O3 y/ y+ d, l
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度; [0 _" W4 r2 h- l* J s# ?# ?: S
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
1 ^8 Y2 R, N$ S h硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离
$ x" ]( x/ g/ o' k' x( {. r子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
6 y( E2 n5 z$ m2 N入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在0 \6 \. u) m) u; V2 ~+ }
以下难点问题
' D& F6 H3 G7 ^% b2．1 产品纯度问题7 s9 L! I0 o* [8 B6 Q; |& w0 I
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通* G- K9 R2 ?! L4 a- \2 Q
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
- c, w3 G) g5 Y2 N/ j国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
' J/ M( L7 C C3 M1 s产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
, o! ~5 V6 P# ]7 a; y' h酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产* }# R* V/ Z* W8 P
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
( A. @4 t& X2 N铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝7 N, M4 P- O- `: t4 M
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需7 l4 A2 e3 w( f9 |9 \
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝. ?+ ^( V I3 J4 @5 o- A, b, w* {
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之! e) P5 Y' t& V* {; y8 {' j$ l
一
) w! Z3 k1 [4 z。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推, r" _, i9 \, m; l% u
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新! N3 [0 o' N q/ b
产品开发力度。 J+ H8 S2 t" e/ p" H
2．2 不溶物的问题
5 f! o9 Y* ? S$ Z' ?9 b国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了+ t0 p' \. {6 c7 T6 u
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而/ r# c: c' F! l& o% [5 }( Z
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
% S6 M( K4 M& ?成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
$ G; W; f1 j0 `0 c% C应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
# p! P$ j$ S8 e8 a. w' v) f! I不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解. B5 [ m) Z/ @7 Z3 B( _& q7 w
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效
, p4 D- V0 w3 o! ?) H- k- D1 T果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择! g) A1 v) d$ i, W4 C1 F
也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①8 r* K0 D+ i7 ?- ^
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
! Y, S m& r4 T& d4 x8 R2 A小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗! j( ]3 J4 K& \9 v3 v: u
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
1 S1 J2 H( A$ F9 m1 Y+ |通常会取得较好的效果。
6 ?: _, E- z( A9 X. g2．3 盐基度问题) P& \5 |$ `% S( n
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可: ~- i3 ]* }4 y @4 ~* z7 q4 d
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳, F' r2 {7 }' I7 p
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
3 S, M! |! x0 e7 u2 u% s1 m0 u虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
8 c" _' D# _5 Z, Q* E. E% o' e铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
; O3 |" c& I7 b2 d; M国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
' J' [" p D6 m5 @$ y2．4 重金属等有害离子的去除问题
; H/ H3 w1 V/ @& \5 e0 t# S, L某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
7 v3 X/ W( [( P% m/ m2 w) b在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
7 G6 M& e$ o; {' |( c( U害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑: K: N- Z' |- g6 B
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
- e( }0 ~" q8 D6 G3 H' [" K- b9 @2．5 盐酸投加量问题4 I7 _# ~; e4 K5 z+ a) E; ?
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工. b/ b# L* Z# ~8 v0 f4 O/ W2 o3 m% d" f
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成
( {0 g0 f: }4 t& k本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
* W8 [1 y, x0 F; B( d2 o法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问+ d) w5 Y! w: E) ^, X
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
n4 S1 Q/ p- z0 O: |2 e发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数( K9 F8 s* }! H$ G
通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率5 k& a4 `: R7 P( U# P# X0 I; x/ f
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
' T" z4 _( I% {+ p低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
! c# b4 R3 Q: @" V/ @, d3 结语与展望
4 O, e1 k; x- x; i+ r& H' l聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
$ p9 ] N, t3 n# G: m1 `! l7 ?$ t品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
" a# A+ C2 _/ F7 C9 V& ]7 S处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
* f5 F" R" I7 l8 Y有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产; n1 O3 i) \" L- u @+ J2 G
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
9 j0 k1 z+ h" T8 ^2 H$ S1 }品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来8 h# W; e3 H4 L7 z& O
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
- O) v- z$ o$ v' J+ d用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
4 A2 y5 l( J, L# u$ E此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
; K' x" s b: p. M4 S. x氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用* K! I9 z4 Q$ |( D# q
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
4 Q; f# g% q2 T) c( B% V生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
9 t6 B. j7 q0 k2 b8 E$ p应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产6 k, O, b# k1 ]0 N; H8 z8 F
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，( u+ o( X- z4 _0 U9 N
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向- @* s$ g( Z& h, 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9 a" A7 [: l0 m& k/ X7 } m$ B
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
; y+ `) r: \. @% n4 v7 ~) }剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范. d* \$ V4 p; X! h/ z2 M
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离: ?, f+ `0 [. ?0 b0 G
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内: q( y' ?3 i# d3 k" _
PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料9 Q6 W2 C1 V |6 w
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产/ x4 p/ x8 b% Y5 i \& W& M' P
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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