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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
K8 G0 C6 `! J. P5 f(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
* R. K& t+ x$ S, N" P1 D5 K6 t3 Z在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
L( W' n& W5 l' k( I' I: |液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
( ?; W7 [& z$ i) S0 J$ G理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
: S7 |2 w0 U4 j3 n3 W5 c水、生活污水和工业废斜管填料中。/ @1 J W( N/ j6 j+ J+ n* o
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮: a3 b C" \# m
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代( m- Q5 h: H' g2 G6 F
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量! u' u% N7 Z$ U2 O& q
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉* W. z$ p3 I7 ~% u ?! u" h! x" y
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
9 g0 w) I/ Z6 R, ~. K/ P值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国7 L. {, w( k9 U! U4 b
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
6 V& p! f& C( i# J3 D0 O发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到" l8 T) ]$ j G/ b1 J
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
3 B, a3 G/ K* \5 C) g度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述! f& y( l( U' k$ r% |: U, e
和探讨% w2 Q T# U- t# z9 n! V) s
1 聚合氯化铝的制备技术" Z9 O/ l9 c4 i% T" O+ _2 y
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
( H6 n+ F. v( ^1．1．1 酸溶一步法/ W* h0 j/ b- {# b8 V3 ?! U/ i
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，9 R: L, |" k' F/ c5 p, m1 S
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
% E$ r9 v4 F* C" I% A; H3 ?, \: w放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为, g5 t: E" h& M
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，+ T* e, }$ U& y. q; p
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放+ q( i! o0 x1 M( K+ [
出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
# R3 E& o! a2 e% M5 g/ w4 ~ U不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
; d; K" P$ k& L2 c至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
. i3 ]# D" t7 B7 J+ t简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量) p; q1 z, c8 f+ O7 F
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设8 U2 {0 c6 Y* @0 N4 x3 I E7 G
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重 _+ [/ h0 y" l5 M& j
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
0 I! u4 B0 K, r" i2 d利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
( i2 `6 b' C7 K% O8 V$ X+ c出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚/ j% M$ Y# Q7 B* _
合氯化铝标准溶液。4 W' s) J! {1 |" o# o
1．1．2 碱溶法* `& I; u9 w9 i2 B/ x
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再! _2 T* O1 V1 w/ ~7 _* L! [5 a$ C# n
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
& X) `1 p6 R+ N0 {: Q5 g. v! S的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
* u* g9 W0 _/ F7 u含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业+ A3 F# D" R! f! ]
化生产成本较大; m1 ?8 {% N' y- b9 F1 V
1．1．3 中和法4 [! q5 R7 J; j
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别" s( i. Y/ l( a9 x1 B0 D" f1 V: a
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
( H! }8 T( t- X- z制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
+ W, ?& ?2 F+ S0 r4 q物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
' h, p0 v5 d4 u4 I& n铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
* f- P* \" C2 s5 M9 ~5 _用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
" K& @! \, [3 Y+ X1 s把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得! B9 T4 @" u% L$ [. R6 V/ O
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
* d2 U0 c- D( |$ h* o称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
! z: d1 X, b, q$ D1．1．4 原电池法
& N: e8 i1 n2 V$ p% e该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
( ^4 o: w: t2 M/ }8 V/ a% F化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆' d5 S- t$ h! I4 ~
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
) p6 d! B* \ d* b. ~0 Y* e* [筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进9 r* }7 Z' S _3 t% x/ K; `
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
; t! c9 `4 P' \4 X生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
% O* k/ C ~* q拌，大大节约能耗 ]。- W& _9 B3 \$ E! S* ^* C
1．2 以氢氧化铝为原料; h2 T: O7 j3 a* {5 T6 R; \& e7 x9 A
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
6 i; [0 h9 P* j3 U温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。! c2 }7 X2 ]% r: \7 l
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普$ U* c5 J: w6 Z7 ]4 r! V
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故
) d7 u. o) f9 G0 Q* u- q酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
: ]( U; R+ h$ g& {' L不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多$ {. G8 ?2 ~3 X4 K/ M
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
1 Y+ [/ ?' q0 D2 {! b# z# x钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂# T/ r; N- | C# P' S, n1 T
质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制3 M/ A- [/ f6 ]/ f6 c: ^ t
得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
* e( t% E" ~, N. p酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
$ }4 i* F3 K) W1 Q2 R; ^9 q, s化铝。
) z6 W" q' U5 z$ i$ F; Q4 t7 J1．3 以氯化铝为原料
1 J1 l# N" i; c; m/ T( V5 {3 S( ^. t1．3．1 沸腾热解法! V: f p6 w" O' Z: x- q
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出/ _: F- V5 H: L* `1 m. K
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水8 C. Q" v6 V( Q6 p* r4 v9 v) S
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚( \) Q" T5 X1 O8 K
合氯化铝固体产品。3 E, Z' x+ e/ a3 Q7 d
1．3．2 加碱法% T3 Y! h7 j( N% p
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下. q. a; }5 D4 a" z
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，: u7 h0 u7 p9 E
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产6 ~' W; E- D; U: X6 H X1 _
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
/ j! Q" v' Y4 h- a品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
8 K, u% P0 b6 m) a2 w( S& v0 H3 M通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／* q1 t5 b! R. Z
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
& g# b Q! J* T/ l道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到/ w2 r A7 w1 l, R3 D
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
, U, N3 X( e* x% G量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐$ `1 x% u9 l( H+ ]7 K3 m9 J" }
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘6 d0 O3 l3 b' ?; \) a
量也不高。' X- S: W9 A- [8 Z
1．3．3 电解法
/ r' R- D6 V* Q' g0 G. v该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以2 f8 H7 K- d3 p2 o
不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
+ T6 d1 _- W0 j6 o; C. Y低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉- ]. P, }1 N& r- j" Q
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合3 }* a: {5 v( I$ h+ f8 J
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何" _6 v0 ?3 s% g) e& o w
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且) t$ J# B" D5 a
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
0 p e; A! M! i倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解& @" X% ?/ ?8 M* Y5 ^
过程中的极化现象。5 L+ H3 W& T$ ]' g* e k
1．3．4 电渗析法
3 g+ T {( s. \- @5 `路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
* T; @4 _3 e' J- ^3 b- @$ l液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁
* o5 U' S) X; f板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
" t; V7 K1 O, g0 y) @4 H7 O* ~室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。% l2 q/ z$ t5 l+ M' v( h+ @" f
1．3．5 膜法
0 I' O$ H0 {6 E# a3 f该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
6 O) l) H% }& q0 _% q化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
. J1 y% x8 x# J通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得& T$ y6 T; q ~% J: _8 N9 Z
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜, Q( ?$ }# U0 {# J
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％: B7 \9 x- j- F& W) |9 d5 }& `
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化- p, e8 A3 C! M$ c1 g7 |3 c
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。* @: |6 R: [ \2 m5 X
1．4 以含铝矿物为原料
, C& ?9 H- c. T9 n0 ~6 ^( M5 T2 Y" `1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物; |, Y1 v( e: d
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主6 X' `3 G8 v* q# A5 d
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这% |1 p* A4 \5 I& c
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
1 E5 ?8 W; W G# y2 I般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
0 |! {: ?' j$ |* _2 q P) A的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
+ F1 C U; u+ S- @8 U分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二0 o# ^* _3 W) ?, d, \# W$ ^" }* G
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为, \! P$ ~/ E$ C1 Q7 G, |
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
3 D+ ?& q. C. b( Z可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
6 k3 x+ _* X/ _9 X0 [霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚$ p7 m2 `9 C: X. O6 t
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
: v7 g' D0 X8 ~一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。; m4 z0 K6 z8 d: S E% [
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。& |5 P2 V' ?9 r* E7 A6 f
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较5 o8 C% D; i) s$ j- s' a
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
- j7 d2 m' H- A渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
: O$ w) @+ z8 m# ` t& W粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
# b, }7 n* o' M5 Q! i A9 ]/ l9 |5 @$ o对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
6 E5 u2 f' A, k5 _' |种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
% E' n* ]! o6 C/ q; N2 a溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
6 d0 E7 j$ G7 V. g: W高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为
$ w- N/ [0 c+ i6 @7 n) |20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
1 V) q: [5 @8 d* C9 m: H/ R+ W% c( u氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，& m4 }2 H7 X& `. c
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝' y; g) {. D/ \* l! z, ^. K* s- V
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于* n; _7 V, t) }
30％ 。
! G4 R: ~/ J% b0 w4 G/ j- L8 a一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
9 A( ?5 i6 D8 b& Z2 X制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都( S6 N& p4 Y$ i
需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或: Q+ L$ E0 K7 f
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
3 a1 Z1 D9 n* c' f- [和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备- [9 s, B& X8 I' e# v; o( a _
复杂，成本高，一般使用较少。- Q3 y+ o+ n6 @6 d! V' {
1．4．2 煤矸石
6 w w4 h9 D' D+ d- F5 q煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃6 N: Z X7 ?) h9 K6 H+ C: D# `% e
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
2 h! D1 E5 d+ s增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
8 I+ j) ?) d, {料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而- T: T3 Q* N) s" c% k! @- I) W) V
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分 w0 S8 Y, b0 M/ E) N* o% ~; m
数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和; \0 D1 N2 K7 Q! k* I- \- g
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
; R7 B5 s" k- r1 r& S2 ~/ c2 Q氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，2 I& J6 z0 h C9 I$ S/ F
已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
8 T) u) J+ v0 u0 W2 b经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小; D- S" u1 @- o: }$ V
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当, B" H6 d& i# z) C$ }
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得8 P4 O$ G$ h- `: c0 Z; R
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
0 d- @! N; M* K1 @/ |铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐! b5 g" E' S6 W" \0 R& t$ n6 x/ h
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为 G9 H; r6 C1 T ^! U1 n# D
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
; f& D( Y; n, i+ n* |1．4．3 铝酸钙矿粉2 f2 P* u9 F" y) `, a+ P0 M- q
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温1 P. i- a3 s7 S1 [
煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
4 a. F" N; R# z) `5 u不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。; {7 _6 u* g+ q
(1)碱溶法: k# `& A. l9 ` ]2 u* V7 [$ Q a
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶/ [& A9 W% x+ B! C) j2 [4 a n9 H
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后' B$ a7 ?! P5 H5 |
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH$ }) h# [* x4 u3 F* M9 u
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止4 P3 z% l5 m( M$ h, _- X4 X. m
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会! V; U7 {0 H) j
形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中9 s! Q+ @1 V9 q1 ]& @! {1 Q
加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
: G6 T F: O4 z: C状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
9 x4 T* Q' M9 I n3 i铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
( x* J$ d2 H% Z. m6 f生产成本较高[19]。
1 n! V% \* e9 y, a. R4 y(2)酸溶法0 l* }' ?8 c8 P
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并; p; U: S9 H% Y0 I1 T! \2 o2 F
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
% J( U1 d8 o! O单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
! p# ?8 o7 E' `0 M) T: \溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
# b" V. T; o) w; a% p不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，/ R2 I) Q& V9 y" O
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合" b3 M9 h, S y! N$ u, \* H! z% w! {5 [) f- U
氯化铝铁。& O* K& R0 V) s. r' I$ v
(3)两步法6 Y$ o. j5 x4 h9 T6 B
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
' k0 J: f& b/ o b1 A2 w3 [艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量
: r( {8 ^; K5 e/ K! C) y比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是9 m8 S. `) y6 H# k* u4 \! a: ?
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
( L& u- `; }& N* f8 K7 \- M这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
+ X) P2 Q# m3 c# [第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化/ C" Y+ S k. N y* v
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
# y1 B3 f& E5 I* w$ y9 z流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
& i. y1 _+ G9 Z! t. W q酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
5 q9 |% P1 P. R; k+ i/ z7 n; o铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚" ]- Q# N, _" z3 \7 F$ }, U
合氯化铝产品。
1 h! Q! M3 _/ H/ ^/ ]1．5 以粉煤灰为原料# U% k9 k- i3 J! k; S6 ?
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体2 N1 `9 `- ^$ x, P
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．& }$ ?% q, a' q5 H3 C
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通
" o0 m) ?4 K7 S0 j, m2 ~8 T: R常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
) l) ]3 c4 A% A, c2 K( U1 q高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
( o8 h1 X* g) {, b- ?2 m人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸% i: p0 I. w& j p7 v
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
( W1 k4 q" V3 W6 C5 w9 q用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
( C4 @3 p' I( Q& S j粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化; `( R) E+ Q& y
铝产品，据称能耗低。+ h1 V, Y* c' K! m& R2 ]! y
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
# i N& L, B% D4 H) |" Y, }( y# M解决建议
0 e6 H6 R7 E7 b/ v& N& v我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随( m" M: C. G0 H% o" u! n: x
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国) {4 R. Z: p0 D0 z
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，2 o: c7 F- R' \/ b2 k
但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最) v# f5 ^, S7 U6 m
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
) z9 z d! P- x, l认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方# y0 k7 G3 q0 f
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
5 p: R! E7 x& ?2 d, G: H0 ^4 ?2 _究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
6 P2 D+ b0 w5 V+ P. {反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
7 J- u# c4 J2 @$ \2 _4 a, s硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离" d3 K8 ?3 ~: I! W& y# ?3 l
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深8 X3 t, C! ]7 F' G, H
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在: C* t$ @* J( s0 o) K- F1 Y
以下难点问题7 p: Z8 n T/ a X
2．1 产品纯度问题, a4 \. P' B1 N! q d2 k
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
9 i: u# B& v# E5 t& s常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
8 z. X+ `2 g3 [' _( e' p. T国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
6 x$ G [! |7 j产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
0 G- M5 e9 e( f) A$ c0 r酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产7 ^! R0 p/ l% @# k2 }. x( V
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
9 v& d5 o8 g6 f- p! j* w铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝. I' K2 e) K/ \
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
5 d; g7 T: p$ s! D: \# ~求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝/ g! J) f- o; G- p
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
# d9 y( a; \' t- L& M4 R一
! S, D8 F) g+ M4 ?0 {。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推4 C9 _1 W% M) N4 N' M0 I
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新% U# s. U# F2 c2 I# _% ?4 l! N
产品开发力度。( B( M' Y0 L( r0 o1 ]. {% x! {
2．2 不溶物的问题
$ ~ N8 a/ o" R1 r+ U4 X国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
6 ?3 y3 z( W, L明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
! O M( o4 M; T$ V矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
2 H1 u+ ^1 x: N. H1 V8 u: D, L/ J成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相) x5 C* m5 Y' ?% K+ B6 l
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
& v' \5 c: Y6 f7 Q3 G4 w不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
# w7 p' m. Y$ u; e( P# `决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效0 S& b+ l* T0 F$ \
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
6 B& e% m. a! Q5 _4 M也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①4 a4 q2 j, U. [# J; T
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积$ X8 r3 a; O8 P1 P) H
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
7 B! G1 I+ z" v高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，. v& n t' r) `# n" g; p
通常会取得较好的效果。
( m' U! S" s* d& g* L/ t2．3 盐基度问题( r* R$ X* \$ W1 ]5 u' \- L! Y7 I
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可: ^2 q8 r- ]3 f4 c0 a' C8 U: T5 f
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
% M# d, B5 {- A6 {" e) Y3 P酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
& }8 W# p! p! o" G# m' G虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和7 N) j! R7 ]: a6 `5 r% h9 Y
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前. p8 ~5 T& V5 Y e) U3 O+ P
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。0 b0 A3 }( m9 f
2．4 重金属等有害离子的去除问题
" \6 y! l1 g! s3 ]* y$ D( l$ W某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
: p' f; J7 d% A* Y$ R. u1 q Z在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有- x# n" _1 K8 }7 k
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑
. B( g" C) j, G3 n7 ^置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。
- p. h) h% c* Q' X, l2．5 盐酸投加量问题
5 s* O, F0 p/ J制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
& ]- Z: b7 v$ D" \; X2 J业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成; `, ~. Q8 c$ }. o- F
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶0 W" Y# G+ i+ O' ^2 n+ ~8 ]3 @; M+ l
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问% t ~/ c& ~2 m) P3 v3 [/ o1 o$ J$ m
题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
+ c8 e) P6 H- i* i- x _7 }- d发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
5 l$ v9 W l1 _% D" v7 f& ^% A: g通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率$ d6 p- r. {4 A# R( J
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度5 Q' G) f6 C3 u/ }3 u, V
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。% K2 K) o7 ~. E% {! b
3 结语与展望7 R8 w6 r; L# w
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
& ]! [, E6 g9 J0 d3 z! a品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
/ a# X3 _ ^, l5 T+ n+ {2 z. N& c2 L& ~处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上* c1 I: b$ F/ I9 }( X4 T
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产0 R' r5 ~8 b$ P$ z* @
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
7 I* d2 S6 |( s5 e7 S% |品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
/ e; f) C' m/ E, q E+ i由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利2 @' ?; \+ D8 y7 l: m9 p/ t
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用4 T( u5 Z6 J/ S' l3 z% e+ r
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
7 B" ^+ J9 B+ E" x氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用; k1 f' a# G ~2 u1 J# z
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业2 T* ^8 t% }/ F! T" r9 P; q
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究; ~0 W g* b7 }& o: C5 x* s" X
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产: u# e4 K" E. V( ]
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，
9 A" F' m- s* q7 O是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
* I. b( J6 j) C* j* D% W3 k# b是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复* O. S, P }# D: U) L$ Y
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
; r7 b$ \. g* Z! d) U. g# l剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范( p8 o( G$ T* A0 P) |$ H: O8 A3 _
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离. z7 x( e$ f; x& j+ V! u, s2 K
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
, a6 s# n+ @ VPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料& ~! a) A0 |6 u$ g" d {8 E+ V
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
1 I ^+ x; `7 c2 j# q0 g% p工艺，必将成为今后工业生产研究的热点' v& j- J+ U; {1 _4 z3 L$ F
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7 U% y `0 y+ p# _$ ?% P& M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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