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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾0 n1 r- r. t# }2 t) \
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
( k7 I1 h/ n% ?: |6 j3 ?# x! T" o/ H在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固
- P( @: `- P- x) i# ?. v1 ?液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
: [' V2 D2 `6 ^8 h. b9 g! L1 B9 i" B理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用: X/ t* F4 C& ^; c% m" ^2 C3 }3 D/ [
水、生活污水和工业废斜管填料中。% g3 T! k; o) a5 z! Z- `: e
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
5 H. J( s4 j" R: ^- [凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代* o# \# o& {. U2 E
投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
; P( F5 L7 M5 I$ I0 t2 ^( k: A最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉
& Z. l- X! ~; d* U4 l淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH$ l7 A; p" f( {* [7 Z+ b( L
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国' E, m M# E- b# {) Y
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研( W! ~1 w- J' w; f% A/ m! [+ h
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到
2 r! J5 ^; r* g9 g了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
4 o# {; V) C T2 p. |! K9 s: n度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述4 n, h, Z( l$ c/ ~" ?. G" S
和探讨
, P. T3 r- f5 H/ p3 [$ @2 m4 ?4 {1 聚合氯化铝的制备技术
" J9 b( Y$ |5 k/ [5 V1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料/ {8 L% ~3 v% ~% \* a
1．1．1 酸溶一步法& f' ]; D& q. g
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，
. J% G" P0 s a8 D. W; M. }在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．. `9 P: e# n/ E- b7 `! q8 Q
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为" |# Y: A! P6 H) ]
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
7 b! [7 l3 g' q( H$ y% a水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
& T7 H8 Y; _0 ?6 G# y$ l# |8 R出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
1 U9 L* w5 R' K* t不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度
6 Z5 S# A% Z) ?7 w1 g至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺 O0 f ~0 u. o% |9 G
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
/ k k/ b2 i& r: n9 k* ?. N较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设% @% h+ P6 G& | J9 M
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
0 @1 P9 a2 `# c2 g金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
$ J: t! I: I; T4 O+ \# U/ n4 b& l' U利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备+ P6 n( N. Z) C, A
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚7 p$ _4 Q I+ U; J2 f9 d
合氯化铝标准溶液。
7 }. Z* c3 n+ }, I9 i1．1．2 碱溶法 s7 l: Z$ O7 v/ q4 W, k F
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再9 \2 R6 }1 o; o
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
; e9 T6 d: Q, P n的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠! I% x$ ~- h3 E) v& J+ `! a& t
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业' z! x5 Q8 K: l* [; t m; D( W, y
化生产成本较大( ~: K) k& O0 _
1．1．3 中和法5 |1 b T8 @) J
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别" v; T5 r5 I7 M8 v; j
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
9 R; d) q. |* N) u Z: ?3 `制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶4 K" D; S3 }$ F7 E9 k! Y9 I, J, {8 l
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
6 K/ P: z% \. g铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
& c/ @/ }0 j+ P) C& G/ O用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再' g. M- d! r9 @8 R( T. p) ]/ X: g
把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得+ Z5 P+ H9 P2 o6 x5 _7 C$ H$ ^
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据' D$ v1 D7 }) C9 D5 L& ], Q* m
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
5 M3 I4 ?1 A+ K) v, u1．1．4 原电池法
% E/ J* | A3 z# G' c9 e该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
6 @2 f0 J# p9 M: Y$ I+ j化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆" G- r1 _5 ~1 @+ {
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
9 |1 g$ b( U* S- N8 `筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进. ~7 L' c( A( O8 e
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
: ? }4 D8 m' @生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅! t! ^5 x" \( y6 I
拌，大大节约能耗 ]。9 m- o+ L! |2 h% N+ {( [# Q+ a
1．2 以氢氧化铝为原料
5 }: f9 F* Q% I0 a b [) a将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的! C! T* t1 B$ I
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
4 y1 L0 m. b1 D' O该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普5 [9 [ }+ m, }: s, ~) q. W
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故8 p# L% V: f/ @, n' z% \
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
7 m" O6 B9 H# J: A( e4 \不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多6 R0 _% V0 G1 N
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸) i7 `; {8 o$ p% t5 t6 N6 W
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
* \. e9 Q) Z! S' G: d' h# Y) ]质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
/ p5 L" `" f1 q2 j ?得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝
7 T: q* v5 \6 D- t2 R3 {酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
: t+ z7 W) c6 m) K6 x化铝。* w" R4 e7 E: L3 Z
1．3 以氯化铝为原料
, i9 [7 k# D2 g: y- W% r* ], y$ Y1．3．1 沸腾热解法' A# {3 T' _) j
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出' |: J3 T# t- F# U$ j8 H, y
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水 E* @7 T5 B3 R9 b- F! r% n
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚# z( R a R% z
合氯化铝固体产品。
7 T5 U, B! D8 r$ A9 m. G1．3．2 加碱法& f9 |9 h0 R8 F/ V: o
先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下& G' E9 p) [7 N8 E" Q" u3 Z
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，
: d; H' H# v- {7 P$ E5 J% b反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产
6 f( d* s* ^$ X+ X: U品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产- k( y/ u1 e9 q
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
, w8 H( U- u" o0 Z9 K) B+ i2 R通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／1 N& U/ F# Y6 A! t
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报3 x; l& D! o0 c0 g, o- c
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到+ L! M# |' t5 V9 p4 |8 J/ e
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
! }8 }& x; T: S' _量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐
9 j* _* N5 d# v3 [9 S& d滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
% w, @2 | \$ Y8 c$ d: G2 X9 p$ X6 J量也不高。: }& }. {2 j. s& p& T- z
1．3．3 电解法
# h6 y# S, Q/ ~$ B2 c* B该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
2 m k( J2 q7 i7 P5 u8 N, K不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在) q A. c1 X% O6 b4 v
低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉# }6 J" s+ B9 N( M/ P* z
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合. d- y+ J& s0 ?+ v9 y7 \9 N
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
/ L6 y5 b, |6 t0 {锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
: Y2 m' p: v( |+ c4 b- d3 C1 S可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
0 |4 ]8 b8 s' t1 H! D/ m4 v倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解; O& I- h8 T2 A3 l0 t: D
过程中的极化现象。; s7 n, i" m6 _5 [( y3 m6 t
1．3．4 电渗析法
( I9 ?$ E/ Y% y: w& r& @路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
$ G% T7 ?) q. ?- Z& p1 h- u液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁5 c& I" l- o. {! Y2 v! Y
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
& H. A S; A* h" ?4 h ?室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
( l7 G, v+ I$ V% I7 ~1．3．5 膜法
4 I: e0 U* ^$ H2 p% }1 b( Y: I该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
* C* ]" t; C2 D7 e2 y. s% S化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液3 a1 m: C. N. L+ E2 ?5 r' L, P; ]
通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得- |* Q5 H+ n# N: i1 C
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
5 c: b8 b7 s3 e制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％, ^1 F. z8 [ x9 O; V5 S
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化1 d/ s; D; O+ j. A
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。; P' n6 H3 I5 \. j$ t3 x W
1．4 以含铝矿物为原料- V0 |% d& K+ r; `1 }. f; C+ L
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
8 w! u b$ u. z$ i铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主: X$ M* V Z$ m) A: V
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这/ Z2 v3 U& y: ~9 [. g, I
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一
3 F( ^: s( ^% j% h7 Q9 H$ f& ], |般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
0 e% U% y) z! i. h- c的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
% o' F. L+ p5 _; r! V分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二
# o# `$ ~$ p3 n9 q( R5 T2 p氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为
" ^ d6 ^- `" _6 j4 k, M丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
! }* ? H% i; Z2 V可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。5 P D7 ~" R$ {8 S% z, i2 M
霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚0 S, h' ?6 v! ^( W1 e
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物5 M8 ?( `1 P, b
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
1 S+ b$ j8 m( M. X' s; m \酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。6 N8 `3 ~. |3 m" W' c
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较* t5 r# d* N! _6 j2 G* ?: J4 W
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
# p3 {+ |4 J) J5 V- |! p1 }渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的3 C6 u( ~. Q2 z+ K+ K9 l
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需
! D+ _7 {# o# o) ?对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
2 i6 O1 O& B) i* z, k种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
7 i, f, P& `: h- `- y溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
$ k# x9 Q- N, o" J/ @! y高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为$ f0 T2 N+ N9 J, V+ m. t1 H
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合' o4 l7 m' E7 A+ T" M
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料， O6 Y0 r; `7 L4 V" ]7 `$ z2 g# X9 V
氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
# b, ?& @3 M, _8 `% ?6 n3 T$ X铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于0 T+ ]8 ^2 J. y# d
30％ 。
( o2 X2 K; e, ^" w% M0 M一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法: z: I; i) R7 L, X" A, i
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
+ b- J9 H& _4 Y y3 F% {需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
* ?7 Y( Z. o) _7 ]0 \9 ~# [& l其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
( V( D5 C! J0 K! _& ~6 Y/ m和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
0 o; s* n: s, g复杂，成本高，一般使用较少。
) |4 s( x! B' U) H) E/ }7 x) }1．4．2 煤矸石, H+ w% F. y: g8 O6 h' B9 h9 f
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
5 @* x: W, t* a4 t9 Z物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧1 j' ~, F. a3 v2 t+ C
增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原& N3 H- c% `0 A
料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
5 m' M) Z; G4 L/ G" N$ F, t( i$ ]且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
* x% C2 i; x: {" O数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和
# e8 t# N9 k5 k7 \# N& @5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合7 j$ u- @! w4 M2 |
氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
6 e# o" f% I% u# O5 C, H3 I已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
+ O' q0 K" i& B9 g" T& x经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
4 q' D7 b0 J- Z, R0 S6 k$ s% P时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
3 Y% m* [+ \, B: i" V8 K8 d- n处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
- Q9 [( R8 t$ M: D) K3 _; T+ h结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化( U2 m! D! G: M/ X" K4 A
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
) X8 B& E4 |6 h/ l基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为 b5 H0 O j' u% h
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。: ~& T6 }, @: [* h: |- I( g
1．4．3 铝酸钙矿粉% V4 Q e. ^* Z3 V
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
4 \# w( C( Z- A% P; c! q煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的4 [2 N+ @# u1 H5 v, B( q/ ~' x, i8 Q3 P
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。# ]2 k. C: f q
(1)碱溶法8 q: c3 F; }+ R8 {2 R. d$ w* k
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶; V4 o- A6 j! |/ z% X8 k' |1 q
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
# U# a j/ B! a* W8 R# b在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
. j$ F5 @# j* h6 Q" I2 K值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止5 ~ ]0 |9 l h# y( R6 p1 z
反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
; r1 `# E$ O% V0 d* S- k' k形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
( Q1 k# F E% q加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
- f! f# p v5 Y; M2 \状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化; |% w- r/ {) W8 ]9 Y1 J6 p
铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
+ p* `$ M, j* m( G2 r% L- x生产成本较高[19]。
5 @* }7 y+ v5 a+ v(2)酸溶法: M6 f# K/ A: X% u4 A; Y
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并2 z+ L X. e5 G4 k7 c
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简
" l, [% ~' \$ I0 g: R单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
: J9 k/ a" u1 c溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常
a4 k8 F, `5 W0 j$ `. R9 U2 m- d不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，) ^# g/ X' H: n& |( G
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合/ H$ P; ^7 F/ Q& v
氯化铝铁。
: h% l, O/ y+ n: w N8 R(3)两步法
0 h# C* `& [9 ~9 o3 w这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
/ E/ n( g5 g: M {) V$ j艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量' q5 \$ k6 w6 j/ \& ~+ L2 y
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是3 `4 ~2 M% Y! z" o$ ]" G1 {
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
3 O, y5 }, k/ D% Z# M; K& C这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
/ k2 P" F2 |: _# X9 @7 i第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化9 N; ~: f& H) d2 `* T
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回
2 g& k. i7 |* W0 ~流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
% T; [7 D/ o& V0 a. z: b6 H酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
# L" {6 q, A M5 |* ]/ S铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
$ f% K* M- q! o( j: i; g+ e1 r, k合氯化铝产品。% e1 q8 C' c5 o1 {# _* @
1．5 以粉煤灰为原料. e4 B4 H8 [3 W( [# K8 E& S
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体3 d/ a1 n" c& Y7 M$ ~
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
% m1 z8 a/ z( Z: q7 V活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通3 }6 r- s$ _1 u: q
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性
V3 S8 ~9 M: ^- x7 l高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有$ D1 h. F$ P0 ^6 {/ {0 \! }
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
( Z, S8 Z; t6 ]) D+ }7 M( b溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再* q. R& g( M% u3 V4 I. x
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用: w' c8 I' q6 R: a+ u
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化
- I8 a; I% s* s7 P% A, O铝产品，据称能耗低。/ G8 O c$ C7 `# [2 s/ S3 t _8 A
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
& E" n; ?" Z8 _5 s. ]解决建议
: i9 L0 o, s k我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随
. H o2 s) j% C5 j% U着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国& l$ p4 y, E g) ]. I5 x G
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
0 i+ F i$ g" F$ D- {6 [但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最" L! l! i9 J: f$ P% @
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者1 D& }& b5 z" E+ ?0 w
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方7 o8 r0 w3 ~$ t5 G1 Z/ ]6 v
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研/ Q4 S9 H! s$ q+ z6 K
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
6 ~! S+ D! t. ]8 |! T+ D反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、3 A. @( y( C9 z- Y7 Y1 X$ R* n
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离* Q+ A0 d4 e" |% }' m
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深* Z- x8 t2 W x, _+ I* g T2 `
入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
$ K. ?& { s: z+ `$ x以下难点问题4 m: y5 L y( }* N# A1 c/ l* T
2．1 产品纯度问题
. i$ I" d7 Z3 W9 S' T: y: Y' P; p氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通( [6 q5 E# w& L
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我3 ^, j7 \- v% g- d
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列( Y4 ?. I" h4 b/ m
产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
9 I! E; q& Y' @( B7 k1 Y酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
, g+ K [+ K! i' v0 T9 a* o品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
+ ^( [% b; r7 C( Q8 c9 U铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝9 c3 J3 M" M4 ~4 ~
盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需, D) J6 [# }7 s" ~% I- \0 e4 b; u# k
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
$ L2 a$ G) H( N3 b' Y4 P& e# U产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
$ _. B% I& N4 V0 P/ o一
* U3 e9 g a: ?( T0 N。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推2 X' ~! F( k' [7 h
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新9 ~/ L7 ?+ G6 U: A5 G
产品开发力度。
" C$ z2 h$ M/ x; l. m9 I2．2 不溶物的问题
/ b4 ?8 k5 S7 f/ A% c& q国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
/ P* B; _* e+ A. r$ J& a明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而, K; O) G9 p2 t
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
2 s% @+ ]. K% F* b2 C, i成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
H1 F, q! f8 U6 y* x* _" {7 c u应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低1 w, l' `: G2 A9 V
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解1 K: d# `' A5 E8 A4 G$ \
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效 V5 G. h1 d2 A- a1 Q8 k k
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
; j$ U8 {, [& Z1 i0 I8 B也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①) c" b- B2 a; ~% _
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积
( z3 E) O1 E6 f+ s小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗" H* e6 [4 j$ J* ~6 K
高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，) Q7 k6 m- I2 {' b" h! ^6 }& v
通常会取得较好的效果。
+ h/ v1 ]* ?8 M8 U5 @5 w7 U& t2．3 盐基度问题! p3 O1 f N* c# `) w
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可$ a* {5 r1 P& j: G m
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳0 Z6 B8 f6 b# V- F. Q E& d
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考9 I0 t& e" r3 F8 K1 B4 _: L" n
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和/ a" C4 g- J5 A+ W5 b4 @5 O
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前! C* k* s4 C9 n3 g
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
3 Q E% a* |' A2．4 重金属等有害离子的去除问题
7 I! |& V2 ?/ A" z9 g# t某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
2 f6 Z7 S d8 g; L( V% i7 I在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
* Z4 {! a- F+ T$ V5 f2 R害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑4 y7 }! \5 z" V" j, X" g; d. M# Z
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。0 X" j& o- ~( D7 v
2．5 盐酸投加量问题
# F/ W4 y; t O [8 b制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
V9 D- \$ I: m9 o/ V& y& R业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成5 v7 \: O, v" O" S* s
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶9 M+ u9 Z ]! R- S
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
$ b9 O- E/ t- Q7 K4 n0 M4 m$ X2 t题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥$ ^* O8 i# w; I5 C {
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
6 U; O9 ~9 g6 Y5 k/ S' u通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率
5 Y. s P7 v9 w( j3 U; e8 k4 `低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度
3 R8 _$ G0 o% A1 o低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。3 q" m' n9 `5 z! p; n
3 结语与展望
9 B) ~, Z( H0 A% E聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
( ]$ W5 ~' }+ B; i" [9 R" \品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
~9 }5 v9 ~1 M1 n4 F+ W1 z# {处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上4 P4 ]1 L! v. u$ n S6 p
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产
$ e! m& ~% U- H9 q* N6 e: m9 X品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
0 M- p0 |% e& N* y4 t9 d品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来2 D0 l6 a+ _9 B" |0 r6 B
由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利) r& c8 r. v, t# T" q
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
* Q' r- [+ B2 y, \此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、
3 o1 L4 p' J; e+ g# M. S0 k5 F* w氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
- o) Z* T- v0 I9 q, c/ j) Y含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业7 A( S0 q' W, x% Y% ]$ L$ q
生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
+ f! f1 m3 V0 y8 }应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
. `# I& |8 R5 _" @聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，- C, z5 e' l; {3 b5 ~3 j
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
6 V. Z$ q1 e" ^3 m1 H# {, S是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复8 `3 z& }+ j ?1 i( r( _( o
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝/ \" \) b" `) |4 j% [( N0 a
剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范- M! H7 v6 l& ?4 ~0 R8 c/ x9 ^8 G
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离! |" z: @! J6 o, {! G N# T
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
( E* R$ H8 E- MPAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
; e- O+ l1 n: ~* g利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产: W: {9 V* A0 k$ P6 X
工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
# {+ O/ Q) ^3 j* ^1 k$ t参考文献：
, ^4 Q t& [+ z v3 y; m[1]阮复昌，郑复昌， 范娟．一种超纯聚合氯化铝的制备及其DH
7 J* P0 \8 x: E9 Q: p f+ N值与盐基度的相关性研究[J]．化学反应工程与工艺，2006，
5 R" Z' G1 {( E j0 ?16(1)：38—41．
# k0 Y4 d! L* v8 B1 N5 @[2]刘春涛，马荣华，李莉．废弃铝箔制备高效锰砂净水 石英砂净水剂及其应用
" j& `1 [; g z# ~0 E; ?. Z2 h[J]．斜管填料技术，2002，28(6)：350—351．
: c- r, s4 J0 I9 o) _$ Q[3]李凡修，陈武．聚合氯化铝制备技术的研究现状和进展[J]．工
- S$ @; s# a h7 V. v4 f业斜管填料，2003。23(3)：5—8．
0 f, ?* M: O. f# {, i6 R8 B! O& x: I[4]晏永祥，陈夫山，栾兆坤．高纯聚合氯化铝的制备及其影响因% R0 u/ {0 t, G' f, t+ D8 F% k
素[J]．工业斜管填料，2007，27(2)：57—59．
7 [7 h9 u! T0 O[5]赵华章，彭凤仙，栾兆坤，等．微量加碱法合成聚合氯化铝的
, P; u9 g5 `- T* J( i j改进及All3形成机理[J]．环境化学，2004，23(2)：202—207． T6 u9 I5 x! Z, t7 v
[6]Akitt J W ，Elde~J M．Muhinuclear magnetic resonance studies of% S* T% a+ W- h }& S
the hydrolysis of aluminium(Ⅲ )[J]． Chem Soc Dalton Trans，
! w5 i4 o5 x2 Y) e/ i, e" k5 ^1 P1988，19(6)：1347—1355．. Z- M! x7 c2 M; j' Z+ I3 x0 x2 e
[7]Kloprogge J T，Seykens D，Jansen J B H，et o1．Nuclear magnetic: V* b! z+ C. C# @/ u4 A9 Z; h
resonance study on the optimalization of the development of the A113. H% l1 [% b$ X `# x( l
polymer[J]．Journal of Non-Crystalline Solids，1992，142(2)：) G7 w2 U+ |0 v. p8 A& M) q6 F8 U
94—102．
* B0 E8 X0 N+ o[8]Bertsch P M．Conditions for A1l3 polymer formation in partially neutralized2 m4 n( E+ g8 P2 Y3 J8 ?4 e
Aluminum solutions[J]．Soil Sci SOC Am，1987，51(6)：
, M, Z4 M m; K, t. f825—828．
2 S8 k* f1 T6 ?) S! H3 M! `[9]于月华，柳松，黄冬根．聚合氯化铝的制备与分析研究[J]．无
) Q7 a; e k9 ~. P# I机盐工业，2o06，38(1)：35—37．' I {4 i- G# }" B3 u2 \- z
[1O]曲久辉，刘会娟，雷鹏举，等．电解法制备PAC在斜管填料中
+ e! `" y+ a7 W0 x的应用研究[J]．中国给水排水，2001，17(5)：l6一l9．
2 z7 f1 U" z! |# @' v6 i[11]何锡辉，朱红涛，彭昌荣，等。电解法制备聚合氯化铝的研) O; s$ h$ V* a, G2 i: @
究[J]． 四川大学学报(自然科学版)，2006，43(5)： 1088一
( n+ N3 w0 r- F$ h {! c9 _l092．$ B) `) i) B1 u0 ]5 A
[12]罗亚田，皮科武，钟春妮，等．倒极电解法合成聚合氯化铝. `, u' A% P. M5 f) k/ J8 e- u* d
聚合氯化铝[J]．化工环保，2004，24(2)：145—147．
_4 A% U0 i9 x, C[13]路光杰， 曲久辉，汤鸿霄．电渗析法合成高效聚合氯化铝的
% L8 ~* h V. v7 P* M3 x研究[J]．中国环境科学，2000，20(3)：250—253．
, b+ S3 C& w+ L' G1 h- j8 ~0 k( ~( I[14]彭跃莲，刘忠洲．超滤膜的一种新用途— — 制备聚合氯化铝
& |' P% ^5 s! Q, R. H2 N聚合氯化铝[J]．膜科学与技术，2001，21(3)：37—41．1 V& H% v/ ^2 j, ~, G
[15]张健，贺高红，李祥村，等．中空纤维膜法制备聚合氯化铝
8 x9 e0 _7 ^7 g F8 c的研究[J]．化学工程，2007，35(3)：71—74．7 @9 [! d3 |4 ^5 w6 v
[16]常青．斜管填料絮凝学[M]． 北京：化学工业出版社，2003．
5 `6 X3 ]* {$ H0 Y7 ?) C% u77-78．
6 L: I' ~. I3 U; a- O7 b[17]胡俊虎，刘喜元，李晓宏，等．复合型聚合氯化铝聚合氯化铝铁0 X* I, x# w9 N9 q/ x
(PACF)的合成及其应用[J]．环境化学，2007，26(1)：35—38．: K) S4 }1 `% _' \, l5 C1 r
[18]马艳然，于伯渠，鲁秀国．从煤矸石中制备聚合氯化铝及其! W6 y# ^ p1 D6 L
应用[J]．化学世界，2004，(2)：63—65．
8 Y0 G3 A' T" Q% Z/ i[19]李风亭，张善发，赵艳．聚合氯化铝与聚合氯化铝[M]．北京：化学工
- W0 `+ i5 B7 p' f/ |5 d. G; ]业出版社．2o05．45—46．" D9 L* Q. e% W/ ?
[2O]郑怀礼，张海彦， 刘克万，等．用于市政废水除磷的聚合氯7 Q% j4 B7 g+ b) j7 S# y+ }9 K
化铝铁聚合氯化铝研究[J]．斜管填料技术，-2006，32(6)：34—36．1 y! {. @6 \* g1 m3 ^" z
[21]董申伟，李善得，李明玉，等．利用铝土矿和铝酸钙制备聚% @2 p3 s7 r& R, k# [$ l( X
合氯化铝的研究[J]．无机盐工业，2005，37(12)：31—33．: L' V, c( T0 N K% z+ `7 q/ i. g
[22]陆胜，赵宏，解晓斌．生态处理粉煤灰制备结晶氯化铝、聚
' r7 _* r0 F D8 O! U合氯化铝的实验研究[J]．粉煤灰，2003，10(2)：10—11．0 K& U0 o& w/ j1 g6 l5 U$ `* q
[23]李凯，李润生，宁寻安，等．不同聚氯化铝系列的水解聚合, S0 p$ Q, X1 m8 W3 T9 b$ z; {7 e
形态研究[J]．中国给水排水，2003，19(10)：55—57．4 K3 f& A2 K" V; i3 }8 n
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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