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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾
9 n& x& J7 ^- [(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)4 C9 Z) l9 j7 X5 W$ L' L" C. A
在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固% L- {; S' }* T. ]& q
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
1 w/ x. P. N) j7 j! E理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
1 j( `: X, y$ u" B$ w水、生活污水和工业废斜管填料中。% ^6 q5 R& M& x L- U. ]. X
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮4 r' x. g8 d0 }2 }
凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
: S( M9 S$ j) D& o投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量
2 r; ?9 R: t/ [6 `/ E' a最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉$ @7 j T/ t2 b- ?
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH9 F- G @/ E# q1 e, l' x
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
9 v& @! h" s) c( C; k从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研6 ?' X, I! x1 u2 | v0 h
发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到7 l4 }* Z5 U; H4 D) C
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角 ]9 _6 P, w& f9 n2 q, e
度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述 N2 i2 Y( m# v7 q, l8 ~% o! Z' c& ?
和探讨
* W/ W* f5 D8 ]9 X% _, R* B! D1 聚合氯化铝的制备技术2 W/ T0 J# j2 i- w
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
/ P' B: n U& u9 k+ K1．1．1 酸溶一步法
# G& [0 x- s1 t: v将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，4 I3 Y3 m7 l" h0 {4 |" t, T9 J
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．6 Y% O" d6 Q, m2 n4 Y& p
放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
! B# {0 C# Y. T* u: S放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，
, B, o) ]9 n) ^+ ]' C水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
' M: \" g9 w# f/ s' i$ z出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至/ J/ `9 O. R( S- i) L' l+ n S* Y
不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度5 n& S0 a4 h, A% S# `* ^- Y
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺$ v: D9 V `; k7 `7 ]# f2 F
简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量& P3 N s, l! N' d6 }; l
较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设1 f% s/ p% g- ` K6 R5 P# k* M
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重$ r+ G, ?5 J: J
金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?
* F* w3 P& R) A1 m l* f: i. R利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备8 C( @8 g; U2 E" p
出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚9 m: h' }' n# I( c2 |
合氯化铝标准溶液。* N2 o& @1 s! M
1．1．2 碱溶法4 F R7 V, a2 l9 N
先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再, }3 V& @, v4 q" Q
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法
. Z( D2 C& H! t7 x3 S的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠8 i$ G2 d0 ^. s; b" A$ i, X
含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业& t$ m& e& g4 u# F7 A
化生产成本较大
2 ^6 g$ Z8 J7 u8 k0 v1．1．3 中和法
$ k2 Y( U0 c6 l/ k$ w/ q' }该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别
& u* _6 |( e7 ?- G" z C, J制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即) H# z( Z- s( I b6 _
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶! x' d* y% v z6 h1 D9 w
物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
, @1 a& j% i( p1 j1 q% j5 C! ^) y铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
; Q' }3 h' b+ P用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
: B4 c/ p' O" B5 @8 J8 l把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得' f. v- ?; J! A; Y# X
到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据8 E& V0 P; u, f, L! ~9 D. g
称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。" B4 i7 E, w; K
1．1．4 原电池法
2 w2 `0 j0 z; Q8 P. s: f该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
5 P, p+ w" K* C* D9 V化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
. X" h. q" u4 L" Y9 i桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
: e7 O; q7 B B; y# R6 P筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进
# n8 Y+ T+ t% ?行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
- d& M: L2 m" i! n( R生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅
9 Q+ w1 `: F/ n- ]! L0 Z/ b$ Q拌，大大节约能耗 ]。
6 Y/ B2 }4 ]: P* H* h k2 X5 @1．2 以氢氧化铝为原料0 n! G4 Y: G+ H4 |3 w4 s) a$ O
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的
) V* @8 G) f6 x; v( \温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。
& N( Q1 }, Z- M/ e/ L该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普
3 ]0 D% ?$ s9 k$ s8 s. k遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故3 n1 q6 L2 S/ o+ w; o2 M
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度& D/ d2 i) H' J0 k
不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多7 x0 l- q5 }7 O3 b) l, z8 F" ]
提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸
+ w* v4 M$ [0 D/ a. Z3 ]) x1 v钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
, p( T6 i' K+ E5 U质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
1 f# s- s# O: s+ l; k7 y/ {得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝* P) s7 m, p8 M8 a& \
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯" w. q r1 G; N: F# e4 l
化铝。
7 r }3 O8 u0 H9 z1 U" v1 i9 I5 X1．3 以氯化铝为原料
+ d2 b* v8 B; Y0 n3 \) _0 d" U7 M% S1．3．1 沸腾热解法- o5 u4 ]- m+ s+ W2 {* [
用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出
9 r6 f1 A R4 i$ z/ q氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水! O" g5 n' s- `9 ] M+ m, `( E: }
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚$ E% ?# s4 W2 E
合氯化铝固体产品。
- d; M" _( W' K% A, k8 ]# M, t1．3．2 加碱法
* I3 D7 Z5 _, o9 M3 W& F7 v先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下( w1 h) t# Q a) `8 o
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，6 y. ]+ q2 O+ l; t
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产# v/ Y% d& @/ R. g+ Z" O' I o6 i _
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产7 _1 E! [: n' Z. w( n
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等8 T8 M6 _/ D" \- m
通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／/ r o/ P) H2 x0 N# E9 y u
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报8 |: g# m- S# F- g! W3 x
道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到# Z- M# Y% r" }+ w6 T
Al 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质/ ]1 _8 V$ ?- ~1 _
量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐" v G5 D8 Q6 M' b: f, A
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
& W/ b6 R: q0 b4 |, F5 K量也不高。
2 L) E: o! \5 p: ~0 w1．3．3 电解法# \) v# b- W7 r$ K
该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
/ Q: ~) @+ r- n" ^9 o, ?. }# G不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
( f7 Y3 z: _$ Z0 z4 T低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉- O6 w4 E9 ?% M" |
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
8 f @; `( V, X5 L$ Z3 Z7 u氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何
7 m" Q" m2 m; e6 h5 z锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且$ _9 Q& _+ ~2 R! ]0 n! {5 m
可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的
7 E; J+ y, \" u" y! S) x倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
5 d7 k. M: N, R# I p过程中的极化现象。3 u% Y% T: C7 Z( F( [* C4 E4 B
1．3．4 电渗析法
0 m' I8 r" X4 o路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解* L5 _: j( C$ |9 t3 ?
液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁7 d( _' X8 U9 \5 u$ h) A
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应
: h0 t- |, Y# M3 j室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
3 p, J5 i8 W* J U1．3．5 膜法& e0 \6 y" r" U- L( `. v/ o, T
该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
& {) g, j0 p( h4 i3 C& H化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
% `& g( O w- c3 T* x$ U8 W通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得- t# k1 O9 Z2 B. l4 {. o3 I3 J; X
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
. r* h5 h6 O: @- H( y/ L制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％
3 z/ Z b, Z/ O9 t' q, |2 X* f以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化) M8 z, X* A- g6 O
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。
' u: @" d' A, Z7 a7 A r/ Y i7 {1．4 以含铝矿物为原料
) F* J3 @, X6 c: N. m! d% P1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物
* T2 V! s3 O6 g Q8 Q铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主( M v& e3 M1 _# z2 r
要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这
% ?5 P8 j, ~7 U. @% e几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一! o0 F, _ P0 J: E+ ~, J
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等- w9 Q' S. B, ?2 V8 k4 C! Q8 k
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其* D$ ^, a3 I! C9 N5 s: g: j
分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二 N6 D7 N* i( K& A3 u: o
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为4 R) D5 M6 F( W; D4 R0 `) w
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，2 i1 x* N: k3 @: d) h: o
可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
% ?3 B! [2 X) n, w霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚
1 G- S' V9 A- K8 G! }4 k4 P合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
7 B# S/ T' L& k5 R W一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。# c3 j$ B+ }) J g) Z1 N: J
酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。
. C, g0 \& Q. s7 r9 d. K' u生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较7 {$ Y# n- Q8 J7 ]$ Y5 H* N3 x4 d
大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
. l E$ A3 v6 I8 U: m' A5 C渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的8 G$ h; S4 Z" q) i: A' I
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需, K/ w# T1 G0 E t
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
$ n# x, ~6 D' X0 r种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
3 f( O, o* @* P) N溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
$ {4 `: c C4 E! L高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为, m6 I1 j* A; }
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
! z0 y7 v* g# [1 t6 K; c9 j. U氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
7 v S* g6 ?2 N. I X# h: T/ p: L, X氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝
9 }1 X& Q( F2 x; E! d" x铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于& O* j- w7 [9 g8 O# g
30％ 。0 x. p& p+ U, F$ q& A
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法
3 \ x- D% W* o7 d/ ] Z, S( t! s制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
; v# I0 o6 Z$ T- Z需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或4 @/ H7 H0 c' s; ?
其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
4 i$ m4 x' y6 [; i" l/ j和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
9 S" x; Y8 g9 t# D, c$ {: X- p复杂，成本高，一般使用较少。0 j+ e! E9 M/ f3 R9 ^9 g
1．4．2 煤矸石 J( c n/ X: r* l; r+ h" w6 f
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
+ r+ S1 I, m; `/ D, |1 U9 l物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
1 f$ V& u& l: w% o! O- W) _增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
0 E7 A+ N: N; l& [料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
( z6 k: h0 \: W且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
/ A; m+ _- z1 n数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和 k4 I/ i& O8 @5 i: [5 t
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
2 k @$ W0 Q1 [2 ?) |1 }氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
+ ] b* s5 g* n' U; v4 t已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石: B4 m: n# `+ e$ s- r+ v
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小: A9 ]# @$ a; z8 n/ v! Z9 y* ]6 I% u
时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当2 A1 i3 a' ^0 L# C6 [! }
处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得( G$ @" d: \' l3 g% C% z( i
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化2 C2 L6 i/ S* ~; M
铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐
8 z1 x1 ~# U! I' P% T' h/ C基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为- b( x2 ?# k0 v5 ^; P4 Q9 U2 R
原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
# {9 q- L) r+ L* a% y; I1．4．3 铝酸钙矿粉6 Q5 [7 e1 B# K6 n8 a% y
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
/ w0 q0 U* Z6 R& h煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的 f- o) d7 H0 F; ]' m
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。
8 y3 z) Q" o( e: s3 v8 f(1)碱溶法
! ~# \6 l+ r! k1 c* f用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶: S: {. q2 m! @/ C
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后0 T; ]; D0 F0 z& ` ~! ~5 d
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH* l' U) D t( r
值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
' Z3 G! a9 E( ^7 O反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
; o* I* I( v0 l7 V. n7 z( D: X形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
: x* Q7 [# l0 e6 ~加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠# b9 j6 i0 T- j
状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
( u) J) k9 p2 Y- |9 r9 Q& B铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但1 n: j7 l6 B" S i, u+ ?- b& q
生产成本较高[19]。; g" p9 s4 U& S9 Q! z
(2)酸溶法. f9 h* t. b: }0 _
把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并
) H+ ^! j o b$ S8 Y熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简) m% `# u$ J6 x9 A6 s: u7 R
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不9 V; r2 V1 T7 o; \
溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常* W2 e1 L$ J: g2 |) |) G d$ r
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，4 }2 g# ]8 I2 N+ B" N v7 R/ P8 _% K
铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合
* u! v# `( m X$ G0 S2 @氯化铝铁。
1 r& t/ h/ ?1 Y2 r(3)两步法
" u7 `6 z8 Q j0 o% W; [这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工8 x8 W% y& n( q$ s, M& P
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量8 ]& e3 m% `) v+ g7 D! J
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是+ f3 q A+ j" }/ m6 t( B
把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
: P: G# J2 m& C0 Q0 _6 ]这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常
/ n9 w6 D6 u' i& g" S: h第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化/ ]- w2 {" D; U+ ?3 m4 \
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回 V: z! M O6 }
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
6 y9 F5 d+ |! B/ }9 W" G! O酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化
; @, [9 j9 T2 p铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
1 w9 ^* l( X- H合氯化铝产品。
3 g. G% q8 [* U& M# T) H7 ?1．5 以粉煤灰为原料* q" _/ P& G' d8 |
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体2 y o% F/ G j0 q4 A9 H9 }! t
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态．
4 N3 B0 d0 }: e. c: ^+ F- j( U; g活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通. ~6 e% \2 e0 K. E
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性* H+ i Z5 |( k# z
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有. I9 m5 E7 V! A! W% j6 Q0 x
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸
( S3 S9 T, u5 ]+ O2 W1 q& e* B溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再
1 X# T- h0 ^5 U& E' W1 ^* ~用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
0 | s, o! i' W2 t+ g粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化& B5 Y( m% {0 L2 ^) U
铝产品，据称能耗低。
# y- i3 W: h; a( `! g5 _ Q' O2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及8 _+ \8 f& l0 J
解决建议
$ L/ C3 P) f( X( X2 ?! _6 k我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随( x- K. b" i1 q% s
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国
$ b: t% s0 i! L内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
' f: B/ ]$ F) m2 E0 m8 q5 O0 S1 F但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最- r5 R4 j8 o2 J2 x
佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者7 w' a5 H) {1 U
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方" K* a s3 T1 A8 B% ~7 P2 ~
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研
, ^- U* c- Y% V( E究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度
, w( W' K% \3 C5 B/ i反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、
3 P, @7 l! D: o! |硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离. c0 D* ~& L6 G0 o a' c
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
; p/ c2 ~( [6 v5 J5 n6 L入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在; i- Y9 O& b6 f9 H; O
以下难点问题
7 I# X1 F9 }- ~2．1 产品纯度问题3 F/ f/ Y/ Q, K f+ Q6 @" ^
氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通5 n9 n" d( F' v
常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我
7 N+ x* I8 D* I) C$ K" p7 r国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
7 h1 q% t; x+ Q产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝
# p5 s5 i0 h' {, h d2 \酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产* I! t. q/ `1 l, A' b: A: g
品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化
7 A) e' u/ K& T- o铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
3 ?% T' T: |7 x盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需
# L1 G# V- F; \, O; O5 Q+ t3 f求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝, B% | ?6 J' P) K5 `2 s# @) c$ e
产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
' F* _5 f$ t+ h" ?, Z一
, L L+ ` t/ Q4 _2 S& Y- O。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推
2 k; W& V' _6 Q$ s1 S广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新
& y1 k( W" e( X0 h: K Y5 y产品开发力度。
' ?; b: Y6 {. @ u2．2 不溶物的问题
4 \7 z* Y" v W9 M+ L7 X5 J8 [国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
5 ?* L {! w$ x: [- J' @明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而
9 D3 p5 A& Y; `' ?7 s矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
+ w( L6 _% R, P4 h! T成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
% S0 @6 e4 ^5 D9 t! b0 Z应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低
0 \$ i4 N3 z& a9 B/ g$ |不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解
. F' F( K! R6 D3 z1 A7 L决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效7 U( L' f9 y. B4 N
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
( U8 V; j9 a% g: a% p! L6 I也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①/ r: } E( ?; H7 \; ~# W
自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积( n$ } t' S" X" ^0 p
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
) a7 H, m( ?1 R高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，$ j4 t+ H& n4 h2 d3 g
通常会取得较好的效果。
% a( S3 m" U+ |2 A& d# ?. ?. B. h2．3 盐基度问题3 z0 G t0 K* A% w
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可
4 K* T% }; x, G1 r7 {在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳
5 m0 B" T% T" ~# V酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
" q- N7 c% s1 l& B虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和. _! S7 A+ \) R5 g
铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前
7 X6 ~ |! b1 E1 ^( S3 q国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。
1 V% a3 f# N7 I2．4 重金属等有害离子的去除问题
2 {. |0 J" R( i V4 o某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以* ~) \5 N6 x% @+ n( j; ^8 \, j
在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有7 s, z$ L- b z" m
害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑# D k2 B9 R$ d3 |; \
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。% _; \- e# N# i% y; U2 y9 k" j/ i, {
2．5 盐酸投加量问题) l& G# t$ e" C- u7 x
制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工
9 r, {$ ?6 w+ p! X7 h! i业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成4 @8 N4 @0 T+ X6 C
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶
- T$ ]/ W9 z5 N3 W法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
! l) O6 N! ?- j$ g' Q题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥( Y2 W* G; h) y. W. X" s
发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
& C1 F: U# Y. T% F* F2 ?: _( f! ]通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率( u C) O6 G$ m, k& p* R
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度% z; o: b5 k0 r( H0 T
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。
: \ w6 m) P7 h; r3 结语与展望- C8 p" k y3 G3 l2 W* V
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
) H7 y- \. M4 y品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水: ]0 o5 M' T* \( Y: Z0 A
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
% c, E/ u3 ^ n3 Q3 t有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产) x; x' s+ {$ W$ v3 k2 Z1 ]
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产; v9 I9 k/ v ^: Y8 p+ V* Z( B4 X
品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
% {: i: s1 x7 z由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利& `0 t' P& p8 w% _7 {& ^' }. e* _
用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用, m# o* [: |# I ^% z
此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、+ X: b; L) {7 f" Q
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用* ?, f9 L: `4 M& Y4 N
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
9 S' D! m+ J3 o' _; w生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究4 v$ ~9 j) \ q
应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产. e- c. }/ N3 G% m- p( W* L4 ^2 [
聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，6 d+ ?% D9 a: e4 f6 N
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
' P' T2 W8 m& U* Y% n: V/ r是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复
( V. l, V4 H$ N& B+ t! M配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
, z. N6 J( y; P) |3 D: Z; o" _剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范8 R& Y* i9 o3 o* j) C% p4 o
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离! |& e* V% W7 m6 ~
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
]: b" h! x1 C9 \PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料
/ }) i; v4 Y. U4 O; z* H" @利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
; ~- v7 V! |5 ]+ ^工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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% N, U# ?" b' N1 {2 U+ S. I& ~* 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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