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潘碌亭,束玉保,王键,吴蕾
) n, K! q# F- N& z5 i+ o(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)! u9 Y% Z4 ]# Q' `/ [" p* l2 S
在斜管填料领域中,絮凝法净化水是最古老的固. o0 O) p1 b# j' A7 U8 A
液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处
$ d! U6 j' D+ i0 f7 C& ~# X理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用2 J! ]0 _% u- i
水、生活污水和工业废斜管填料中。1 M' Q/ U" ?1 v
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
# m9 R7 W: {0 k+ c6 c凝剂.它首先在日本研制成功并与20世纪60年代: l* {) C0 G( e7 P6 Y+ L) _/ A2 \- u
投入工业化生产,是目前技术最为成熟,市场销量+ C: L1 U0 o/ K; E
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉7 F9 V; q4 c+ G6 @$ D) x
淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH% Q4 c+ v% z2 g- l
值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国
5 e9 w3 l0 v, Y0 ~从上世纪70年代开始,铝盐,已对聚合氯化铝进行了研
# u! ]; O- X4 E9 }1 ~发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到
K' h! B6 p; q- G/ }" j( x7 N了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
3 R' u) W* H# n' Q度.对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述: c( V7 d% G( ~- |7 |0 q$ M% w9 t
和探讨/ J4 P( `8 y2 z) ?
1 聚合氯化铝的制备技术
# t$ l3 W k& F0 [- s1.1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料
3 |; [* k9 W- x7 {% l& |1.1.1 酸溶一步法& K5 I0 D7 s& @7 \/ ]! f
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中,- T+ t/ \* K1 H5 t$ n! f& ^3 K8 ~
在一定温度下充分反应,并经过若干小时熟化后.
. m; T% }+ T# w# e# H放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为
' T+ x, d8 J. D. ~* g* L放热反应,如果控制好反应条件如盐酸浓度和量,
# K* w7 ?* C7 ]+ n水量及投加速度和顺序,就可以充分利用铝反应放
! Y* @5 {1 Y! p" F7 `, c出的热量,使反应降低对外加热量的依赖度,甚至
+ W# f1 w7 j4 d) \/ Z7 F/ T不需外加热源而通过自热进行反应,控制其盐基度4 x d& v1 Z, U7 s0 }
至合格。该法具有反应速度快,投资设备少,工艺
. P* P, X) z B. {, P9 w简单,操作方便等特点,产品盐基度和氧化铝含量: Q1 V8 ~% H& \* m" l# ` q
较高,因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设# p- n- E1 F. T" n% g& } u% k3 k; U
备腐蚀较严重,生产出的产品杂质较多,特别是重 w0 X, D4 e f! {. k
金属含量容易超标,产品质量不稳定。阮复昌等?
+ V0 ^% f+ K/ Q/ F/ ~利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料,在实验室制备
5 q5 r8 o3 m. i' b% W出了超纯的聚合氯化铝,据称可用于实验室制备聚
7 \7 }! k# l: H3 o( q1 F2 H+ D合氯化铝标准溶液。, N2 i9 ?# o9 L8 Z" o) f' ?6 \
1.1.2 碱溶法
3 u7 ~" ]; R7 _" p) ^" l2 h2 G9 I$ N先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液,再: y7 ~7 @" s6 ?( P" d2 L
用盐酸调pH值,制得聚合氯化铝溶液。这种方法( j7 @5 g3 x8 ]4 {% F1 w1 i% x" a
的制得的产品外观较好,水不溶物较少,但氯化钠. k: T; f0 f O% `' e: Y( y
含量高,原材料消耗高,溶液氧化铝含量低,工业
9 p3 ]: P1 O0 c( Z8 [, u* O化生产成本较大
; y) ~ j3 o3 L h. [- i1.1.3 中和法- w* m, ~) R# @* H& {
该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应.分别
/ g: W1 d9 B2 L制得氯化铝和铝酸钠,再把两种溶液混合中和.即$ k" z; }0 }; H8 }$ |8 O. Y
制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
5 n& p4 w4 |7 w/ o) s物杂质较少,但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与/ w! H% ^, _6 U% V0 i" ~0 u0 V
铝箔反应,再把得到的氯化铝分为两部分,一部分 u2 p( Y9 q+ B& q. H
用氨水调节pH值至6~6.5.得到氢氧化铝后.再
( n9 W$ v' s) C8 N% H把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应.得: G2 X( S& Z0 v+ X6 \' l0 |+ s
到聚合氯化铝液体产品,干燥后得到固体产品,据
( S. e/ ]! E% O' p O `* S称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。 D/ b! L. K4 e
1.1.4 原电池法
. x8 L" ?. v7 q" O9 P& e该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺,根据电' [7 }4 x( B# N" |8 X# q! t( ]
化学原理.金属铝与盐酸反应可组成原电池,在圆+ `: Q" L- R; Z9 r+ q, ?
桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
4 S# R+ B' }+ O3 @筛网作为阴极,倒人的铝屑作为阳极,加入盐酸进
5 J3 m7 ^5 _8 b |7 e# z行反应,最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
. m/ D T' Q" s E) }8 n4 f生的气泡上浮作用使溶液定向运动,取代机械搅$ e- f4 |5 C, s
拌,大大节约能耗 ]。8 F5 l. l' m3 e, v3 E6 K
1.2 以氢氧化铝为原料7 X& q3 w: y2 c# E% A' L5 `
将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例,在合适的/ S Z& Z) h" x' G
温度和压强下反应,熟化后制得聚合氯化铝产品。' G* k& N/ B/ j6 v
该法生产工艺简单,在上世纪80年代是国内外普
* }" h3 ?2 {. O, V0 L遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差,故
# L; V9 k" [2 R/ z酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度3 _4 D% ]4 ?1 e W# s F) j% j
不高,通常在30% ~50% 范围内,国内已有很多+ g# I# J! W& Z: x) D4 S& I/ e3 |) C1 V
提高盐基度的研究, 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸( F E- P, z V g( h* c
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等.此法生产出的产品杂
# T0 N0 v8 e9 i" {质较少.但以氢氧化铝为原料生产成本较高,制
8 V- k( }8 o& p1 b得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝+ s7 X( @3 n5 X2 C+ {
酸溶法.以纯铝板为除铁剂.制备出了高纯聚合氯
4 H. _: n# p3 J/ F9 R! |化铝。
1 p. i* T/ m# b1.3 以氯化铝为原料$ r7 S: J: _7 g* }; _8 v& q
1.3.1 沸腾热解法
/ w- E& e8 P) s. s+ s$ g用结晶氯化铝在一定温度下热解,使其分解出
! C/ `; P8 F/ |" F氯化氢和水,再聚合变成粉状熟料,后加一定量水
! i1 k9 P9 T! @, Y( f, E0 s搅拌,短时间可固化成树脂性产品,经干燥后得聚( Y7 j$ m/ c: {7 j8 H) G: u: A* I2 ?
合氯化铝固体产品。0 F U @" S- `6 c9 H) S
1.3.2 加碱法! n1 P$ J% j7 s" i! J
先配置一定浓度的氯化铝溶液,在一定温度下: A$ ?9 ^& v; y$ v6 k
强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液,9 w! `1 e" E1 J. \# a) W. x" `0 S
反应至溶液变澄清,上清液即为聚合氯化铝液体产$ A) x0 T' l$ l" u/ C3 ]
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产
2 c# Y2 p& n0 s品的Al 的质量分数可达80% 以上,赵华章等
/ \# K6 F! X$ V/ j4 T: p$ r通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0.59 mol/8 {; q3 D7 s0 D ?
L,Al 的质量分数达80.7% 的产品。但国外有报
4 V2 j& _9 e' C5 E1 S道指出在铝浓度很低的情况下,缓慢加碱得不到
( U% o% u ]9 I7 D/ v- d. RAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
7 y# O$ H X v. r# k量分数为100% 的PAC溶液 ,于月华等 用逐& r( Y2 E Q8 h8 N6 ^, O& g
滴加碱法制得聚合氯化铝,制得的产品据称Al 含‘3 w) b6 E! f3 v9 B& ~/ B+ L9 K
量也不高。0 w8 y4 u+ [- [7 w( I# x4 ^2 \- A
1.3.3 电解法: f* n+ i5 G( ?" n1 l, S, ^. i
该法中科院研究较多,通常以铝板为阳极,以
4 j1 @# W1 h' z; ~( ]9 X# }不锈钢为阴极,氯化铝为电解液,通以直流电,在# N k+ |6 k+ n+ w
低压、高电流的条件下,制得聚合氯化铝。曲久辉0 g, o! J- i5 e* t
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合1 K# R4 ?9 J6 G- N4 e
氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进,如何
$ C- g, u, i. G2 B6 x( ^锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极.且
! ~: ` t6 W+ C4 T* W. |2 n8 V( d. P4 Z可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的, s/ [( [* q' r" `" V0 _9 C6 B; W, r
倒极电源装置合成聚合氯化铝,据称可以减少电解
; s& s- a+ n; h1 C; |6 Z过程中的极化现象。) o% `3 c; S; r
1.3.4 电渗析法+ A& U. |' u4 }/ L. n* c b
路光杰等l13 对此作了研究,以氯化铝为电解
* d4 n1 `' e, E5 j( t; p液,以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极,多孑L铁6 R8 d' W8 `! V5 N
板(或铂片)为阴极,以两张阴离子交换膜构成反应4 @( `9 M# H5 D4 Z% a$ C
室,通以直流电,反应后得到聚合氯化铝产品。7 J- ` _0 Q6 l: E0 t" A
1.3.5 膜法
3 L1 S( @" p! j6 J& P该法把碱液放在膜的一侧,膜的另一侧放置氯
' b% z1 w9 p: s# R) S化铝溶液,利用膜表面的微孔作为分布器,使碱液
5 E9 y% [- A/ `8 z! p- ]& @通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去.从而制得. G9 O! A5 V0 s) u
Al 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜4 H _9 d( |$ R+ f" |8 C" K$ T9 k
制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79.6%
* F A3 C. p1 G v; W以上.张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化/ A" V' x/ v, V
铝产品中的Al 的质量分数据称可达90.18%。
$ f; e& d+ o" H' q0 g _. k% v2 Z1.4 以含铝矿物为原料
$ u5 B4 i7 c- o; v. \1.4.1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物( A' ?4 m, g* M* n( R7 }" T
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物,其中主* R, r1 \" F& k$ w4 ^
要矿物有三水铝石、~ 水软铝石、一水硬铝石或这
, T( y6 R7 w+ f% s- J几种矿物的混合物,铝土矿中AI O 的质量分数一4 t8 y; \4 i1 }; s5 e0 F- t
般在40% ~80% 之间,主要杂质有硅、铁、钛等0 B( D& @8 K9 G# t3 w6 W/ r) Z
的氧化物。高岭土铝的质量分数在40% 左右,其5 C$ D7 t9 R: b% ] f y6 e
分布较广,蕴藏丰富,主要成分是三氧化二铝和二
- F( X( \% H. o) W, w氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物,在我国资源较为7 T$ C, A4 h8 O9 P+ ?, `1 N
丰富,明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时,% L1 P1 J) T* Z- r
可制得聚合氯化铝,是一种利用价值较高的矿物。. i% t/ c5 Q- j+ V9 O' ?
霞石铝的质量分数在30% 左右,若用烧结法制聚
! r: }& q9 j8 X" i- q+ h9 Q合氯化铝,同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物' w5 D9 g& z) |4 ^$ D: t6 T5 w& Q
一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
/ k& \* T4 O! z. x酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。) R$ ^; P5 j9 G7 q. @
生产工艺是:① 矿物破碎。为使液固相反应有较
' ]" m! R. r4 S5 m/ Z大的接触面,使氧化铝尽量溶出,同时又考虑到残
2 b, Y3 }9 R* q( l5 b6 y$ h渣分离难度问题.通常将矿石加工到40~60目的( D, P5 T3 q; Y* F7 j% w$ h# m, |9 d
粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率,需8 m! ~& o2 [& b$ |
对矿粉进行焙烧.最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
2 }/ E: W9 k7 o% H( h种类和性质有关,通常在600~800 cC之间。③ 酸% g ?/ ]; n# C# }8 S. L' S$ z) Q
溶。通常加入的盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越4 w2 @: j% }' d! l' K( S$ B
高,但考虑到盐酸挥发问题,通常选用质量分数为% }5 O1 b/ v' M. B1 ]& Z7 H( o% G
20% 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合/ H& }8 c2 b0 j8 w- A
氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料,. E# |1 y; B9 k5 \& }
氧化钙为助溶剂,酸浸一步合成制得聚合氯化铝, r- }0 D9 k5 ^/ }! K
铁.干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于) J2 _0 x1 B: D+ T( V- |5 Y
30% 。
# }/ a# D& r0 x一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石,可用碱法
4 F' h* L" o6 Z4 Y/ L制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样,都
' U$ _$ n# z& p需破碎和焙烧,后用碱溶,用碳酸钠或氢氧化钠或
4 s& w# @1 {# G& @其它碱与矿粉液反应,制得铝酸钠,再用碳酸氢钠- A( q( v4 l: x J( H3 [
和盐酸调节,制得聚合氯化铝。碱法投资大,设备/ ~* F) ~: J" h% B+ {( u
复杂,成本高,一般使用较少。
8 p4 T8 T8 a( v* D; X, e* W1.4.2 煤矸石
/ o. W- z4 Y' }1 p( G1 n煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃
1 ~( K1 R4 ^' L/ K4 I物.随着煤炭工业的发展.煤矸石的产量日益剧$ \+ R, i/ ^+ d/ s: ?( h
增,而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原# d) h o. C: M# ?3 }4 s
料生产聚合氯化铝,不仅解决了其污染问题,而- U; v6 S, I. {: H \
且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
# g1 u; S5 m, B, y数为l6% ~36% 的AI2O 2.5% ~15% 的Fe2O 和- g7 X4 N% s& N- y8 V m
5l% ~65% 的SiO ,利用煤矸石为原料可制得聚合
+ u! Y. Z; B( O" g. g- p氯化铝或聚合氯化铝铁, 自上世纪60年代以来,
. \4 l9 }' @$ k# S: _已经投入工业化生产。常用的生产工艺是:煤矸石" R$ z, X+ ?: A, I; S
经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
; Y$ N9 S6 b; p& Q1 i时后.可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离,渣经适当! I: y! Y9 c' s* e0 k4 i9 H
处理后可作为制水泥原料,母液经浓缩结晶可制得3 _$ O- ] o1 ^, g4 X
结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化6 T, s6 a4 c2 O% {
铝,也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐4 H, j+ |$ R6 z" R( Q
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
+ M% ~5 R$ N n2 z* w原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。
9 \& ^! W& @0 G, D5 K7 I5 ?4 i2 b1.4.3 铝酸钙矿粉
- g6 A/ k8 `+ J+ a: V0 g6 o铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
! y; |( i* `! s* x0 N" ~* d煅烧,冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的
: I! k% u+ V* G不同,分为碱溶法、酸溶法和两步法。
" q8 Y0 \7 S( K& L(1)碱溶法
0 I( C5 S$ m0 c$ V用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶
+ l, t: `. { S/ L$ s7 p/ k) K7 a液,反应温度为100~ll0 cC,反应4 h左右。后6 p7 r, Y B0 ~& {3 o8 b* G
在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体,当溶液pH9 F: [0 O8 S2 n- `; H; L
值为6~8时。形成大量氢氧化铝凝胶,这时停止5 Z0 f/ d. n$ ?' {
反应.这一过程反应温度不要超过40 cC,否则会
9 H6 V; A# M& u; |% w( j; k* F8 G形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
' `& U+ ?, ~2 [7 _加入适量的盐酸加热溶解,得到无色、透明、黏稠
8 S) Q/ b! N- w m2 b6 r状的液体聚合氯化铝,干燥后得到固体聚合氯化& Q5 ], A+ F( Y: U2 ]
铝。此法生产出的产品重金属含量低,纯度高,但
% K0 R* i' t# x生产成本较高[19]。5 H$ [" o, b! b; ~
(2)酸溶法, v3 A' G# P. @6 E' ]9 X" t
把铝酸钙粉直接与盐酸反应,调整完盐基度并$ h O" \8 O: G9 Q5 p/ i0 v6 x( ~) P
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简" ~4 e# \" O% R5 M
单,投资少,操作方便,生产成本低,但产品的不
6 o' M$ f) I: I/ l, J8 u溶物,重金属含量较高,固体产品氧化铝含量通常" r! }- M/ j7 y! A6 H& P6 d
不高.质量分数约为28% 左右,产品外观较差,
# A ^) y7 ]/ q- S0 l6 d( e! ^铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合5 ~* o% `; j5 R' b0 [. I
氯化铝铁。+ [% F+ g$ @ P
(3)两步法
+ o5 H6 b# G& r- I( L% F6 ~0 q这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工
, T9 `6 ]$ B. @艺,在常压和一定温度下,第一步加较高的盐酸量; f% o* U; [( i* L5 M5 C+ ?
比到铝土矿粉中,使氧化铝尽可能溶出,第二步是
5 l2 T+ E- i7 s0 P& f" Y把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。8 k1 @5 g: \8 d( S6 `5 M
这一步既有氧化铝溶出,又可以调节盐基度。通常
( N, M2 v; \0 s第一步的氧化铝能溶出80% 以上,第二步的氧化
1 y0 d8 A( }9 e! [铝溶出率在50% 以下,故第二段沉淀矿渣一般回4 j7 o3 @0 G0 p
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝9 O1 ~% e2 K+ J) a [% e: Y3 Y5 X* a
酸钙粉为原料,采用酸溶两步法工艺,制得了氧化
9 I8 y$ y) [/ J+ ]铝的质量分数为10.11%.盐基度为85% 的液体聚0 M7 p6 c$ p2 v- i* m' j9 u
合氯化铝产品。1 `# w/ }2 {3 _3 i) F# N* L; C) Z
1.5 以粉煤灰为原料# L3 }1 D6 P+ a" L2 l( F1 G# K
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体# h" B( A3 l2 U" i
废弃物。由于粉煤灰中约90% 三氧化铝呈玻璃态." a& H+ D7 a. q8 u
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通/ @- ]- G9 v7 r- A9 _) i" R
常采用碱石灰法。但设备投资大,对设备腐绌性
. `0 ]1 x" L7 M3 @8 ~2 L高,能耗大且需大量纯碱,实际生产意义不大。有% x: W1 T& j& |8 C4 e5 n2 g
人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键,再用酸
( E* K9 n3 T3 V8 x$ U( p% }# ^4 C溶,以提高氧化铝溶出率.酸溶后得到氯化铝,再& m1 m) e$ Q' x$ B0 R* `; U8 j
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用
0 Z/ m) Z- R, m' L; E$ x粉煤灰为原料,NH F为助溶剂,制得了聚合氯化+ `5 G4 A X& [ t
铝产品,据称能耗低。+ ?7 \# A6 n6 M% p
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及: C" x) c5 d& C. S2 c& E
解决建议
) s- B7 y. \( l2 S6 G我国对聚合氯化铝研究较晚,但发展迅速,随1 _5 E+ h! e8 B& e: { n0 q
着聚合氯化铝的广泛应用,对其研究也需深化。国
. b/ F0 p! ?. `+ y内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年,
1 V$ O( x2 n6 t& W但仍未取得一致共识,汤鸿霄等学者认为A1 为最
7 o9 C+ O/ z: X9 M: N% v7 R% _# u佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者
, [2 g& S2 n4 f认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引,这方$ {4 N3 s2 Z. r( y! I j9 n
面是近几年的研究热点。也是难点, 需进一步研. f6 Q0 ^$ I8 L# u
究;由于聚合氯化铝确切形态复杂,目前用盐基度8 z$ v' V+ F3 m6 J3 _
反映其聚合程度和絮凝效果,而没有考虑钙、铁、! D+ ~/ N9 J- [) ~1 j2 G
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响,而上述离
! |4 o" Y9 u2 G$ s4 ^子一般对絮凝效果有着促进作用,这些难点都需深' ]% M2 j: y" i$ ?* H
入研究。国内PAC_T业在产品制备中,主要存在
6 f( [. ~7 w* L以下难点问题9 P6 w! Y6 h3 Y& ?- H
2.1 产品纯度问题
2 \0 ?- R [, l4 U氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通. K: S# D2 r" t9 D& b* m
常认为其含量越高、纯度越高,说明品质愈好,我2 W. p' Y0 ~, {% f0 h
国聚合氯化铝行业中,除少数企业能生产部分系列
5 J( g2 N. K* W# N- Z6 \7 q产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝% }* f* X5 h! e* o9 n
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产: q% w' u3 w6 T+ m7 e6 I
品,生产规模小.技术含量低,产品有效成分氧化
. U/ w" V2 W/ l铝含量低、杂质多,而高效、廉价的复合型聚合铝
% ^ @2 ^3 Q6 ?$ G, o# l4 y盐和高纯度聚合氯化铝产品很少,满足不了市场需
' t" F4 L# Z/ F2 ~$ t4 w0 t求,特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
* I( ^/ @7 U; Z% B0 p产品的需要。这方面既是难点,也是研究热点之+ ^5 v+ `* A) m1 U
一
6 S8 u9 O- J8 E% [。因此,企业应该避免短期投资行为,应积极推
6 w0 a' S" p/ N) ~5 {广新工艺技术,提高生产技术水平,同时需加大新& ^6 t( N: d8 o+ L
产品开发力度。! E: M s" b7 F# P# M) Q
2.2 不溶物的问题
+ S% t. H! s5 _; E国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了
: o) B' `; `7 Z- C明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料,而
k* C3 h" e# ?# x矿物等原材料一般成分复杂,并需经过破碎等加 p( r+ K! c; E! ]% N* ^& m
成粉末。且粉末越细,氧化铝溶出率越高。但是相; @$ A) M5 U7 k% V1 s$ n
应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低. }- k* F5 N' H8 } J. e5 ]
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解- Q; Q. z; M! X/ N' f
决方案除合理DI1.T.矿物和选择丁艺外,固液分离效
' j# L+ Y: ]6 s果与不溶物含量有直接联系,合理的分离方法选择
1 p7 U5 D1 |* C2 p' a8 t$ `也是重要的环节之一,常用固液分离方法有:①9 J& x0 O+ ^/ L, @0 M
自然沉淀法。但通常需要时间长,不适用占地面积- ^, K* u* q$ p
小的厂家。② 板框压滤机压滤,但投资大,能耗
: Q4 c M9 g1 _* C( g! [高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂,控制好投加量,; A4 v2 I; `' h% K$ k
通常会取得较好的效果。, b) B: O) [) X5 V' W
2.3 盐基度问题; Y- _3 @/ r9 c9 |: ]
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可. d- s+ _7 w; v0 I: G
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳6 ]) e ~7 T; w) Z! A6 c+ M
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考
* d3 c0 K" Q; ~虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
0 W4 |: _9 U8 G$ \铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰, 目前) {7 h! k0 K+ y3 t5 O+ N: w
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。4 u* [: y+ p8 N5 r6 [: N
2.4 重金属等有害离子的去除问题) K# }( l( t7 _/ s& I* m; o" ~
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
. H3 u" [. _/ G j9 y0 a" \' w* q在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物.使有6 ^% H% L4 q" ~8 N6 l8 N
害离子生成硫化物沉淀而去除;也可以考虑用铝屑; O7 J- ^) F* e$ E/ `) ]& ^
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。' D; f* b# I0 x9 j( ~
2.5 盐酸投加量问题
# ]% q. a/ d4 g. H$ @* `6 a2 C. Q5 [制备聚合氯化铝方法很多,但实现一定规模工
, D# {8 N1 M. M0 a, H业化生产的是酸溶法和碱溶法,其中由于生产成
0 ^ [9 j% y# H! A" Y Q本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶. q3 N2 \4 `/ H$ n7 S1 B& j
法多,而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问 t2 E: C+ ^. x* ]" Y
题。盐酸浓度越高,氧化铝溶出率越大,但盐酸挥
5 W b) ?# `# U# y. N发也就越厉害,故要合理配置盐酸浓度。质量分数
s4 }+ U7 {: u1 a6 a. s$ j0 Y* h通常为20% 左右;盐酸投加量少,氧化铝溶出率
* a+ ^% K" V4 @9 c9 ~3 F+ Q* ?, I低.而投加量大时.制备出的聚合氯化铝盐基度7 @( k5 q& ^ M( x% t- {6 W; Z
低、腐蚀性强。运输困难,故需合理投加盐酸量。3 R$ X# H# j1 C+ H+ o `* }
3 结语与展望$ l! a( ?) \) `/ q
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产# Y7 v! d& c3 {& q0 C4 S. J& O
品.在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝,其研发对水5 ?; k( T/ E- r1 d" L8 j
处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上
9 m5 G8 n" I0 a3 V& a有两个方向.一是开发新材料制备聚合氯化铝产4 B9 ?% F9 G2 o2 f) j, L
品,以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
/ B& @0 M8 J; Y4 z: a9 H品,工艺较为简单,早期发展较为迅速,但近年来
6 P" d) K; h3 v: t# G# c( ]由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨,以及利
. W1 J( K: n) w* j. z1 a5 Q0 a用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现,用
4 P* @' T2 n$ c+ m3 u此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、( ^* |+ N8 ~8 U" C. ] F
氯化铝为原料生产成本太高,故目前国内一般采用$ u9 ~, }. `; c' B' S
含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
& X w6 I; `5 S7 @/ t' F3 @2 g M. R生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
7 U7 _ j) E: o5 j* Z* l1 L6 \应引起足够重视.利用工业废弃物作为原料来生产
0 p3 o6 x& z) B$ X9 U# |& T% R) ~聚合氯化铝既节省材料费,又能使废物循环利用,0 v8 ]9 ~( D- ?5 y" P( D. ^
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向
$ M3 S7 l6 m- U, ~& p是聚合氯化铝与无机或有机高分子聚合氯化铝复合或复/ p' `9 ^9 r5 T# C) |- [& Y7 k
配应用的研究,复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
S9 {0 d ?) l3 j剂的不足,兼具了各自单一聚合氯化铝的优点,适应范
: K- j t+ w# V- \- _3 a7 g围广,还能提高有机物的去除率,降低残留金属离
* V& A# J1 S3 k. L. o+ S子浓度,能明显提高絮凝效果。此外, 目前国内1 h+ g2 { z& Q! a7 F' j2 J& d
PAC的生产工艺多为间歇生产,污染严重,原料% j0 v" M+ b" u- z t8 H
利用率低,产品质量不稳定,开发高效连续化生产
1 s$ E! Z* ~: T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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