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潘碌亭，束玉保，王键，吴蕾1 U% T# x9 K5 [( ^2 O
(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
/ _! V$ i8 `( E0 k/ ~8 O h在斜管填料领域中，絮凝法净化水是最古老的固5 z1 z- o* |1 k# S0 K( M* s1 z
液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处
4 t5 Q* v# i1 h. S, r. Z! Q2 y理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用
6 y. H n9 y6 a% m0 T水、生活污水和工业废斜管填料中。1 l# G8 Z) m& \( W P/ }! g
聚合氯化铝(PAC)是一种优良的无机高分子絮
; ?. z7 f, B' n& l; t0 |9 g. X+ [凝剂．它首先在日本研制成功并与20世纪60年代
( ?& _9 h$ k+ A8 Y: D* ~9 n投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量; O$ K. X% z4 _0 p
最大的聚合氯化铝。PAC使用时具有絮体形成快、沉& F. j: y% F* w7 k8 L
淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH
/ i# t" F% u/ ~1 K9 A& `值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国: Z/ \0 d7 d* ^7 Z" ?
从上世纪70年代开始,铝盐，已对聚合氯化铝进行了研
1 {7 w" B+ J5 ^发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到+ f4 V o; Q& v5 H3 J; W
了快速的发展。本文从PAC生产的不同原料的角
X8 B. w! x! [/ O* V: E& Q度．对目前我国聚合氯化铝的生产技术进行了论述+ V' f: C( U W- x3 D
和探讨) h8 V; T4 E. a( W3 k6 `* n
1 聚合氯化铝的制备技术: L) i+ z- ?) k) y. m1 \! O
1．1 以铝屑、铝灰及铝渣为原料! [$ O2 Q/ u" P2 w( O
1．1．1 酸溶一步法& J9 n8 ?% P# }: R) k. L& o
将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，' [7 D0 l, z8 q1 f8 F% z
在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后．
; u8 F* R$ d' X$ d' Q0 b* N放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为5 F5 X. w2 S9 g6 z5 J
放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，/ b9 ]4 y L# k+ l4 ^
水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放
& m. x# G0 C( T$ R+ j" T- f出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至
) q1 L) Q. R. h2 x0 s; K+ _不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度' D' U, y7 F6 Y2 Y, p$ h, v
至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺
. r& `( N* v/ Q4 T: b0 p4 Q. ~简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量
9 r' K9 J0 w* k( {& h) r2 b较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设3 f9 w: v$ f* L5 K: K( f
备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重
6 _, C- \3 {+ c* r) W: B- O6 H金属含量容易超标，产品质量不稳定。阮复昌等?) f8 u* J, o4 B. f- k
利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备
( y& s6 H- c0 n出了超纯的聚合氯化铝，据称可用于实验室制备聚
3 a) A L$ u* A$ o, w$ l合氯化铝标准溶液。; d9 S% X, b ~/ C
1．1．2 碱溶法
+ M$ |( e' J$ G8 \7 E; P先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再2 _! @9 K- Z: c1 Y, y# F
用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法1 x& k! {9 d, H+ J6 W3 X
的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠
+ ]8 v3 t8 `& R( k0 d$ U Z含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业
/ M) b6 M. y4 C, X9 e化生产成本较大
- F3 j% `" L! c# K& S1．1．3 中和法
5 V( [: P: s/ n( O) ?/ J该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应．分别+ @ _7 t/ J0 e9 Y5 W# _+ ~' w
制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和．即
0 i! }( Q: l4 j' ?+ u制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶
. d/ P% u7 e8 U5 h物杂质较少，但成本较高。刘春涛等l2 先用盐酸与
" V$ {1 ^ Z0 W铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分
/ [+ \5 n* H8 v* U- R& S# [用氨水调节pH值至6～6．5．得到氢氧化铝后．再
, ?# g4 c9 }4 s1 y- a6 F8 T# j把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应．得
l; R9 e2 _; M0 C# @; x* D# f% I* a到聚合氯化铝液体产品，干燥后得到固体产品，据
) U5 X3 e9 Y6 K称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。
- i# S$ w( M% Z* N1．1．4 原电池法
' B: B9 v9 M6 T4 r该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电
) I5 n- H4 w3 s/ ` f化学原理．金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆
. `2 R k' h2 Q' ]/ N: o5 M桶形反应室的底部置人用铜或不锈钢等制成的金属
+ f9 S: _$ l+ X- j0 P筛网作为阴极，倒人的铝屑作为阳极，加入盐酸进* O* e, ?: N, [( g4 I
行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产
+ g) Q! g$ N) G+ p8 \2 q生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅 x! n: n6 \( Z
拌，大大节约能耗 ]。" u/ `+ i4 n7 [9 C& Q. x6 T
1．2 以氢氧化铝为原料
$ [6 n; C% f1 l7 |1 @5 [$ Y1 y& Z7 |将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的+ D2 B8 x- N) c
温度和压强下反应，熟化后制得聚合氯化铝产品。6 i; Y8 s) e% M. r3 [
该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普# X% B# R0 @9 E) k% d# m3 i
遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故. f' G* X% r5 ]( [7 q& O
酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度
$ \3 Q( A# h0 P }" _不高，通常在30％ ～50％ 范围内，国内已有很多
( Y) H0 N2 |1 J6 e \0 R提高盐基度的研究， 如投加铝屑、铝酸钠、碳酸" v$ V% v5 j2 k, V1 U6 ~& v
钙、氢氧化铝凝胶和石灰等．此法生产出的产品杂
6 c$ @% A. s2 h" E质较少．但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制
/ z. n Z* ^% T# q得的产品多用于饮用水。晏永祥等 采用氢氧化铝1 m& \3 z1 P, i% U
酸溶法．以纯铝板为除铁剂．制备出了高纯聚合氯
: ]! W9 R* \. p8 [3 c* j. i化铝。
$ Q2 Q3 h" P+ }" ]# L1．3 以氯化铝为原料$ U9 A# m4 I) B& x% K: U" f- Y8 K
1．3．1 沸腾热解法
: a$ h- Z. R' }- c7 M; \) X用结晶氯化铝在一定温度下热解，使其分解出: w5 a9 b: H9 e- o. L% J
氯化氢和水，再聚合变成粉状熟料，后加一定量水6 ~. X# K' O) H3 e0 {$ f1 A
搅拌，短时间可固化成树脂性产品，经干燥后得聚5 {4 X" t) s/ M. [3 f% x
合氯化铝固体产品。. k6 g4 P1 z7 {* |5 m( q- W
1．3．2 加碱法
& ~1 Q/ V. u3 g% J6 ~ w先配置一定浓度的氯化铝溶液，在一定温度下
4 H" V5 S: t. \, j# A+ V1 G. S强烈搅拌 同时缓慢滴加一定量的氢氧化铝溶液，( S" [ j# W3 g0 Z$ l8 _
反应至溶液变澄清，上清液即为聚合氯化铝液体产7 @! a7 P+ b2 h) X6 a4 E
品。通常认为微量加碱法(极慢的加碱速度)所得产: K2 o, U8 P. f: E& f) ^4 v
品的Al 的质量分数可达80％ 以上，赵华章等
+ {9 G( e6 w% B: F3 e Y通过提高温度等手段制得了总铝浓度为0．59 mol／) Z/ b/ b, P4 @$ q0 ~! ]8 b7 t, B
L，Al 的质量分数达80．7％ 的产品。但国外有报
# U) U; i/ i% Z3 m& x( C O道指出在铝浓度很低的情况下，缓慢加碱得不到
9 F0 _9 E; N* i& _. H; Q7 VAl 反而在90 c【=下通过快速加碱可得到Al 的质
9 L5 k9 l; x2 P& W量分数为100％ 的PAC溶液 ，于月华等 用逐4 o# e9 d. r, p' x" G! X
滴加碱法制得聚合氯化铝，制得的产品据称Al 含‘
; @; a9 j2 X& I" e4 k; l量也不高。8 x$ L' b) e( P, }1 l6 d8 f
1．3．3 电解法
. y, s9 R2 o/ I+ L" h5 ^( k# k该法中科院研究较多，通常以铝板为阳极，以
' T6 a) I! W0 \: Y, y不锈钢为阴极，氯化铝为电解液，通以直流电，在
4 z7 H! w# D u/ N- d& k/ S低压、高电流的条件下，制得聚合氯化铝。曲久辉0 ?+ Z7 ^) N# O! \6 C
等 10]利用此法制得了碱化度高、Al 含量高的聚合
" S( @: @1 u9 C2 g+ r氯化铝产品。也有学者对此装置进行了改进，如何 c0 e/ |( A' H% G( l. C% E2 n' t
锡辉等? 用对氢过电位更低的金属铜作阴极．且
) z$ ?3 {* X# q# R可提高耐腐蚀性和导电性。罗亚田等_l2 用特制的) u. S9 h1 ]; t4 a
倒极电源装置合成聚合氯化铝，据称可以减少电解
7 |0 k3 M8 M" g4 k& L' j; O1 r7 `过程中的极化现象。
" t6 q1 X- f* a! V4 w- A5 X5 I1．3．4 电渗析法' a0 f) p9 K F1 ?/ ^0 x4 Z
路光杰等l13 对此作了研究，以氯化铝为电解
8 B2 N$ A* A7 G* u9 U6 w- m2 k' y液，以石墨(或钛钌网)等惰性电极为阳极，多孑L铁- N7 l6 L/ p) Z. {0 k
板(或铂片)为阴极，以两张阴离子交换膜构成反应" i3 K) s2 }( F% D0 o ]
室，通以直流电，反应后得到聚合氯化铝产品。
, a, t2 {* t* b! f/ U6 K. p1．3．5 膜法
$ v" B1 ^6 I! x6 d& a该法把碱液放在膜的一侧，膜的另一侧放置氯
$ ^" y# f' s. I3 a3 B# D$ \化铝溶液，利用膜表面的微孔作为分布器，使碱液
. ]) I7 P6 o/ L' M1 R8 r通过微孑L微量地加入到氯化铝溶液中去．从而制得
) p! Y/ |8 j- D) d4 GAl 含量高的聚合氯化铝。彭跃莲等ll4’利用超滤膜
5 a. S& I/ D+ |' A) E5 ?制得的聚合氯化铝产品Al 的质量分数可达79．6％" O; ]& J& M5 p( `. @9 k
以上．张健等_l5]利用中空纤维膜制得的聚合氯化
& B4 L* U! E" O+ C铝产品中的Al 的质量分数据称可达90．18％。+ k6 I& q( ~& `# _
1．4 以含铝矿物为原料/ S/ T2 G# N3 l7 r5 x1 r+ n( j1 r+ d" z/ P
1．4．1 铝土矿、高岭土、明矾石、霞石等矿物# `( U% }1 S% b# @
铝土矿是一种含铝水合物的土状矿物，其中主
* J; ]3 N9 S- I" G- I! o要矿物有三水铝石、～ 水软铝石、一水硬铝石或这9 f" Q# I4 z7 h X' T+ k
几种矿物的混合物，铝土矿中AI O 的质量分数一6 {2 R7 q* g7 [0 ~
般在40％ ～80％ 之间，主要杂质有硅、铁、钛等
! U4 u- R" A; c8 q4 R; h的氧化物。高岭土铝的质量分数在40％ 左右，其
$ _% K5 N8 x1 r, E% T7 [# f% g6 s ^分布较广，蕴藏丰富，主要成分是三氧化二铝和二+ H+ E: L$ {# S4 K/ i0 p+ d
氧化硅。明矾石是硫酸复盐矿物，在我国资源较为( r& b, \3 M' ^* a3 R
丰富，明矾石在提取氯化物、硫酸、钾盐的同时，
( G' ?% G' K- ~6 }可制得聚合氯化铝，是一种利用价值较高的矿物。
0 A7 Q* g3 Y8 O! P9 o6 J7 m0 U' |霞石铝的质量分数在30％ 左右，若用烧结法制聚9 P! Y, e1 V$ L
合氯化铝，同时可得副产品纯碱或钾盐。这些矿物
3 q2 S* }( N7 s一般采用酸溶法和碱溶法来制备聚合氯化铝_I6]。
! q' Y0 s+ N% S1 u8 e& S酸溶法适用于除一水硬铝矿外的大多数矿物。2 _% [- ~" Y' S
生产工艺是：① 矿物破碎。为使液固相反应有较
9 c% {/ ~) o3 H大的接触面，使氧化铝尽量溶出，同时又考虑到残
. K$ N4 L, r) t) ^/ Y& @& i/ U渣分离难度问题．通常将矿石加工到40～60目的
1 e/ G+ \$ i/ a5 \粉末。② 矿粉焙烧。为提高氧化铝的溶出率，需6 `8 F6 t% x* r7 b7 J, F
对矿粉进行焙烧．最佳焙烧时间和焙烧温度与矿石
. L" S( Q1 H5 g* [5 A/ h" w种类和性质有关，通常在600～800 cC之间。③ 酸
/ }6 w; ~# |/ C& Q溶。通常加入的盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越
5 e7 J B" t- l' Q! `! U高，但考虑到盐酸挥发问题，通常选用质量分数为& P! G6 l) K( O( y, D! y
20％ 左右的盐酸。调整盐基度熟化后即得到聚合
9 w9 {0 k( a1 L氯化铝产品。胡俊虎等[171以煤系高岭土为原料，
7 F9 O/ D, C# a$ [' N- a& E, j( L# B氧化钙为助溶剂，酸浸一步合成制得聚合氯化铝5 D; [ S" M+ r5 e' i# j6 P
铁．干燥后固体产品测得氧化铝的质量分数大于
6 Y1 }; W6 A) Z5 \& W& r, }8 A) k30％ 。0 t) N' u B' D
一水硬铝石或其它难溶于酸的矿石，可用碱法6 r' r2 N' V4 s8 H* R
制备聚合氯化铝。生产工艺前两步与酸法一样，都
& N @4 Z, v0 A8 j8 o2 n需破碎和焙烧，后用碱溶，用碳酸钠或氢氧化钠或
/ i9 _& q6 h& ~1 t7 e0 r' r- Q其它碱与矿粉液反应，制得铝酸钠，再用碳酸氢钠
4 b7 h) Y, z5 p: r6 @和盐酸调节，制得聚合氯化铝。碱法投资大，设备
6 B# c: Y0 K# P9 N+ S8 q% R& L复杂，成本高，一般使用较少。1 n- l" _ d' F7 F& F& P
1．4．2 煤矸石8 g, L9 n; h! ]4 N$ O# F6 ~0 G1 i
煤矸石是洗煤和选煤过程中排出的固体废弃. d% w8 L, a3 ` Z: G2 m* T
物．随着煤炭工业的发展．煤矸石的产量日益剧
' H S% m% I/ ?增，而废弃煤矸石容易污染环境。以煤矸石为原
* A+ r! @: [( A$ a& f+ i; @; T料生产聚合氯化铝，不仅解决了其污染问题，而
7 |7 g* q" h2 ^7 \/ c/ b: F- p且还使其有了使用价值。煤矸石一般含有质量分
- u; O! ^0 t7 G1 H数为l6％ ～36％ 的AI2O 2．5％ ～15％ 的Fe2O 和" @% @; l g. D+ l4 w% u
5l％ ～65％ 的SiO ，利用煤矸石为原料可制得聚合
5 b5 `0 A7 ^' I" M) o氯化铝或聚合氯化铝铁， 自上世纪60年代以来，
/ X6 q* C% M% ~$ v" E% ?已经投入工业化生产。常用的生产工艺是：煤矸石
, d0 o5 {7 ]0 M经破碎和焙烧。在一定温度下加入盐酸反应若干小
' J1 m2 B3 Q+ b; A6 r时后．可加入聚丙烯酰胺进行渣液分离，渣经适当
/ r) a+ c* f. I( e+ F5 O, O0 J0 r处理后可作为制水泥原料，母液经浓缩结晶可制得
4 q, F4 Y: f, t4 I" m9 ?8 a结晶三氯化铝。这时可用沸腾热分解制得聚合氯化
3 Q: X+ U1 j2 ?- e; Y铝，也可采用直接加入一定浓度的氢氧化钠调节盐9 V5 i$ |# b, O
基度制得聚合氯化铝。马艳然等『l。 利用煤矸石为
$ @ b+ q0 Q# u( K' Z/ w原料制备出了符合国家标准的聚合氯化铝产品。9 N% J1 d8 `; }. `) v
1．4．3 铝酸钙矿粉% n/ A3 h' x: B# P% I1 J
铝酸钙粉由铝土矿、碳酸钙和其它配料经高温
+ j& m7 A! Q, S* [* U F3 \煅烧，冷却后磨粉而得。按制作聚合氯化铝方法的, |* N5 @2 H. H/ a
不同，分为碱溶法、酸溶法和两步法。8 O- v* F; L1 ]4 D9 i8 f( j
(1)碱溶法( @8 C( Q, ]# S: Z0 Y5 i
用铝酸钙矿粉与纯碱溶液反应得到偏铝酸钠溶* _0 g0 b' {7 J2 {4 k
液，反应温度为100～ll0 cC，反应4 h左右。后
7 A& ]3 ?* s ?在偏铝酸钠溶液中通人二氧化碳气体，当溶液pH
# P+ t e0 \4 D值为6～8时。形成大量氢氧化铝凝胶，这时停止
2 a7 O' U5 M. |# e" A& f- a* e反应．这一过程反应温度不要超过40 cC，否则会
! W( n9 C' h* @) S. G形成老化的难溶胶体。最后在所生成的氢氧化铝中
7 L; m! u: D1 }- E加入适量的盐酸加热溶解，得到无色、透明、黏稠
: U* l/ [+ s+ Y L& x* r8 A状的液体聚合氯化铝，干燥后得到固体聚合氯化
( k7 U9 W1 z# p4 L+ _铝。此法生产出的产品重金属含量低，纯度高，但
* X' G( H4 o: G& X生产成本较高[19]。
4 C" R0 ^: m: a! P& q/ j/ Q1 h5 z(2)酸溶法
, C! }& \2 v' g# {7 [把铝酸钙粉直接与盐酸反应，调整完盐基度并+ t _- X8 e4 E j0 a0 I
熟化后即得到聚合氯化铝液体产品。该法工艺简, t* c# c) l; N( X4 J
单，投资少，操作方便，生产成本低，但产品的不
) @- O7 a) J0 p5 H3 y溶物，重金属含量较高，固体产品氧化铝含量通常3 t" p" n3 _) }0 }
不高．质量分数约为28％ 左右，产品外观较差，
+ X; W- z$ R, z) c. \( h! |. U铁离子含量高。郑怀礼等 用酸溶法制备了聚合$ n7 O0 L7 j `. K% F1 p1 k
氯化铝铁。5 K [' K# D! \+ Z4 u. h! I
(3)两步法. a' e i4 c$ f7 Z6 d4 `4 M/ n. t
这种生产方法一般采用酸溶两步法的生产工6 G" k/ I& u/ @9 }; D! T
艺，在常压和一定温度下，第一步加较高的盐酸量" G* E, y1 h v( L, T8 i' S
比到铝土矿粉中，使氧化铝尽可能溶出，第二步是
6 Z# B; ^: ?: g1 R3 u" n' a把第一步反应的上清液与新加入的铝酸钙粉反应。
2 c: n% c" i1 Q% C这一步既有氧化铝溶出，又可以调节盐基度。通常& Q3 b7 Z8 I% h# z9 T5 v6 X
第一步的氧化铝能溶出80％ 以上，第二步的氧化; }; P! T& N2 w
铝溶出率在50％ 以下，故第二段沉淀矿渣一般回) L* W/ d% Y# D$ v$ O
流到第一步反应中去。董申伟等 用铝土矿和铝
5 ~" f2 Z4 u% X) ^酸钙粉为原料，采用酸溶两步法工艺，制得了氧化" Q8 a/ W0 h5 G Z* Q+ W
铝的质量分数为10．11％．盐基度为85％ 的液体聚
9 B. u+ d# j5 e j3 @合氯化铝产品。: L& j( x- M$ u7 A$ H( p7 @
1．5 以粉煤灰为原料; {4 I$ g# Q! `4 o' j, ?% P3 U
粉煤灰是火力发电厂水力除灰系统排放的固体1 B4 }* X/ G& a, s% U$ O8 h. f: M* Y
废弃物。由于粉煤灰中约90％ 三氧化铝呈玻璃态． i7 }% i: k6 f* \" E1 v9 S0 Z+ J
活性不高。酸溶很难直接把三氧化铝溶解。以往通8 D" k% U. [0 P5 l
常采用碱石灰法。但设备投资大，对设备腐绌性5 Z* G7 W) r% C8 _; x; j
高，能耗大且需大量纯碱，实际生产意义不大。有
4 {2 E1 ~5 f: I' `! A) f# ~人用KF、NH4F等作为助溶剂打开硅铝键，再用酸0 w% V2 ~6 c/ T0 P. E" A' M
溶，以提高氧化铝溶出率．酸溶后得到氯化铝，再9 d* s" N4 w& b( S( x
用热解法或用氢氧化钠调节盐基度。陆胜等 用2 o- f4 B8 V) H9 w: D X- K8 |3 N
粉煤灰为原料，NH F为助溶剂，制得了聚合氯化2 _; J2 V5 d$ \: g3 a
铝产品，据称能耗低。. v1 S* `6 j8 ^* \9 M/ _
2 国内聚合氯化铝制作过程中存在的难点问题及
# I# h" @3 k$ N9 @解决建议
8 q4 d7 ] X& `我国对聚合氯化铝研究较晚，但发展迅速，随: l! m; \! V1 o' F4 c5 o4 {
着聚合氯化铝的广泛应用，对其研究也需深化。国, k9 B' o2 v/ O! J. B
内虽对聚合氯化铝中铝离子水解形态研究了多年，
# H* r$ K" s0 K" @# t% B' Y) b但仍未取得一致共识，汤鸿霄等学者认为A1 为最
- v( r& Z, b' a6 {1 d佳组分。其含量越高。絮凝效果越好。但也有学者" G( i) U+ P& D6 y" a" R
认为A1 并不是决定混凝效果的首要因素 引，这方; j9 R; T' B$ v) j' R. R3 \
面是近几年的研究热点。也是难点， 需进一步研9 D, g. i+ r$ t U. _ `
究；由于聚合氯化铝确切形态复杂，目前用盐基度# x6 E+ T V( \9 R$ i2 K1 L$ \
反映其聚合程度和絮凝效果，而没有考虑钙、铁、8 {& D1 L O; D7 e1 J1 D
硅等离子参与聚合对盐基度计算的影响，而上述离8 l9 `& c( F3 o% }1 t( N# {. c
子一般对絮凝效果有着促进作用，这些难点都需深
# g( N; q( V" B6 x8 Z入研究。国内PAC_T业在产品制备中，主要存在
* }2 {/ |7 U) |- t+ }9 [7 c以下难点问题
* b% ]/ b, Z$ H. n( k- z2 @( m1 q* e2．1 产品纯度问题
. t7 y2 B. g& |7 N氧化铝含量是聚合氯化铝产品的重要指标。通
! ^& t' H* S, m. Y3 \: t7 T2 P' J& n常认为其含量越高、纯度越高，说明品质愈好，我3 _+ o2 u. V( F+ r- Q! X
国聚合氯化铝行业中，除少数企业能生产部分系列
. Y1 L4 q8 |5 c$ r7 G/ `: p产品及专用产品外。大多数企业都是以铝土矿、铝' Y+ R. X3 _ l3 U
酸钙和副产盐酸生产单一的低品质聚合氯化铝产
7 ~9 f8 X0 {% H( H品，生产规模小．技术含量低，产品有效成分氧化( l. O+ E( M" \' g. @; O! }
铝含量低、杂质多，而高效、廉价的复合型聚合铝
6 [ s" `; Y* ~7 @) W+ m盐和高纯度聚合氯化铝产品很少，满足不了市场需- s$ k) f+ W7 F
求，特别是满足不了造纸工业对高纯度聚合氯化铝
! h2 B: U( o% f" N: l产品的需要。这方面既是难点，也是研究热点之
( j1 y( [$ b0 Q4 h: k0 {8 p一
`$ ?8 }: b e( t- E, C。因此，企业应该避免短期投资行为，应积极推4 W+ J4 e; h7 @* G' {, d( x R. c4 l
广新工艺技术，提高生产技术水平，同时需加大新; ?+ I9 U/ ?2 Z: S/ B$ K' n
产品开发力度。
' f, Q& C6 f8 P$ L* B- K4 f2．2 不溶物的问题& ^- M& |! S0 S2 p5 e( D, G
国家标准对市售聚合氯化铝的不溶物含量作了# H3 e' O$ J: f+ x
明确规定。因国内企业一般选用矿物作为原料，而% ^- i7 d- A4 i. K7 E
矿物等原材料一般成分复杂，并需经过破碎等加
1 b z; E! C5 {' X0 Z成粉末。且粉末越细，氧化铝溶出率越高。但是相
+ w! X( S1 d$ U8 g( C- d应不溶物等杂质也就越难沉淀。因此如何有效降低9 O8 h7 H# L; r3 z
不溶物是聚合氯化铝生产急需解决的难点问题。解3 @0 k. D) q, e$ w0 T9 }( j1 o
决方案除合理DI1．T．矿物和选择丁艺外，固液分离效- e" B- f6 H7 d( d
果与不溶物含量有直接联系，合理的分离方法选择
% N0 c, g2 b2 y- \' [6 d4 v也是重要的环节之一，常用固液分离方法有：①
) o# H. ]% t5 k8 P自然沉淀法。但通常需要时间长，不适用占地面积 B a8 V; Z/ Z* z8 f
小的厂家。② 板框压滤机压滤，但投资大，能耗
! Y3 W& y$ `: r; c! R5 r! u. C高。③ 投加聚丙烯酰胺等助凝剂，控制好投加量，
, {1 n0 E- f7 S3 X通常会取得较好的效果。
0 _" R" Y1 X3 l: y7 l; J2．3 盐基度问题: n2 e0 h e. C' |1 y( B0 Y1 A
盐基度越高通常产品的絮凝作用越好。一般可4 R$ y4 t( g2 ?
在低盐基度产品中投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、碳4 c5 m+ t( R! ^* i
酸铝、氢氧化钠凝胶、石灰等来提高盐基度。若考/ Q4 a* U4 d* ?. e$ U
虑到不引入重金属和其它杂质。一般采用加铝屑和
* V8 J! F, g" e; s* n' y铝酸钠的方法。但成本要高于铝酸钙和铝灰， 目前 M: i5 ]- {; [/ N5 e! q9 @
国内较多企业采用铝酸钙调整盐基度。( g+ u0 d, N' ~* m
2．4 重金属等有害离子的去除问题; b$ [4 b* @1 \3 _. H
某些原料中重金属等有害离子含量很高。可以
, l% T7 o; K9 [! j9 y$ r/ w在酸溶过程中加入硫化钠、硫化钙等硫化物．使有
3 C. | i( |* a. h) Z' o" l8 q害离子生成硫化物沉淀而去除；也可以考虑用铝屑( z" _& w: H- @; T: v) E' G
置换和活性炭吸附的方法去除重金属等有害离子。4 ~ }( E1 @1 C% w% | ^; g7 D
2．5 盐酸投加量问题
( n4 Q8 h% K6 F! V: b0 ^制备聚合氯化铝方法很多，但实现一定规模工4 j8 S+ C" h. h
业化生产的是酸溶法和碱溶法，其中由于生产成- v& {0 w- Q8 l3 }' R8 `" e+ O7 ^
本、氧化铝溶出率等问题。酸溶法实际应用较碱溶3 I) z- @4 H) ^: ^) x9 r9 Z ^2 `
法多，而酸溶涉及到盐酸浓度、盐酸投加量等问
3 k6 J! ]# s, V2 L题。盐酸浓度越高，氧化铝溶出率越大，但盐酸挥
+ q1 a- X) X' K0 m8 K3 L发也就越厉害，故要合理配置盐酸浓度。质量分数
- u( n/ j7 i, o' D通常为20％ 左右；盐酸投加量少，氧化铝溶出率# ?! z1 R" F. d& B* P
低．而投加量大时．制备出的聚合氯化铝盐基度+ ~4 | B& c: R" r3 v; o+ {, S
低、腐蚀性强。运输困难，故需合理投加盐酸量。$ ^. ]$ ^0 y6 h" y) q. |/ V
3 结语与展望; q% V, |( @" m) D
聚合氯化铝在国内外是发展较快的精细化工产
/ U4 r6 k# R4 e/ o" v品．在斜管填料中是一种高效的聚合氯化铝，其研发对水
) E& e5 U% u. a处理及精细化工具有重要意义。目前在产品开发上( F% ]' J4 h1 S$ z3 g3 D6 j
有两个方向．一是开发新材料制备聚合氯化铝产: |' ~, B8 ]: |& H0 b# Y" q
品，以铝屑、铝灰及铝渣等原料制备聚合氯化铝产
2 y# q1 f! y3 d( q' A) J$ b2 Z, k品，工艺较为简单，早期发展较为迅速，但近年来
" H" M! [" P. j; j由于含铝屑、铝灰等含铝材料的价格上涨，以及利
9 s! }1 N3 v! A0 e, D6 O# S用其生产其它具有更高价值的含铝产品的出现，用
5 W. l3 }/ }0 Y( m! t( f此原料生产聚合氯化铝已日益减少。以氢氧化铝、1 {; a+ K2 c1 i: m. g7 K8 J f9 B
氯化铝为原料生产成本太高，故目前国内一般采用
& p4 J* I. b; P5 ^- b0 Y( h6 a V含铝矿物为原料制备聚合氯化铝。近年来利用工业
) X4 R- h4 R* L) V6 l. y; M生产的废弃物(粉煤灰、煤矸石)作为原材料的研究
% C; B3 Q! Z* P应引起足够重视．利用工业废弃物作为原料来生产
9 t& h( \0 \# B' A' V% _聚合氯化铝既节省材料费，又能使废物循环利用，# x1 }; B7 f5 i& a1 ^8 |
是非常有市场应用前景的研究领域 另外一个方向! h" d3 C6 `! K& g4 v, E% 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3 w7 P4 v' b, `# [* L
配应用的研究，复合或复配药剂可以弥补单一絮凝
f4 ^5 l5 u4 z5 K5 |# N, j剂的不足，兼具了各自单一聚合氯化铝的优点，适应范9 P/ z1 q0 I, w+ L: F) T- k1 p
围广，还能提高有机物的去除率，降低残留金属离& w* A$ B1 R9 }6 q7 I: Z
子浓度，能明显提高絮凝效果。此外， 目前国内
/ h1 q6 B" Q f8 X6 N: U8 ]PAC的生产工艺多为间歇生产，污染严重，原料' f0 o/ {2 L( L" d$ }
利用率低，产品质量不稳定，开发高效连续化生产
x2 r% {# ^* L+ b- m, x, g工艺，必将成为今后工业生产研究的热点
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+ |) _, _- F2 ~' i* L% P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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