中国铝铁盐工业的现状及发展趋势

何青峰，何朝晖，杨玉梅，王开宝，黄 河，刘晓菲，高 力，李雅丽，李娇艳

（1.衡阳市建衡实业有限公司，湖南衡阳421005；2.中海油天津化工研究设计院有限公司）

铝铁盐是无机盐产品中的两类基本品种，主要用于水处理、造纸和食品添加剂等领域，主要产品有硫酸铝、聚氯化铝、明矾、聚合硫酸铁和氯化铁等。20世纪80年代初期，中国铝铁盐产品主要以硫酸铝为主，生产厂家有10家，代表企业有南方地区的衡阳建衡化工厂和北方地区的山东淄博制酸厂，总产量不足5万t/a［1］。其他铝铁盐产品的产能及应用较少，如聚氯化铝、氯化铁和聚合硫酸铁，少量用于水处理行业［2］。随着国家环保要求的提高和城市水处理量的增加，中国铝铁盐行业得到了飞速发展，工艺技术不断升级，产量快速增长，产能逐步向优势企业集中。但是，由于准入门槛相对较低，也存在盲目上马、重复建设、产能严重过剩、市场无序竞争等问题。

1 中国铝铁盐行业发展现状

1.1 生产能力

近年来，随着中国环保要求的提高和净水工业的飞速发展，铝铁盐行业也得到了迅猛发展，新技术、新工艺、新设备、新材料被广泛采用，铝铁盐生产企业的数量急剧增加，技术水平及生产规模有了大幅度提高。据不完全统计，目前中国硫酸铝产能（折固，下同）已达到135万t/a，其中产能在10万t/a以上的厂家有2家（衡阳建衡实业开发的连续自动化生产新技术等），产能在5万t/a以上的厂家有10家；聚氯化铝产能接近750万t/a，其中产能在15万t/a以上的厂家有10家（衡阳建衡实业开发的连续自动化高纯颗粒产品新技术和巩义富源开发的96个滚筒多层浓缩干燥、尾气集中收集处理新技术等），产能在10万t/a以上的厂家有35家；铁盐产能达到380万t/a，产能在10万t/a以上的厂家有10家，产能在5万t/a以上的厂家有20家；明矾产能为30万t/a，生产企业较少，生产厂家仅有16家（衡阳建衡实业开发的块状结晶连续自动化生产新技术等）［3］。

1.2 生产工艺及装备

1.2.1 硫酸铝

硫酸铝生产技术已经成熟，由20世纪80年代初的煅烧矾土常压酸溶法变革为铝土矿加压酸溶法［4］，使得硫酸铝的生产能耗大大降低，成为现在的主流生产工艺。以铝土矿为原料的加压反应，虽然大大降低了硫酸铝的生产能耗，但是还是会产生大量的铝矿渣。随着社会的发展，环保要求越来越严格，大量的铝矿渣如何处理成为硫酸铝生产企业的负担，后续同样需要大量的能耗进行浓缩结晶。为解决以上问题，目前生产厂家特别是新建生产企业多采用氢氧化铝和硫酸一步反应，得到硫酸铝产品。与之前的工艺相比，该工艺原料成本有所增加，但是杜绝了铝矿渣的产生，又无需外部能源，同时产品杂质含量更低，符合生活饮用水用硫酸铝国标的要求。

硫酸铝的主要生产工序包括磨粉、反应、过滤、浓缩、结晶和包装等。铝土矿的磨粉由球磨磨粉发展为雷蒙磨磨粉，粒度更均匀，同时节省了能耗，提高了效率，占用场地更少，机械化程度更高，如从破碎、磨粉到湿送全部机械化封闭运行，降低了员工的劳动强度，减少了粉尘产生量，便于大规模生产［5］。反应釜由常压衬铅釜发展为低压搪瓷釜或衬耐酸瓷砖釜，避免了搪铅作业带来的职业健康危害以及产品重金属含量超标的风险，同时使用的衬耐酸瓷砖釜设备耐磨、耐腐蚀、易维修、使用周期长，不会像搪瓷釜一样一旦穿孔容易报废。固液分离由沉渣池发展为板框压滤机，铝土矿渣经过池子沉降、存放到废弃的过程不环保，同时渣内含有50%（质量分数）以上的铝液；现在使用压滤除渣再经过水洗，渣的水分质量分数为15%～25%，减少了渣中铝液的含量，又使得铝矿渣能正常运输到水泥厂使用。浓缩设备所用的蒸发管由过去的铅排管发展到钛排管最后发展到钛管阳极保护。蒸发器使用寿命由原来的1 a延长到8 a甚至更长，另外有的厂家使用铜质蒸发器、石墨蒸发器，使用时间也在3 a以上，热效率提高2倍以上。浓缩锅绝大部分使用圆桶浓缩锅，除此之外如使用长方形槽浓缩锅，锅的高度只有0.5 m，增加了水分蒸发面积，最主要的是便于一级浓缩后的余热进入二级长方形预热槽，使二级预热槽铝液的温度提高到90℃，在一定程度上节约了能源。2010年后，建衡实业研发连续自动化专利技术取代了浓缩工艺，结晶设备由结晶池和滚筒发展为钢带结晶机，而且自动包装和机器人码包，大幅度提高了产能，降低了员工的劳动强度，使得劳动效率提高2倍以上，产品质量也稳定提高。

1.2.2 聚氯化铝

聚氯化铝生产技术逐渐走向成熟，由20世纪70年代初的铝灰一步法发展为如今的氢氧化铝一步法和铝酸钙粉两步法。氢氧化铝一步法主要采用加压工艺，采用盐酸和氢氧化铝一步反应的方式得到产品，机械自动化程度高，生产的产品品质好，能完全满足即将出台的饮用水用聚氯化铝新国标的要求，但是其对反应设备要求高，工艺控制更严格［6］。铝酸钙粉两步法主要是以氢氧化铝或轻烧铝矾土及铝酸钙为原料，生产的产品品种多，适用范围广，从工业低端产品到饮用水用产品都能生产，但是自动化程度较低，劳动强度相对较大，目前中国绝大多数企业采用此工艺［7］。

聚氯化铝生产装备主要包括反应釜、酸雾吸收塔、压滤机、干燥机（喷雾干燥机或滚筒干燥机）、供热锅炉（或热风炉）等。常压反应釜最常用的是玻璃钢反应釜，正常使用寿命为5 a左右，代表企业如巩义富源净水材料公司。现在发展为表面衬瓷的300 m3耐酸地下反应池，正常使用寿命可达5 a。加压反应釜一般采用F型10 m3搪瓷釜，正常使用寿命为2 a左右，广西平果锋华维护保养到位，使用寿命达3 a以上，鑫荷化工研发钢衬硅瓷砖30 m3反应釜以及山东中铝采用30 m3进口搪瓷釜运行良好。滚筒干燥机采用的材质为碳钢，热源为水蒸气或导热油，正常使用寿命仅1 a左右，重庆蓝洁利用滚筒尾气余热多效闪蒸干燥的工艺技术，能耗大幅度降低。喷雾干燥装置由喷雾干燥塔、热风炉和除尘系统组成。喷雾方式可分为离心式和压力式两种，目前中国企业多采用离心式雾化。干燥塔采用不锈钢板制作，热源为热风，正常使用寿命为8 a左右。建衡实业和帕特斯研发利用喷雾热风尾气浓缩技术使产能大幅度提高，能耗降低30%以上。

1.2.3 氯化铁和聚合硫酸铁

氯化铁生产工艺由干法转为湿法。干法生产工艺是用铁屑与氯气反应，由于氯气是剧毒化学品，生产中存在极大的安全隐患。现在用于水处理的氯化铁基本采用湿法工艺，用氯化亚铁与氧气反应，通过催化氧化生产出液体产品，从而降低了安全风险。

聚合硫酸铁生产工艺由硫酸亚铁直接氧化法转为催化氧化法［8］。聚合硫酸铁的发展得益于中国钛白粉行业的快速发展，硫酸法钛白粉的生产副产大量的硫酸亚铁和质量分数约为20%的废硫酸，中国多数聚合硫酸铁的生产是利用硫酸法钛白粉副产的硫酸亚铁和质量分数约为20%的废硫酸与氧气进行催化氧化生产［9］。液体聚合硫酸铁的生产设备主要包括反应釜、喷射器和液氧储存及气化器；固体产品的生产装备采用了跟生产聚氯化铝固体产品同类的喷雾干燥装置。中国主要以液体聚合硫酸铁的生产为主，固体聚合硫酸铁的产能不多［10］。

1.2.4 明矾

钾明矾生产工艺主要分为明矾石生产工艺、硫酸铝与硫酸钾合成工艺两种［11］。明矾石生产工艺主要以天然明矾石焙烧、风化、反应、沉渣、结晶工序构成，生产设备简单、投资少、成本低，但是生产废渣多、污染严重、周期长、劳动强度大、占地面积多。硫酸铝与硫酸钾合成工艺是以铝矾土或氢氧化铝先生产硫酸铝再与硫酸钾反应、结晶，生产周期短、产品质量好、劳动强度相对较低、占地面积也不大［12］。由于国家限铝政策，明矾市场使用量大幅减少，市场竞争激烈，目前中国已没有厂家采用明矾石生产工艺，均被硫酸铝法工艺取代。铵明矾一般采用硫酸铝与硫酸铵合成法，生产方法与钾明矾合成法相同。

1.3 主要应用领域

1.3.1 水处理行业

20世纪90年代以前，在生活饮用水、工业用水和废水处理中主要使用硫酸铝，消费量约占硫酸铝总产量的30%。近年来，随着聚氯化铝、聚合硫酸铁等无机高效混凝剂的出现，替代了硫酸铝在水处理中的绝大部分市场。目前，在生活饮用水、工业用水、工业废水和城市污水的处理方面，转变成了以使用聚氯化铝为主使用聚合硫酸铁、硫酸铝、氯化铁为辅的格局。

1.3.2 造纸行业

自20世纪80年代起，国内外造纸工业逐步由酸性施胶工艺改为以中碱性施胶工艺为主，硫酸铝作为酸性施胶剂在造纸行业中的用量大幅减少，中性施胶剂聚氯化铝需求量有所增加。在造纸行业废水处理中现主要使用聚氯化铝、聚合硫酸铁。

1.3.3 混凝土外加剂行业

近年来随着国家大型基建工程的蓬勃发展，使得混凝土速凝剂的用量越来越大。过去混凝土速凝剂主要以碱性速凝剂为主，随着新国标的颁布实施，有碱速凝剂被无碱速凝剂替代。无碱速凝剂的主要成分是硫酸铝［13］，这使得硫酸铝又有了新的应用领域，于是硫酸铝的需求量近几年大幅增加。但是，随着国家高铁、高速公路投资高峰期过后，混凝土速凝剂硫酸铝的使用量将逐渐减少。

1.3.4 其他行业

目前铝铁盐产品除主要应用于生活饮用水、工业用水、工业废水和污水以及污泥处理外，铝盐还可用于医药、化妆品、催化剂、精密铸造及钛白粉后处理等。随着新能源电池的快速发展，硫酸铝在此领域的应用也值得关注。

1.4 环保治理

中国铝铁盐工业的环保治理，同其他行业基本一致，都经历了从无到有逐步完善的过程。随着国家对环境保护的日益重视，国家发布了GB 31573—2015《无机化学工业污染物排放标准》，许多地方政府还制订了超低排放标准，加快了铝铁盐行业进入化工园区的步伐。行业内的企业大幅度增加环保处理设施的投入，实现废水零排放、废渣综合利用或集中堆放、废气达标排放。建衡实业公司作为铝铁盐行业的龙头企业率先退城搬迁进入化工园区，在生产工艺进行智能化自动化改造的同时，更加注重节能减排环保设施的投入，不同铝铁盐产品废水实现了全封闭循环利用，废渣综合利用制作水泥、空气砖、红砖等建筑材料，废气采用一级水洗喷淋和二级、三级碱洗喷淋以及自动加碱装置，锅炉（热风炉）尾气进行脱硫、脱硝处理，并安装了酸雾及锅炉（热风炉）在线监测装置，实时监控尾气排放，实现了尾气超低排放，在行业内起到了表率作用［14］。

2 中国铝铁盐工业存在的问题

虽然中国的铝铁盐工业已有很大的发展，但是由于原料、物流、水、电、工资等大幅度提价，环保要求提高，而产品售价仍然维持在20世纪90年代初的水平，市场状况欠佳，导致效益下滑，有些企业甚至关停倒闭，整个行业处于艰难时期［15］。在产品质量、品种及应用等方面，与国外发达国家相比，也还有一定的差距。当前，应对铝铁盐行业存在的问题进行认真探索，取得全行业共识，采取相应对策，保证中国铝铁盐工业的持续、稳定、健康发展。目前，中国铝铁盐行业主要存在以下几个方面的问题。

2.1 替代品逐步扩张，产品研发投入不足，产品应用开发滞后

中国的铝铁盐企业，由于产品价值低、受到销售半径的限制，大多生产规模不大、利润较低，因缺乏长期的研发投入，造成目前产品比较单一，基本以生产水处理剂和造纸用铝铁盐产品为主，较少有企业去专门研发专用产品，如针对不同水质的产品、钛白专用产品、速凝剂专用产品等。尤其是硫酸铝产品，在中国的饮用水行业几乎很少使用硫酸铝，而由聚氯化铝所取代。在造纸行业，生产高档纸及规模大的造纸厂，一般使用中性施胶剂及聚氯化铝。尽管近些年造纸行业快速发展，但是硫酸铝在造纸行业中的用量却在逐步下降，而硫酸铝产品的应用开发滞后，例如：国外硫酸铝在绝热材料、绝缘材料、饲料添加剂的应用方面有相当大的市场，在中国却尚未见此类报道。

2.2 竞相压价，损害企业及行业利益

目前，铝铁盐产能严重过剩，产品供大于求，原料、工资大幅提价，但是产品价格不涨反跌。针对此种情况，有些企业不是采取措施，如适当压缩产量、提高产品质量、调整产品结构，通过创新技术增强核心竞争能力、开发新用途等，而是采取消极态度低价竞争，影响行业健康有序发展。

2.3 使用含铝废料或废酸生产不符合国标的产品

有些企业，为降低成本使用含有大量有机物的工业废酸和某些含重金属的铝铁废料生产铝铁盐产品，并以超低的价格投放市场。新修订的铝铁盐国家标准虽然明确规定了使用原料的范围，但是实际操作时很少有部门和组织对生产企业使用的原料进行监督，许多有毒有害的物质随着不合规的原料被带入产品，然后进入各种水体中，而这些有害成分又不在国标检测范围内，如有毒有机物成分没有指标要求等，这些有害成分将对水体和环境带来很大的安全隐患。特别是这些产品若应用于生活饮用水处理，将会给饮用水的品质带来极大的安全风险，也对整个铝铁盐市场的健康发展造成严重的不良影响。

3 铝铁盐行业的发展趋势

3.1 产品市场需求总量将略有增长，但增速减慢

由于新冠疫情的影响，尤其是海外疫情的持续加剧，2020年铝铁盐产品出口受到较大冲击，经济下行压力加大，部分低端的、污染大的产品产能向东南亚等不发达地区转移。随着水处理技术的不断创新，如膜处理技术、生化技术等的推广，铝铁盐的水处理市场需求骤减，产品价格持续下降，企业效益不容乐观。但是，铝铁盐的水处理市场在城镇推广还将持续增长，所以今后铝铁盐的市场需求将保持略有增长但增速减慢的趋势［16］。

3.2 市场竞争加剧，产能将逐渐向优势企业集中

中国铝铁盐企业主要分布在资源丰富和市场需求量较大的区域，中国铝铁盐产能已突破1 200万t/a，还有部分新建的产能即将投产，而中国的铝铁盐市场需求量约为800万t/a。因此，中国的铝铁盐产能已严重过剩，行业内部分企业处于停工或以低利润维持生存，而少数具有资源优势、靠近市场、规模大、机械自动化水平高且拥有核心技术的企业，将会通过市场重整得到进一步的发展壮大，中国的铝铁盐产能将逐渐向少数优势企业集中。

3.3 加快新品种、新用途的研究，扩大应用范围

在新品种开发方面，以硫酸铝为原料，在国外广泛用于聚硫酸铝、聚硅硫酸铝的生产，主要用于生活用水和工业给水的除浊、脱色和污水治理。早在20世纪90年代，中国已经开始对聚硫酸铝、聚硅硫酸铝［17］、聚硅氯化铝［18］以及聚硅酸铁［19］等产品进行研究，但是至今未见工业化规模生产。硫酸铝在绝热材料、绝缘材料、饲料添加剂［20］、电子化学品以及铝铁盐特种聚合物、复合材料等应用方面仍有相当大的市场，在中国也少见此方面的报道［21］。中国铝铁盐企业，只有在开发新品种、满足社会需要、开展新用途研究、扩大应用领域、增加产品附加值及市场竞争能力上不断努力，铝铁盐产品才可能有较好的发展前景。

3.4 创新驱动高质量发展，打造名优品牌

纵观铝铁盐市场行情，从行业现有技术出发，目前市场上铝铁盐产品质量相差并不大；从客户立场出发，他们更关注的是铝铁盐厂家所提供的技术产品及服务质量。从长期竞争来看，以科技创新驱动企业发展、实施卓越绩效管理模式、提高质量管理水平和自主创新能力、建立铝铁盐产品品牌营销，是企业长期发展的必要途径。

3.5 铁盐作为水处理混凝剂，在废水处理中所占比重将快速提升

中国的铁盐产品，因为大多综合利用钛白行业的副产亚铁、钢铁行业的酸洗亚铁，原料易得、价格低廉。与铝盐产品相比，铁盐产品生产工艺简单、成本较低［22］；在环保方面没有废渣、废气、废水产生；在使用时也不受低温、低浊的影响。因此铁盐产品以其廉价、高效的优势在废水处理中所占的比重越来越大。