鋁酸鈣粉制備聚合氯化鋁

摘 要：探索鋁酸鈣粉酸溶一步法制備聚合氯化鋁（PAC）方法，先通過(guò)鹽酸投加量梯度實(shí)驗(yàn)確定鹽酸投加量與制得聚合氯化鋁的Al2O3含量和鹽基度的關(guān)系，接著通過(guò)混凝實(shí)驗(yàn)得到不同鹽酸投加量組對(duì)河水的處理效果，以UV254和濁度作為評(píng)判指標(biāo)，結(jié)合鹽酸投加量與制得聚合氯化鋁的Al2O3含量和鹽基度的關(guān)系，確定最佳的投加量為：鋁酸鈣粉20g，鹽酸50ml，蒸餾水150ml，并對(duì)鹽酸與水的投加方式進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳投加比例為：鋁酸鈣粉40g，鹽酸100ml，蒸餾水100ml，制得的產(chǎn)品Al2O3含量達(dá)到12.1%，鹽基度達(dá)85%，僅用鋁酸鈣粉作為原料就可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：PAC；投加量；投加方式

用鈣鋁粉作為原料制備聚合氯化（PAC）鋁是我國(guó)首創(chuàng)，鈣鋁粉價(jià)格便宜，且制得的產(chǎn)品呈堿性，堿化度與鋁含量都相對(duì)較高，具有良好的酸性能，用它作原料生產(chǎn)聚合氯化鋁可在常溫常壓下進(jìn)行，對(duì)低濁度水、含油廢水以及工業(yè)廢水都有不錯(cuò)的處理效果。[1]雖然聚合氯化鋁的優(yōu)點(diǎn)很多，制備方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但是制備過(guò)程中關(guān)于鹽酸與水的投加量，仍是一個(gè)難以解決的問(wèn)題。基于此問(wèn)題，我們對(duì)聚合氯化鋁制備過(guò)程中，鹽酸與水的投加量展開(kāi)研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

1.1.1 主要試劑

鹽酸（AR），鋁酸鈣粉（Al2O3含量為52%）。

1.1.2 主要儀器

JB2000-D強(qiáng)力電動(dòng)攪拌器，上海羽通儀器儀表廠(chǎng)；752S紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海棱光技術(shù)有限公司；JJ-4數(shù)顯六聯(lián)電動(dòng)攪拌器，金壇市精達(dá)儀器制造有限公司；XU12-WZT-200數(shù)字濁度儀，北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司；標(biāo)準(zhǔn)口四口燒瓶，冷凝回流裝置，溫度計(jì)（量程大于100℃）

1.2 聚合氯化鋁的制備

1.2.1 確定鹽酸用量

第一組：20g鋁酸鈣粉+30ml濃鹽酸+170ml水

第二組：20g鋁酸鈣粉+40ml濃鹽酸+160ml水

第三組：20g鋁酸鈣粉+50ml濃鹽酸+150ml水

第四組：20g鋁酸鈣粉+60ml濃鹽酸+140ml水

第五組：20g鋁酸鈣粉+70ml濃鹽酸+130ml水

按照上述各組比例投加原料，保證液體總量相同。

先將鋁酸鈣粉放入四口燒瓶中，四口燒瓶的四個(gè)口分別接攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)、軟木塞。加入適量水，開(kāi)始加入鹽酸，此過(guò)程水浴加熱97℃，攪拌器轉(zhuǎn)速在300r/min左右。反應(yīng)時(shí)間2h，靜置24h，取上清液進(jìn)行測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.2.2 確定水的用量

在確定鹽酸用量后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況：當(dāng)反應(yīng)過(guò)于劇烈時(shí)，應(yīng)加少量水抑制，水的投加，應(yīng)少量分多次投加。應(yīng)當(dāng)注意，鹽酸濃度不要太高，否則反應(yīng)器內(nèi)容易暴沸，熟化1d后沉淀較多，且容易出沫，溫度上升過(guò)快會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)溫度超過(guò)最佳的酸浸溫度，會(huì)使溶出率降低[2]，因此我們必須保證水的投加量一定的情況下，使得反應(yīng)過(guò)程中鹽酸的濃度保持較低水平。

1.3 絮凝實(shí)驗(yàn)方法

稱(chēng)取聚合氯化鋁試樣，稀釋Al2O3含量1mg/ml～10mg/ml。將河水（用聚乙烯塑料桶取樣）放入六個(gè)完全相同的1000ml燒杯中，加至刻度線(xiàn)處，用移液槍取聚合氯化鋁稀釋液，依大小順序加入相應(yīng)燒杯中。混合：轉(zhuǎn)速600r/s，用六聯(lián)攪拌器攪拌1min；絮凝：60r/min，攪拌30min；沉淀：靜止30min。[3]

1.4 各水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定方法

濁度：利用濁度儀直接測(cè)定；

UV254（反映水中大分子有機(jī)物等的多少）：用紫外分光光度計(jì)，測(cè)定溶液在波長(zhǎng)為254nm處的吸光度。[4]利用下面公式計(jì)算：

UV254=[A/b]×D

式中：UV254——UV值，cm-1；b——比色皿光程，cm；A——實(shí)測(cè)的吸光度；D——稀釋因子，由不含有機(jī)物蒸餾水水的稀釋引起（=最終水樣量/初始水樣量）；

Al2O3含量：GB15892-2009；[3]

鹽基度：GB15892-2009；[3]

2 結(jié)果與討論

2.1鹽酸投加量的確定

從表1可以看出，隨著鹽酸投加量的增加，Al2O3含量（%）逐漸增加，而鹽基度（%）逐漸減小。由于第一組鹽酸投加量過(guò)小，導(dǎo)致反應(yīng)器底部有大量鋁酸鈣粉未反應(yīng)，故將此組視為失敗組。第二組制得的聚合氯化鋁為乳白色，第三、四組制得的聚合氯化鋁為棕紅色，第五組的聚合氯化鋁為黃色，且其中有許多黃色的懸浮顆粒物。鹽酸投加量增多，鋁含量增多，但鹽基度減少較多，對(duì)產(chǎn)品影響很大。因此很難判斷最適的鹽酸投加量，有必要做混凝沉淀實(shí)驗(yàn)。

很顯然，第二組（鋁酸鈣粉：鹽酸為2：5）對(duì)UV254去除效果最好，第一組和第四組對(duì)濁度處理效果較好，第二組對(duì)濁度的去除達(dá)到70%左右，對(duì)河水的處理效果都不錯(cuò)。

從表1已得出鹽酸投加量較少時(shí)鹽基度較高，鋁的溶出率較低，要想獲得較好的混凝處理效果，必須適量保持在鋁含量較高的情況下，保持較高的鹽基度。綜合圖1和圖2，第二組對(duì)河水的處理效果最好，我們可暫時(shí)選定此比例，作為最佳比例。

2.2 水的投加量以及投加方式的確定

如果想用上述比例制備聚合氯化鋁，將制得的產(chǎn)品用于水質(zhì)較差或難難處理的工業(yè)廢水，還必須對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，最終的優(yōu)化方案如下：

20g鋁酸鈣粉+40ml水，水浴溫度97℃，待溫度恒定后，開(kāi)始滴加鹽酸50ml，過(guò)程加水少許。后再加20g鋁酸鈣粉，再次滴加濃鹽酸50ml，過(guò)程加水少許。此過(guò)程共加水100ml。將制得的產(chǎn)品倒入燒杯中，水浴60℃，靜置24h。

利用優(yōu)化方案制得的聚合氯化鋁Al2O3含量可達(dá)12.1%，鹽基度可達(dá)85%，只用鋁酸鈣粉作為原料，就可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，制得的產(chǎn)品完全可用于較難處理廢水的混凝沉淀。

3 結(jié)論與建議

（1）用鋁酸鈣粉酸溶一步法制備聚合氯化鋁，可采用40g鈣鋁粉：100ml濃鹽酸：100ml水的比例。制備過(guò)程中要嚴(yán)格控制鹽酸的投加速度，水的投加量不可過(guò)少。

（2）應(yīng)保證反應(yīng)溫度達(dá)到90℃左右。在較低反應(yīng)溫度時(shí)，溶出率隨溫度的升高而逐漸增大，當(dāng)大于90℃后，溶出率趨緩。[2]當(dāng)水浴溫度為97℃時(shí)，可保證內(nèi)部溶液溫度為90℃左右。

（3）水一定要少量分多次投加。一次加入過(guò)多水會(huì)抑制反應(yīng)的進(jìn)行，應(yīng)該在反應(yīng)容器內(nèi)溶液變得很稠或暴沸時(shí)投加。

參考文獻(xiàn)

[1]欒兆坤，湯鴻霄.我國(guó)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與規(guī)劃[J].工業(yè)水處理，2000，11：1-2.

[2]殷洪水，王琦，李玉瑩.鋁酸鈣粉制備聚合氯化鋁生產(chǎn)條件實(shí)驗(yàn)研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，8：421-423.

[3]GB15892-2009.生活飲用水用聚合氯化鋁[S].Al2O3含量的測(cè)定，鹽基度的測(cè)定，混凝性能的判定.

[4]蔣紹階，劉宗源.UV254的檢測(cè)方法[C].中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)水工業(yè)分會(huì)給水委員會(huì)第八次年會(huì)，2001，10.