水處理混凝劑PAC的生產技術與表征

馬 莉

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

水處理混凝劑PAC的生產技術與表征

馬 莉

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

聚合氯化鋁(poly-aluminum chloride，簡稱PAC)是目前市售水處理混凝劑中銷量最大的無機高分子產品，也是應用范圍最廣的無機混凝劑。主要介紹了聚合氯化鋁的幾種工業生產工藝及重要指標的表征技術，并分析了PAC的現狀和發展趨勢。

PAC；生產工藝；表征；氧化鋁；鹽基度

引 言

聚合氯化鋁是20世紀60年代末發展起來的一種含有不同量羥基的高效混凝劑，廣泛應用于城鄉自來水、工業污水、工業循環水以及生活污水的凈化等。與傳統的無機低分子鋁鹽(如，硫酸鋁和氯化鋁等)絮凝劑相比，聚合氯化鋁由于含有更多的高電價電荷，因而具有更強的電中和能力和更強的吸附能力，所以在處理水過程中混凝效果表現得更加優異[1]。聚合氯化鋁在處理水過程中具有對水的酸度影響小、用量少、處理成本低、受溫度影響小、污泥產量低、除濁度高等優點，使得它已取代傳統混凝劑，成為目前，世界上應用最廣、銷量最大的無機混凝劑和水處理劑[2]。目前，由于聚合氯化鋁易運輸、易存儲，生產條件易于滿足，凈水效率高，且市場價格相比有機高分子絮凝劑較低，所以，全國約60%的水處理廠采用聚合氯化鋁進行污水絮凝處理。

1 聚合氯化鋁的生產方法

PAC的工業生產方法有很多種，主要以堿化法和酸解法為主[3]。

1.1 氫氧化鋁一步法

該方法是氫氧化鋁與鹽酸按一定比例混合，在一定的溫度、時間、壓力條件下進行化學反應生成聚合氯化鋁的過程。具體工藝為：一定配比原料→反應器→沉淀槽→上清液→成品。

這種酸溶法制備聚合氯化鋁的方法是國內外普遍采用的一種生產方法[4]。該方法生產的PAC產品重金屬含量較低。但這種方法也存在弊端，它對反應條件要求很高，而且產品鹽基度差。因為氫氧化鋁的酸溶性差，在工業生產中需要高溫、高壓溶出鋁液，再經過分離熟化制得PAC。這樣制得的產品鹽基度在40%左右。為了提高產品鹽基度，一般采用在產品中加入鋁屑和鋁酸鈉，這樣可以把鹽基度提高到70%以上。

1.2 煤矸石法

這種方法的原理是把煤矸石振碎，在700 ℃高溫下焙燒5 h，加19%的鹽酸反應，生成氯化鋁溶液，濃縮結晶成AlCl3晶體，向其加入適量的水生成樹脂狀的固體PAC。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 煤矸石法制PAC工藝

這種工藝產出的產品有效成分(Al2O3)含量22%～24%，堿化度為70%～75%，不溶物含量低。該工藝反應速度較快，設備投資少，工藝簡單且資源可再利用。不足之處是，該工藝與其他工藝相比成本較高，使其推廣受到一定的限制。

1.3 鋁礦酸溶兩步法

鋁礦酸溶兩步法是以水軟鋁石為原料，粉碎磨細后在沸騰爐中于650 ℃～800 ℃高溫下焙燒，使礦粉熟化，然后，將熟礦粉投入反應罐中，高溫高壓下溶出鋁液。可采用少量酸分段溶出，再以鋁酸鈣提高鹽基度[5]。具體工藝流程如圖2所示。

圖2 鋁礦酸溶兩步法制PAC工藝

這種方法生產的產品鹽基度在60%～90%，有效成分質量分數為25%～31%。該方法生產時間短，溶出率高，是我國采用最為廣泛的方法。

1.4 酸溶鋁灰法

該法采用少量的鹽酸和鋁灰進行加工。利用兩種原料進行溶出反應，被溶出的鋁在水解時，生成氫氧化鋁和酸，這部分酸可以補充酸量的不足，重復使用，如此便生成了聚合氯化鋁[6]。此法工藝流程簡單，設備少，成本低，無二次污染，但產品質量差，有“三廢”產生，一般不選用此法[7]。

2 聚合氯化鋁的表征

工業生產聚合氯化鋁的指標見表1，其中，較為重要的控制指標是氧化鋁含量和鹽基度，本文重點闡述這兩項的檢測方法。

表1 工業生產聚合氯化鋁的各項指標

2.1 氧化鋁含量的測定

2.1.1 實驗原理

在定量的試樣中加入硝酸以及過量的EDTA標準溶液，使其中的鋁離子完全絡合，然后，用鋅標準溶液滴定過量的EDTA。

2.1.2 試劑和材料

硝酸溶液：1+12；

EDTA標準溶液：0.05 mol/L；

鋅標準溶液:0.02 mol/L；

二甲酚橙指示液:1 g/L；

乙酸鈉溶液:272 g/L。

2.1.3 分析步驟

稱取約2.000 g試樣(固體精確至0.001 g)，加水溶解稀釋到250 mL。準確移取20 mL配好的試驗溶液于250 mL錐形瓶中。加2 mL硝酸，煮沸1 min,冷卻后用移液管加20 mL EDTA標準溶液。用乙酸鈉溶液調節pH值約為3(用pH試紙檢驗)，煮沸約2 min。冷卻后，加約10 mL乙酸鈉溶液和2滴～5滴二甲酚橙指示液。用鋅的標準滴定溶液滴定，溶液顏色從淡黃色變為微紅色即為終點。

做空白對照實驗。

進行3次平行測定實驗。

2.1.4 分析結果的表述

氧化鋁(Al2O3)質量分數X1按式(1)計算:

(1)

式中：V0為空白實驗所消耗鋅標準滴定溶液的體積，mL；V為實驗溶液所消耗的鋅標準滴定溶液的體積，mL；c為鋅標準滴定溶液的實際濃度，mol/L；m為試料質量，g；X4為測定的鐵含量；0.051 0為與1.00 mL鋅的標準滴定溶液c(Zn)=1.000 mol/L相當的以克表示的氧化鋁(Al203)質量；0.913為鐵換算成氧化鋁的系數。

2.1.5 允許差

取平行測定結果的算術平均值為測定結果，平行測定結果的相對誤差值不大于0.3%。

2.2 鹽基度的測定

鹽基度是指聚合物中羥基在陰離子總數中所占的百分比。通常用OH/Al表示。我國規定聚合氯化鋁的鹽基度應達到50%以上。

2.2.1 實驗原理

向溶液中加入過量的鹽酸標準溶液來中和溶液中的OH-，再用NaOH標準溶液反滴定過量的H+。2.2.2 試劑和材料

氟化鉀溶液：500 g/L；

鹽酸標準溶液：0.5 mol/L；

氫氧化鈉標準溶液:0.5 mol/L；

酚酞指示液:10 g/L。

2.2.3 分析步驟

稱取0.6 g試樣(固體，精確至0.001 g)于250 mL錐形瓶中，加入25 mL的水溶解，加入25 mL鹽酸標準溶液，用表面皿蓋好，水浴加熱10 min，冷卻至室溫后加入25 mL氯化鉀溶液、5滴酚酞指示液，立即用氫氧化鈉標準溶液滴定，溶液變為微紅色即為終點。

做空白對照實驗。

進行3次平行測定試驗。

2.2.4 分析結果的表述

以質量百分數表示的鹽基度X2按式(2)計算:

(2)

式中:V0為空白實驗消耗氫氧化鈉標準滴定溶液的體積，mL；V為試驗溶液消耗氫氧化鈉標準滴定溶液的體積,mL；c為氫氧化鈉標準滴定溶液的實際濃度，mol/L；m為試料質量，g；X1為測定的氧化鋁含量，%；0.016 99為與1.00 mL氫氧化鈉標準滴定溶液[c(NaOH)=1.000 mol/L]相當的氧化鋁(Al2O3)的質量。

2.2.5 允許誤差

取平行測定結果的算術平均值為測定結果，平行測定結果的相對誤差值不大于1%。

3 發展前景

現階段，我國的聚合氯化鋁生產工藝和檢驗技術已比較成熟，但還有很多學者在不斷地進行研究[8]。未來可行性課題有：從節能環保的角度對生產工藝技術進行改進；產品干燥技術研發；PAC產品與其他有機、無機高分子絮凝劑的混合使用；對新型絮凝劑的開發；PAC高效絮凝效果的研發[9]等。

[1] 湯鴻霄.無機高分子絮凝劑的幾點新認識[J].工業水處理，1997，17(4)：1-4.

[2] 張令戈，李志東，李娜,等.無機高分子絮凝劑的應用與研究進展[J].電力環境保護，2008，24(2)：36-39.

[3] 鄭懷禮，陸蘭英，范偉,等.聚合氯化鋁的制備及在微污染水處理中的應用[J].化學研究與應用，2012，24(4)，626.

[4] 王銳剛，王亮梅.煤矸石制備聚合氯化鋁及其廢水處理研究[J].水處理技術，2013，39(3)，48-50.

[5] 吳錦華，方一莉，江燕斌,等.PAC混凝法去除煤化工廢水中難降解組分及其可生化性提高研究[J].環境工程，2017，35(2)，15-18.

[6] 賈志謙，何菲，劉忠洲.聚合氯化鋁形態分布、分析和控制研究進展[J].化學研究與應用，2004，16(2)：149-154.

[7] Wang Yan, Zhang Feng, Chu Yongbao, et al. The dye or humic acidwater treatment and membrane fouling by polyaluminum chloridecomposited with sodium alginate in coagulation-ultrafiltrationprocess[J]. Water Science and Technology，2013，67 (10):2202-2209.

[8] 陳巍，劉艷飛，李文蘭.《工業水處理》質量與學術影響力分析[J].工業水處理，2010，30(1)：13-15.

[9] 畢可軍，王瑞，閆杰棟，等.煤化工廢水除油技術探討[J].化肥設計，2015，53(6):5-8.

Production technology and characterization of coagulant PAC for water treatment

MA Li

(Yangquan Coal Industry Group Taiyuan New Chemical Materials Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030400, China)

Polyaluminum chloride (poly aluminum chloride, or PAC for short) is currently the largest inorganic polymer products commercially available in the sales of coagulant for water treatment, and is also the most widely used inorganic coagulant. Several industrial production processes and characterization technology of polyaluminium chloride are introduced, and the present situation and development trend of PAC are analyzed.

PAC; production process; characterization; alumina; basicity

2017-03-31

馬 莉，女，1988年出生，2013年畢業于廣西師范大學化學化工學院無機化學專業，碩士學位。研究方向：產品質量檢測。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.04

X703.5

A

1004-7050(2017)04-0010-03

科研與開發