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，先通過鹽酸投加量梯度實驗確定鹽酸投加量與制得聚合氯化鋁的Al2O3含量和鹽基度的關系，接著通過混凝實驗得到不同鹽酸投加量組對河水的處理效果，以UV254和濁度作為評判指標，結合鹽酸投加量與制得聚合氯化鋁的Al2O3含量和鹽基度的關系，確定最佳的投加量為：鋁酸鈣粉20g，鹽酸50ml，蒸餾水150ml，并對鹽酸與水的投加方式進行優化，確定最佳投加比例為：鋁酸鈣粉40g，鹽酸100ml，蒸餾水100ml，制得的產品Al2O3含量達到12.1%，鹽基度達85%，僅用鋁酸鈣粉作為原料就可達到國家標準。

關鍵詞：PAC；投加量；投加方式

用鈣鋁粉作為原料制備聚合氯化（PAC）鋁是我國首創，鈣鋁粉價格便宜，且制得的產品呈堿性，堿化度與鋁含量都相對較高，具有良好的酸性能，用它作原料生產聚合氯化鋁可在常溫常壓下進行，對低濁度水、含油廢水以及工業廢水都有不錯的處理效果。[1]雖然聚合氯化鋁的優點很多，制備方法相對簡單，但是制備過程中關于鹽酸與水的投加量，仍是一個難以解決的問題。基于此問題，我們對聚合氯化鋁制備過程中，鹽酸與水的投加量展開研究。

1 實驗部分

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強力電動攪拌器，上海羽通儀器儀表廠；752S紫外可見分光光度計，上海棱光技術有限公司；JJ-4數顯六聯電動攪拌器，金壇市精達儀器制造有限公司；XU12-WZT-200數字濁度儀，北京中西遠大科技有限公司；標準口四口燒瓶，冷凝回流裝置，溫度計（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，四口燒瓶的四個口分別接攪拌器、冷凝管、溫度計、軟木塞。加入適量水，開始加入鹽酸，此過程水浴加熱97℃，攪拌器轉速在300r/min左右。反應時間2h，靜置24h，取上清液進行測定各項指標。

1.2.2 確定水的用量

在確定鹽酸用量后，應根據實際情況：當反應過于劇烈時，應加少量水抑制，水的投加，應少量分多次投加。應當注意，鹽酸濃度不要太高，否則反應器內容易暴沸，熟化1d后沉淀較多，且容易出沫，溫度上升過快會導致反應溫度超過最佳的酸浸溫度，會使溶出率降低[2]，因此我們必須保證水的投加量一定的情況下，使得反應過程中鹽酸的濃度保持較低水平。

1.3 絮凝實驗方法

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

1.4 各水質指標的測定方法

濁度：利用濁度儀直接測定；

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

UV254=[A/b]×D

式中：UV254——UV值，cm-1；b——比色皿光程，cm；A——實測的吸光度；D——稀釋因子，由不含有機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小，導致反應器底部有大量鋁酸鈣粉未反應，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，對產品影響很大。因此很難判斷最適的鹽酸投加量，有必要做混凝沉淀實驗。

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

從表1已得出鹽酸投加量較少時鹽基度較高，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，第二組對河水的處理效果最好，我們可暫時選定此比例，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，將制得的產品用于水質較差或難難處理的工業廢水，還必須對實驗進行進一步優化。

經過試驗，最終的優化方案如下：

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

利用優化方案制得的聚合氯化鋁Al2O3含量可達12.1%，鹽基度可達85%，只用鋁酸鈣粉作為原料，就可達到國家標準，制得的產品完全可用于較難處理廢水的混凝沉淀。

3 結論與建議

（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。制備過程中要嚴格控制鹽酸的投加速度，水的投加量不可過少。

（2）應保證反應溫度達到90℃左右。在較低反應溫度時，溶出率隨溫度的升高而逐漸增大，當大于90℃后，溶出率趨緩。[2]當水浴溫度為97℃時，可保證內部溶液溫度為90℃左右。

（3）水一定要少量分多次投加。一次加入過多水會抑制反應的進行，應該在反應容器內溶液變得很稠或暴沸時投加。

參考文獻

[1]欒兆坤，湯鴻霄.我國無機高分子絮凝劑產業發展現狀與規劃[J].工業水處理，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條件實驗研究[J].哈爾濱商業大學學報（自然科學版），2012，8：421-423.

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

[4]蔣紹階，劉宗源.UV254的檢測方法[C].中國土木工程學會水工業分會給水委員會第八次年會，2001，10.