铝酸钙粉制备聚合氯化铝

摘 要：探索铝酸钙粉酸溶一步法制备聚合氯化铝（PAC）方法，先通过盐酸投加量梯度实验确定盐酸投加量与制得聚合氯化铝的Al2O3含量和盐基度的关系，接着通过混凝实验得到不同盐酸投加量组对河水的处理效果，以UV254和浊度作为评判指标，结合盐酸投加量与制得聚合氯化铝的Al2O3含量和盐基度的关系，确定最佳的投加量为：铝酸钙粉20g，盐酸50ml，蒸馏水150ml，并对盐酸与水的投加方式进行优化，确定最佳投加比例为：铝酸钙粉40g，盐酸100ml，蒸馏水100ml，制得的产品Al2O3含量达到12.1%，盐基度达85%，仅用铝酸钙粉作为原料就可达到国家标准。

关键词：PAC；投加量；投加方式

用钙铝粉作为原料制备聚合氯化（PAC）铝是我国首创，钙铝粉价格便宜，且制得的产品呈碱性，碱化度与铝含量都相对较高，具有良好的酸性能，用它作原料生产聚合氯化铝可在常温常压下进行，对低浊度水、含油废水以及工业废水都有不错的处理效果。[1]虽然聚合氯化铝的优点很多，制备方法相对简单，但是制备过程中关于盐酸与水的投加量，仍是一个难以解决的问题。基于此问题，我们对聚合氯化铝制备过程中，盐酸与水的投加量展开研究。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

1.1.1 主要试剂

盐酸（AR），铝酸钙粉（Al2O3含量为52%）。

1.1.2 主要仪器

JB2000-D强力电动搅拌器，上海羽通仪器仪表厂；752S紫外可见分光光度计，上海棱光技术有限公司；JJ-4数显六联电动搅拌器，金坛市精达仪器制造有限公司；XU12-WZT-200数字浊度仪，北京中西远大科技有限公司；标准口四口烧瓶，冷凝回流装置，温度计（量程大于100℃）

1.2 聚合氯化铝的制备

1.2.1 确定盐酸用量

第一组：20g铝酸钙粉+30ml浓盐酸+170ml水

第二组：20g铝酸钙粉+40ml浓盐酸+160ml水

第三组：20g铝酸钙粉+50ml浓盐酸+150ml水

第四组：20g铝酸钙粉+60ml浓盐酸+140ml水

第五组：20g铝酸钙粉+70ml浓盐酸+130ml水

按照上述各组比例投加原料，保证液体总量相同。

先将铝酸钙粉放入四口烧瓶中，四口烧瓶的四个口分别接搅拌器、冷凝管、温度计、软木塞。加入适量水，开始加入盐酸，此过程水浴加热97℃，搅拌器转速在300r/min左右。反应时间2h，静置24h，取上清液进行测定各项指标。

1.2.2 确定水的用量

在确定盐酸用量后，应根据实际情况：当反应过于剧烈时，应加少量水抑制，水的投加，应少量分多次投加。应当注意，盐酸浓度不要太高，否则反应器内容易暴沸，熟化1d后沉淀较多，且容易出沫，温度上升过快会导致反应温度超过最佳的酸浸温度，会使溶出率降低[2]，因此我们必须保证水的投加量一定的情况下，使得反应过程中盐酸的浓度保持较低水平。

1.3 絮凝实验方法

称取聚合氯化铝试样，稀释Al2O3含量1mg/ml～10mg/ml。将河水（用聚乙烯塑料桶取样）放入六个完全相同的1000ml烧杯中，加至刻度线处，用移液枪取聚合氯化铝稀释液，依大小顺序加入相应烧杯中。混合：转速600r/s，用六联搅拌器搅拌1min；絮凝：60r/min，搅拌30min；沉淀：静止30min。[3]

1.4 各水质指标的测定方法

浊度：利用浊度仪直接测定；

UV254（反映水中大分子有机物等的多少）：用紫外分光光度计，测定溶液在波长为254nm处的吸光度。[4]利用下面公式计算：

UV254=[A/b]×D

式中：UV254――UV值，cm-1；b――比色皿光程，cm；A――实测的吸光度；D――稀释因子，由不含有机物蒸馏水水的稀释引起（=最终水样量/初始水样量）；

Al2O3含量：GB15892-2009；[3]

盐基度：GB15892-2009；[3]

2 结果与讨论

2.1盐酸投加量的确定

从表1可以看出，随着盐酸投加量的增加，Al2O3含量（%）逐渐增加，而盐基度（%）逐渐减小。由于第一组盐酸投加量过小，导致反应器底部有大量铝酸钙粉未反应，故将此组视为失败组。第二组制得的聚合氯化铝为乳白色，第三、四组制得的聚合氯化铝为棕红色，第五组的聚合氯化铝为黄色，且其中有许多黄色的悬浮颗粒物。盐酸投加量增多，铝含量增多，但盐基度减少较多，对产品影响很大。因此很难判断最适的盐酸投加量，有必要做混凝沉淀实验。

很显然，第二组（铝酸钙粉：盐酸为2：5）对UV254去除效果最好，第一组和第四组对浊度处理效果较好，第二组对浊度的去除达到70%左右，对河水的处理效果都不错。

从表1已得出盐酸投加量较少时盐基度较高，铝的溶出率较低，要想获得较好的混凝处理效果，必须适量保持在铝含量较高的情况下，保持较高的盐基度。综合图1和图2，第二组对河水的处理效果最好，我们可暂时选定此比例，作为最佳比例。

2.2 水的投加量以及投加方式的确定

如果想用上述比例制备聚合氯化铝，将制得的产品用于水质较差或难难处理的工业废水，还必须对实验进行进一步优化。

经过试验，最终的优化方案如下：

20g铝酸钙粉+40ml水，水浴温度97℃，待温度恒定后，开始滴加盐酸50ml，过程加水少许。后再加20g铝酸钙粉，再次滴加浓盐酸50ml，过程加水少许。此过程共加水100ml。将制得的产品倒入烧杯中，水浴60℃，静置24h。

利用优化方案制得的聚合氯化铝Al2O3含量可达12.1%，盐基度可达85%，只用铝酸钙粉作为原料，就可达到国家标准，制得的产品完全可用于较难处理废水的混凝沉淀。

3 结论与建议

（1）用铝酸钙粉酸溶一步法制备聚合氯化铝，可采用40g钙铝粉：100ml浓盐酸：100ml水的比例。制备过程中要严格控制盐酸的投加速度，水的投加量不可过少。

（2）应保证反应温度达到90℃左右。在较低反应温度时，溶出率随温度的升高而逐渐增大，当大于90℃后，溶出率趋缓。[2]当水浴温度为97℃时，可保证内部溶液温度为90℃左右。

（3）水一定要少量分多次投加。一次加入过多水会抑制反应的进行，应该在反应容器内溶液变得很稠或暴沸时投加。

参考文献

[1]栾兆坤，汤鸿霄.我国无机高分子絮凝剂产业发展现状与规划[J].工业水处理，2000，11：1-2.

[2]殷洪水，王琦，李玉莹.铝酸钙粉制备聚合氯化铝生产条件实验研究[J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2012，8：421-423.

[3]GB15892-2009.生活饮用水用聚合氯化铝[S].Al2O3含量的测定，盐基度的测定，混凝性能的判定.

[4]蒋绍阶，刘宗源.UV254的检测方法[C].中国土木工程学会水工业分会给水委员会第八次年会，2001，10.