铝灰酸溶一步法合成聚合氯化铝的实验研究

2014年第1期甘肃石油和化工2014年3月铝灰酸溶一步法合成聚合氯化铝的实验研究解平和(甘肃省化工研究院，甘肃兰州730020)摘要：聚合氯化铝是目前国内外广泛使用的高效混凝剂，具有用量少、污泥少、除浊高、对出水DH影响小等优点。以铝灰、盐酸为主要原料，采用酸溶一步法制备了高效聚合氯化铝絮凝剂。对铝灰、盐酸、水三者的配比进行了实验研究，并分析了反应温度、反应时间、熟化温度、熟化时间、搅拌速度等参数对聚合氯化铝的性能影响，确定了制备聚合氯化铝的较佳工艺条件。产品的各项指标达到了国家相关标准．对工业化生产具有一定的借鉴意义。尽管酸溶法普遍存在原料利用率低、酸雾浓重等缺点，但是其工艺简单、投资少，仍然是将来一种主要的生产方法；目前中国聚合氯化铝溶液的生产方法基本上都属于酸法，最主要的是提高聚合氯化铝品质，降低重金属含量，降低生产成本。关键词：铝灰；酸溶：聚合氯化铝1简述铝是地壳中的丰量元素，含量居第三位，是金属中含量最高的元素，它以多种化合物形式存在。自1884年美国发明硫酸铝以来，硫酸铝就成为了国内外水处理中使用最广泛又最具代表性的无机絮凝剂。而使用明矾净水，在我国则有几千年的历史，早在春秋战国时期(公元前770—221年)成书的《山海经》和《计倪子》、《无氐本草》等古代著作中，即有关于明矾的记载，目前，无机高分子絮凝剂的研究与应用远远优于单体铝，作为无机絮凝剂的第二代产品，促使人们研究开发⋯。聚合氯化铝(简称PAC)是一种无机高分子絮凝剂，其化学通式为：[Al2(OH)nC16一n]m(m≤10，1≤n≤5)。它具有混凝能力强、用量少、净水效能高、适应能力强的特点，能够除去水中的铁、氟、放射性污染物、重金属、泥沙、油脂、木质素等物质，也可以除去印染废水中的疏水性染料。对媒染料可做媒染剂，亦能用于油井防砂．精密铸造交替硬化制壳的固化剂。还可用于肥皂废液的甘油回收、乳液破乳再生，以及制革、医药、石油、造纸、化妆品等行业的工业用水和废水处理[2-3]。由于受到铝资源的限制而不能满足生产的需要。文献[4]虽然报道了以铝灰为原料制备三氯化铝的方法，但是缺少具体反应条件。本文以铝灰为主要原料，采用铝灰酸溶一步反应法对其进行了研究，取得了较好效果，并对聚合氯化铝的工业生产具有一定的指导作用。2我国聚合氯化铝需求现状无论是城市和各种工业给水还是工业废水深度净化处理、油田地下水回注以及污泥处理，往往都用絮凝处理工艺，絮凝处理效果的好坏，在很大程度上取决于絮凝剂的品质。聚合氯化铝是目前技术成熟、市场销量最大的无机高分子水处理絮凝剂。大量的应用实践表明，在水处理中使用聚合收稿日期：2014—03—29作者简介：解平和(1982一)，男，甘肃平凉人，助理工程师，主要从事化工生产和研发工作。222014年第1期解平和：铝灰酸溶一步法合成聚合氯化铝的实验研究研究探讨氯化铝替代传统的铁铝盐混凝剂，可明显地提高水处理效能，降低处理成本，改善水质。在实际应用中，聚合氯化铝具有比传统絮凝剂用量省、净化效果高、适应性宽等优点，比传统絮凝剂用量可节约l／3一l／2，成本节约40％以上，因此目前在国内外已得到迅速的发展。我国地域辽阔，人口众多．工业生产装置技术落后。目前仅工业用水和城市给水的水处理絮凝剂年需求量约为40万t．另外全国每年工业排放废水量的30％一40％需要进行絮凝处理，其水处理剂的年需求量为3O一4O万t．加上其它方面的用量，每年水处理絮凝剂总需求量约100万t。3实验仪器与方法3．1实验仪器恒温水浴锅、电磁炉、酸度计、分析天平、合成瓶及实验室常用实验仪器。3．2实验所用药品(1)制备PAC所用试剂铝灰(兰州某铝厂提供)、工业盐酸(31％)、自来水。(2)测定PAC中三氧化二铝的含量所用试剂①硝酸：1+12溶液；②乙二胺四乙酸二钠(EDTA)：量浓度约为0．05mol／L溶液；③乙酸钠缓冲溶液：取乙酸钠272g溶于蒸馏水中，稀释成1000mL，混匀；④氟化钾溶液：将质量浓度为500g／L的溶液盛于塑料瓶内保存；⑤硝酸银溶液：1g／L；⑥二甲酚橙：5g／L溶液；⑦氯化锌(ZnC1)溶液：量浓度为0．0200mol／L标准滴定溶液。(3)测定PAC中盐基度含量所用的试剂①盐酸溶液(HC1)：量浓度约0．5mol／L溶液；②氢氧化钠溶液(NaOH)：量浓度约O．5mol／L标准滴定溶液；③酚酞：10g／L乙醇溶液；④氟化钾溶液：500g／L。(4)以铝酸钙调整法调所制PAC的三氧化二铝和盐基度所用试剂铝酸钙(兰州某聚合氯化铝生产商提供)。3．3配置药品(1)硝酸溶液(1+12)：先在50mL容量瓶中加入36mL蒸馏水，再用移液管移取3mL浓硝酸加入容量瓶即可。(2)乙二胺四乙酸二钠溶液(EDTA)(量浓度约0．05mol／L)：用分析天平准确称量4．6530g