利用铝型材厂废铝渣制备聚合氯化铝的研究*

刘细祥，吴启琳，史兵方，兰翠玲

（百色学院化学与生命科学系，广西百色533000）

环境·健康·安全

利用铝型材厂废铝渣制备聚合氯化铝的研究*

刘细祥，吴启琳，史兵方，兰翠玲

（百色学院化学与生命科学系，广西百色533000）

以铝渣为原料，研究聚合氯化铝的制备工艺。通过单因素实验法考察了反应温度、反应时间、盐酸浓度、液料比（盐酸铝渣体积质量比）4个因素对氧化铝溶出率的影响。在单因素实验的基础上，通过正交实验，确定最佳工艺条件为：反应温度为90℃、反应时间为30 min、盐酸浓度为8 mol/L、液料比为1.5 mL/g。在最优的条件下，氧化铝的溶出率为13.01%。将自制的聚合氯化铝用于处理造纸中段废水，结果令人满意。

铝渣；聚合氯化铝；铝型材厂

中国已成为世界铝型材生产大国，铝型材产量连续5 a稳居世界第一位［1］。铝型材生产过程中需进行表面清洗，会产生大量的废水，目前废水一般采用中和调节及混凝沉淀法工艺处理［2］，得到大量的铝渣，大多数工厂采用填埋的方法处理这些铝渣。这样不仅占用土地而且还浪费资源、污染环境，严重制约着铝型材加工业的可持续发展，因此寻找铝渣的综合利用途径迫在眉睫。目前铝渣的综合利用已经有些报道［3-4］。笔者以南宁某铝型材加工厂铝材表面处理废渣为研究对象，采用一步酸溶法［5］制备聚合氯化铝，并将自制聚合氯化铝处理实际工业造纸废水，为铝渣制备聚合氯化铝工业化提供基础数据，以期待为铝渣的综合利用寻找一条新途径，实现以废治废的目的。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

哈纳HI2214酸度计；COD快速测试仪；ZNCLTS智能数显磁力搅拌电热套；ZR4-6型混凝试验搅拌机；AL204型精密电子天平。

铝渣（采样于南宁某铝型材加工厂）；造纸中段废水（采样于百色某造纸公司制浆工段）；铝酸钙粉；HCl（AR）。

1.2 聚合氯化铝的制备

称取40 g干燥的铝渣于500 mL三口烧瓶中，加入一定量的盐酸，置于磁力搅拌器中加热搅拌一段时间后，即得到液态聚合氯化铝产品。测定产品中的Al2O3含量和盐基度，并计算出Al2O3的溶出率。Al2O3含量和盐基度的测定参照国标方法进行［6］。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对Al2O3溶出率的影响

按照1.2实验方法，分别在60、70、80、90、100℃条件下进行反应，考察反应温度对Al2O3溶出率的影响，结果如图1所示。由图1可以看出，反应温度小于80℃时，Al2O3溶出率随反应温度的升高而增大；当温度为80℃时，Al2O3溶出率达到最大值，为9.18%；当温度大于80℃时Al2O3溶出率逐渐降低。主要是由于，温度升高使盐酸的挥发量增大，进而影响Al2O3溶出率，而且温度越高，反应能耗越大，会增加聚合氯化铝的生产成本。综合考虑，选择最佳反应温度为80℃。

图1 反应温度对Al2O3溶出率的影响

2.2 反应时间对Al2O3溶出率的影响

按照1.2实验方法，在80℃条件下分别反应10、20、30、40、60、80 min，考察反应时间对Al2O3溶出率的影响，结果如图2所示。由图2可以看出，反应时间小于30 min时，Al2O3溶出率随着反应时间的延长而增加；当反应时间为30 min时，Al2O3溶出率达到最大值，为9.63%；但当反应时间超过30 min时，Al2O3溶出率有所下降。这可能是由于，随着反应时间的增加产品中的不溶物对溶出的Al3+吸附严重，导致Al2O3溶出率下降。综合考虑反应效率和能耗，选择最佳反应时间为30 min。

图2 反应时间对Al2O3溶出率的影响

2.3 盐酸浓度对Al2O3溶出率的影响

按照1.2实验方法，在80℃条件下反应30 min，分别考察盐酸浓度为 4、6、8、10、12 mol/L对 Al2O3溶出率的影响，结果如图3所示。由图3可以看出，盐酸浓度在4～8 mol/L时，Al2O3溶出率随着盐酸浓度的增大而增加；盐酸浓度为8 mol/L时，Al2O3溶出率为9.90%；当盐酸浓度超过8 mol/L时，Al2O3溶出率趋于稳定。考虑实际生产过程中，盐酸浓度加大会加剧对反应设备的腐蚀，另外一般工业废酸的浓度可达到8 mol/L，在实际生产中可以用工业废酸替代盐酸进行反应，故可降低聚合氯化铝的生产成本。因此选择最佳盐酸浓度为8 mol/L。

图3 盐酸浓度对Al2O3溶出率的影响

2.4 液料比对Al2O3溶出率的影响

图4 液料比对Al2O3溶出率的影响

按照1.2实验方法，在优化实验条件下，考察液料比（盐酸铝渣体积质量比）对Al2O3溶出率的影响，结果如图4所示。由图4可以看出，反应开始时Al2O3溶出率随着液料比的增大而增大，当液料比为1 mL/g时，Al2O3溶出率达到10.11%，继续增大液料比，Al2O3溶出率基本不变，这是由于当液料比为1 mL/g时，溶解所需的盐酸已经充分过量，继续增加盐酸量不能增加Al2O3溶出率。综合经济效应，选择最佳液料比为1 mL/g。

2.5 正交实验

为进一步优化制备工艺条件，根据单因素实验结果选取3个水平，采用L9（34）进行正交实验。正交实验因素水平设计如表1所示，正交实验结果直观分析见表2。根据极差分析，各因素对铝渣中Al2O3溶出率影响大小依次是A＞B＞C＞D，即反应温度影响最大，其次是反应时间、盐酸浓度、液料比，其中反应温度对Al2O3溶出率起决定性作用。从表2可以看出，最优工艺组合为 A3B2C2D3，即反应温度为90℃、反应时间为30 min、盐酸浓度为8 mol/L、液料比为1.5 mL/g。在最优的条件下，Al2O3的溶出率为13.01%。

表1 正交实验因素水平表

表2 正交实验结果直观分析

2.6 产品性能

将铝渣的盐酸溶解液加入一定量的铝酸钙，在80～90℃下反应2 h后冷却至室温，所得液体即为聚合氯化铝产品。对产品性能指标进行测试，测定结果为：黄褐色液体，w（Al2O3）为10.50%，盐基度为85%，pH为3.64，密度为1.25 g/mL。从测定的性能指标看，用铝渣制备的聚合氯化铝各项性能均达到工业用聚合氯化铝国家标准［6］。

2.7 产品应用

用在正交实验优化的最佳条件下制备的聚合氯化铝进行水样处理，水样为百色某纸厂中段废水，原水水质指标：pH=6.28，COD为1 095 mg/L。取1 L水样加入到混凝试验搅拌机烧杯中，加入800 mg/L自制聚合氯化铝，300 r/min搅拌1 min，150 r/min搅拌3 min，60 r/min搅拌 7 min，静置，取上清液分析COD，测得处理后水样COD为778 mg/L，COD去除率为28.9%。

3 结论

以铝渣为原料，通过单因素和正交实验，确定聚合氯化铝最佳制备工艺条件为：反应温度为90℃、反应时间为30 min、盐酸浓度为8 mol/L、液料比为1.5 mL/g。在最优的工艺条件下，Al2O3的溶出率为13.01%。将自制的聚合氯化铝用于处理造纸中段废水，COD去除率为28.9%，结果令人满意。本研究开辟了铝渣综合利用的新途径，达到以废治废的目的，对促进铝型材加工业可持续发展具有十分重要的意义。

［1］ 钟明峰，苏达根，张志杰，等.铝型材生产废水废渣的处理与综合利用［J］.广州化工，2007，35（6）：51-53.

［2］ 刘宏，向寓华，刘碧雄.铝型材废水的处理工艺［J］.工业水处理，2008，28（6）：79-81.

［3］ 郭艳玲.采用炼铝渣制造的陶瓷材料［J］.耐火与石灰，2012，37（2）：36-41.

［4］ 刘艳春，曾令可，祝杰，等.利用铝型材厂工业废渣制备莫来石质耐火材料［J］.陶瓷学报，2010，31（3）：484-489.

［5］ 李风亭，陶孝平，高燕，等.聚合氯化铝的生产技术与研究进展［J］.无机盐工业，2004，36（6）：4-9.

［6］ GB/T 22627—2008 水处理剂聚氯化铝［S］.

Study on preparation technology of poly aluminum chloride using aluminium dregs from aluminum formation product factory

Liu Xixiang，Wu Qilin，Shi Bingfang，Lan Cuiling
（Department of Chemistry and Life Science，Baise University，Baise 533000，China）

Preparition technology of poly aluminum chloride with aluminum dregs as raw material was studied.Effects of reaction temperature，reaction time，hydrochloric acid concentration，and ratio of liquid to solid（volume/mass ratio of HCl to aluminum dregs）on the leaching rate of alumina were studied by single factor analysis method.Based on single factor experiment，the orthogonal experiment design was used to optimize the preparation conditions.The optimal preparation conditions were as follows:reaction temperature was 90℃，reaction time was 30 min，hydrochloric acid concentration was 8 mol/L，and ratio of liquid to solid was 1.5 mL/g.Under these conditions，the leaching rate of alumina was 13.01%.Wastewater in middle course of papermaking had been treated by self-made poly aluminum chloride and the result of the experiment was satisfactory.

aluminum dregs；poly aluminum chloride；aluminum formation product factory

TQ133.1

A

1006-4990（2014）04-0053-03

2013-10-14

刘细祥（1983— ），男，讲师，硕士，主要从事环境化学方面的教学和研究工作，已发表论文7篇。

广西高等学校一般资助科研项目（201203YB170）。

联系方式：liuxixiang2008@qq.com