水处理混凝剂PAC的生产技术与表征

马 莉

(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

水处理混凝剂PAC的生产技术与表征

马 莉

(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

聚合氯化铝(poly-aluminum chloride，简称PAC)是目前市售水处理混凝剂中销量最大的无机高分子产品，也是应用范围最广的无机混凝剂。主要介绍了聚合氯化铝的几种工业生产工艺及重要指标的表征技术，并分析了PAC的现状和发展趋势。

PAC；生产工艺；表征；氧化铝；盐基度

引 言

聚合氯化铝是20世纪60年代末发展起来的一种含有不同量羟基的高效混凝剂，广泛应用于城乡自来水、工业污水、工业循环水以及生活污水的净化等。与传统的无机低分子铝盐(如，硫酸铝和氯化铝等)絮凝剂相比，聚合氯化铝由于含有更多的高电价电荷，因而具有更强的电中和能力和更强的吸附能力，所以在处理水过程中混凝效果表现得更加优异[1]。聚合氯化铝在处理水过程中具有对水的酸度影响小、用量少、处理成本低、受温度影响小、污泥产量低、除浊度高等优点，使得它已取代传统混凝剂，成为目前，世界上应用最广、销量最大的无机混凝剂和水处理剂[2]。目前，由于聚合氯化铝易运输、易存储，生产条件易于满足，净水效率高，且市场价格相比有机高分子絮凝剂较低，所以，全国约60%的水处理厂采用聚合氯化铝进行污水絮凝处理。

1 聚合氯化铝的生产方法

PAC的工业生产方法有很多种，主要以碱化法和酸解法为主[3]。

1.1 氢氧化铝一步法

该方法是氢氧化铝与盐酸按一定比例混合，在一定的温度、时间、压力条件下进行化学反应生成聚合氯化铝的过程。具体工艺为：一定配比原料→反应器→沉淀槽→上清液→成品。

这种酸溶法制备聚合氯化铝的方法是国内外普遍采用的一种生产方法[4]。该方法生产的PAC产品重金属含量较低。但这种方法也存在弊端，它对反应条件要求很高，而且产品盐基度差。因为氢氧化铝的酸溶性差，在工业生产中需要高温、高压溶出铝液，再经过分离熟化制得PAC。这样制得的产品盐基度在40%左右。为了提高产品盐基度，一般采用在产品中加入铝屑和铝酸钠，这样可以把盐基度提高到70%以上。

1.2 煤矸石法

这种方法的原理是把煤矸石振碎，在700 ℃高温下焙烧5 h，加19%的盐酸反应，生成氯化铝溶液，浓缩结晶成AlCl3晶体，向其加入适量的水生成树脂状的固体PAC。具体工艺流程如图1所示。

图1 煤矸石法制PAC工艺

这种工艺产出的产品有效成分(Al2O3)含量22%～24%，碱化度为70%～75%，不溶物含量低。该工艺反应速度较快，设备投资少，工艺简单且资源可再利用。不足之处是，该工艺与其他工艺相比成本较高，使其推广受到一定的限制。

1.3 铝矿酸溶两步法

铝矿酸溶两步法是以水软铝石为原料，粉碎磨细后在沸腾炉中于650 ℃～800 ℃高温下焙烧，使矿粉熟化，然后，将熟矿粉投入反应罐中，高温高压下溶出铝液。可采用少量酸分段溶出，再以铝酸钙提高盐基度[5]。具体工艺流程如图2所示。

图2 铝矿酸溶两步法制PAC工艺

这种方法生产的产品盐基度在60%～90%，有效成分质量分数为25%～31%。该方法生产时间短，溶出率高，是我国采用最为广泛的方法。

1.4 酸溶铝灰法

该法采用少量的盐酸和铝灰进行加工。利用两种原料进行溶出反应，被溶出的铝在水解时，生成氢氧化铝和酸，这部分酸可以补充酸量的不足，重复使用，如此便生成了聚合氯化铝[6]。此法工艺流程简单，设备少，成本低，无二次污染，但产品质量差，有“三废”产生，一般不选用此法[7]。

2 聚合氯化铝的表征

工业生产聚合氯化铝的指标见表1，其中，较为重要的控制指标是氧化铝含量和盐基度，本文重点阐述这两项的检测方法。

表1 工业生产聚合氯化铝的各项指标

2.1 氧化铝含量的测定

2.1.1 实验原理

在定量的试样中加入硝酸以及过量的EDTA标准溶液，使其中的铝离子完全络合，然后，用锌标准溶液滴定过量的EDTA。

2.1.2 试剂和材料

硝酸溶液：1+12；

EDTA标准溶液：0.05 mol/L；

锌标准溶液:0.02 mol/L；

二甲酚橙指示液:1 g/L；

乙酸钠溶液:272 g/L。

2.1.3 分析步骤

称取约2.000 g试样(固体精确至0.001 g)，加水溶解稀释到250 mL。准确移取20 mL配好的试验溶液于250 mL锥形瓶中。加2 mL硝酸，煮沸1 min,冷却后用移液管加20 mL EDTA标准溶液。用乙酸钠溶液调节pH值约为3(用pH试纸检验)，煮沸约2 min。冷却后，加约10 mL乙酸钠溶液和2滴～5滴二甲酚橙指示液。用锌的标准滴定溶液滴定，溶液颜色从淡黄色变为微红色即为终点。

做空白对照实验。

进行3次平行测定实验。

2.1.4 分析结果的表述

氧化铝(Al2O3)质量分数X1按式(1)计算:

(1)

式中：V0为空白实验所消耗锌标准滴定溶液的体积，mL；V为实验溶液所消耗的锌标准滴定溶液的体积，mL；c为锌标准滴定溶液的实际浓度，mol/L；m为试料质量，g；X4为测定的铁含量；0.051 0为与1.00 mL锌的标准滴定溶液c(Zn)=1.000 mol/L相当的以克表示的氧化铝(Al203)质量；0.913为铁换算成氧化铝的系数。

2.1.5 允许差

取平行测定结果的算术平均值为测定结果，平行测定结果的相对误差值不大于0.3%。

2.2 盐基度的测定

盐基度是指聚合物中羟基在阴离子总数中所占的百分比。通常用OH/Al表示。我国规定聚合氯化铝的盐基度应达到50%以上。

2.2.1 实验原理

向溶液中加入过量的盐酸标准溶液来中和溶液中的OH-，再用NaOH标准溶液反滴定过量的H+。2.2.2 试剂和材料

氟化钾溶液：500 g/L；

盐酸标准溶液：0.5 mol/L；

氢氧化钠标准溶液:0.5 mol/L；

酚酞指示液:10 g/L。

2.2.3 分析步骤

称取0.6 g试样(固体，精确至0.001 g)于250 mL锥形瓶中，加入25 mL的水溶解，加入25 mL盐酸标准溶液，用表面皿盖好，水浴加热10 min，冷却至室温后加入25 mL氯化钾溶液、5滴酚酞指示液，立即用氢氧化钠标准溶液滴定，溶液变为微红色即为终点。

做空白对照实验。

进行3次平行测定试验。

2.2.4 分析结果的表述

以质量百分数表示的盐基度X2按式(2)计算:

(2)

式中:V0为空白实验消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；V为试验溶液消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积,mL；c为氢氧化钠标准滴定溶液的实际浓度，mol/L；m为试料质量，g；X1为测定的氧化铝含量，%；0.016 99为与1.00 mL氢氧化钠标准滴定溶液[c(NaOH)=1.000 mol/L]相当的氧化铝(Al2O3)的质量。

2.2.5 允许误差

取平行测定结果的算术平均值为测定结果，平行测定结果的相对误差值不大于1%。

3 发展前景

现阶段，我国的聚合氯化铝生产工艺和检验技术已比较成熟，但还有很多学者在不断地进行研究[8]。未来可行性课题有：从节能环保的角度对生产工艺技术进行改进；产品干燥技术研发；PAC产品与其他有机、无机高分子絮凝剂的混合使用；对新型絮凝剂的开发；PAC高效絮凝效果的研发[9]等。

[1] 汤鸿霄.无机高分子絮凝剂的几点新认识[J].工业水处理，1997，17(4)：1-4.

[2] 张令戈，李志东，李娜,等.无机高分子絮凝剂的应用与研究进展[J].电力环境保护，2008，24(2)：36-39.

[3] 郑怀礼，陆兰英，范伟,等.聚合氯化铝的制备及在微污染水处理中的应用[J].化学研究与应用，2012，24(4)，626.

[4] 王锐刚，王亮梅.煤矸石制备聚合氯化铝及其废水处理研究[J].水处理技术，2013，39(3)，48-50.

[5] 吴锦华，方一莉，江燕斌,等.PAC混凝法去除煤化工废水中难降解组分及其可生化性提高研究[J].环境工程，2017，35(2)，15-18.

[6] 贾志谦，何菲，刘忠洲.聚合氯化铝形态分布、分析和控制研究进展[J].化学研究与应用，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] 陈巍，刘艳飞，李文兰.《工业水处理》质量与学术影响力分析[J].工业水处理，2010，30(1)：13-15.

[9] 毕可军，王瑞，闫杰栋，等.煤化工废水除油技术探讨[J].化肥设计，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

马 莉，女，1988年出生，2013年毕业于广西师范大学化学化工学院无机化学专业，硕士学位。研究方向：产品质量检测。

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

X703.5

A

1004-7050(2017)04-0010-03

科研与开发