聚合氯化鋁(PAC)物化性質(zhì)和制備方法（一）

時(shí)間：2023-03-24 19:33:07來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

聚合氯化鋁(PAC)物化性質(zhì)和制備方法（一）

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

[物化性質(zhì)]聚合氯化鋁(PAC)(又稱堿式氯化鋁)、聚鋁是常用的鋁系高分子混凝劑，其結(jié)構(gòu)式為[Al2(OH)nCl6-n·xH2O]m(式中的m≤10，n=1～5)，為無色或黃色樹脂狀固體，易潮解，其溶液為無色或淺黃色透明液體。易溶于水并發(fā)生水解，水解過程中伴隨有電化學(xué)、凝聚、吸附和沉淀等物理化學(xué)過程，有腐蝕性，產(chǎn)品多為液體，pH值為2～3，濕投配制的濃度為5%～10%。

PAC是AlCl3和Al(OH)3的中間產(chǎn)物，可以看做是其中的氯離子被羥基取代而生成的產(chǎn)物。調(diào)節(jié)溶液的酸度，借助于羥基架橋聯(lián)合的特性，可使水解生成的羥基化合物通過架橋而結(jié)合成二聚體：

二聚體除以上二種羥基橋連外，還有單羥基、三羥基架橋等形式(如[Al2(OH)3(H2O)6]Cl3、[Al2(OH)(H2O)10]Cl5等)。二聚體還可以縮聚成三聚以至多聚體，如[Al3(OH)6(H2O)6]Cl3、[Al4(OH)6(H2O)12]Cl6等?？s聚的結(jié)果使可供架橋的羥基數(shù)目減少，聚合物的電荷增加，相互間的電相斥作用增強(qiáng)，這兩種因素反過來又阻礙了縮聚的進(jìn)一步進(jìn)行。因此，為提高聚合度，一種方法是可向溶液中加入鋁酸鈣[CaAl2(OH)8]，理論上，1mol的鋁酸鈣可提供2mol的鋁離子和8mol的氫氧根離子，鋁離子生成新的羥基鋁，促進(jìn)縮聚反應(yīng)的進(jìn)行，另一種方法是，在此基礎(chǔ)上加入一定量的含SO42-的助劑，以便于在聚合體之間架橋，促進(jìn)其生成更大的聚合物。

PAC自20世紀(jì)60年代在日本首先進(jìn)入實(shí)用階段以來，其他國家也紛紛進(jìn)行試制，是目前技術(shù)最為成熟，市場銷量最大的混凝劑。70年代中期以后日本給水處理中PAC的使用超過了明礬。聚合氯化鋁對(duì)高濁度、低濁度、高色度及低溫水都有較好的混凝效果，其效能在許多方面優(yōu)于明礬等傳統(tǒng)鋁鹽，最明顯的是投加量小，絮凝體形成速度快且顆粒大而重，易沉淀，反應(yīng)沉淀時(shí)間短，對(duì)原水水溫及pH值的適應(yīng)范圍廣(5～9)，而且還可以根據(jù)所處理的水質(zhì)不同，制取最適宜的聚合氯化鋁。它的加入量不宜過多，否則會(huì)使水發(fā)混。我國從20世紀(jì)70年代開始，已對(duì)聚合氯化鋁進(jìn)行了研發(fā)，近年來隨著實(shí)驗(yàn)室研究的深入，工業(yè)生產(chǎn)得到了快速的發(fā)展。

[制備方法]PAC的生產(chǎn)方法較多，國內(nèi)廣泛應(yīng)用鋁酸鈣調(diào)整法和鋁灰酸溶一步法，國外一般采用氫氧化鋁與鹽酸溶液加壓溶解法，但基本原理卻都是相同的，都是以創(chuàng)造促使鋁鹽不斷水解、聚合的條件為基本出發(fā)點(diǎn)，控制濃度、酸堿度、溫度、堿化度及加堿速度、攪拌速度、陳化時(shí)間和陳化溫度等條件，得到水解一聚合程度不同的產(chǎn)物。有鋁屑酸溶法、堿溶法、沸騰熱解法、中和法、凝膠法、電解法等，介紹如下。

(1)金屬鋁直接溶解法

該法所用原料主要是鋁加工過程的下腳料一鋁屑、鋁灰和鋁渣、鋁材加工廢渣等，用工業(yè)鋁屑制凈水劑聚合氯化鋁是一種簡便經(jīng)濟(jì)的方法，由于工業(yè)鋁屑的主要成分是鋁(鋁94%，三氧化二鋁0.5%，雜質(zhì)5.5%)，聚合后凈水劑純度較高，生產(chǎn)工藝也比較簡便，在工藝上，該法可分為酸法、堿法、中和法三種。

酸法是將鹽酸、水按一定比例投加于一定量鋁灰中，在一定溫度下充分反應(yīng)，并經(jīng)過若干小時(shí)熟化后，放出上層液體即得聚合氯化鋁液體產(chǎn)品。鋁反應(yīng)為放熱反應(yīng)，如果控制好反應(yīng)條件如鹽酸濃度和量，水量及投加速度和順序，就可以充分利用鋁反應(yīng)放出的熱量，使反應(yīng)降低對(duì)外加熱量的依賴度，甚至不需外加熱源而通過自熱進(jìn)行反應(yīng)，控制其鹽基度至合格。該法具有反應(yīng)速度快，投資設(shè)備少，工藝簡單，操作方便等特點(diǎn)，產(chǎn)品鹽基度和氧化鋁含量較高，因而該法在國內(nèi)被普遍采用。但此工藝對(duì)設(shè)備腐蝕較嚴(yán)重，生產(chǎn)出的產(chǎn)品雜質(zhì)較多，特別是重金屬含量容易超標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

其制備方法為：

工業(yè)鋁屑經(jīng)脫油去污處理后直接與鹽酸反應(yīng)，即可制得聚合鋁，反應(yīng)過程為：

隨著鋁的溶出，pH值升高，加速配位水解：

水解過程中鹽酸又促使鋁的溶出，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，pH值繼續(xù)升高，在相鄰的兩個(gè)羥基之間發(fā)生架橋聚合。

反應(yīng)后的產(chǎn)物熟化24～48h即可。

堿溶法先將鋁灰與氫氧化鈉反應(yīng)得到鋁酸鈉溶液，再用鹽酸調(diào)pH值，制得聚合氯化鋁溶液。這種方法的制得的產(chǎn)品外觀較好，水不溶物較少，但氯化鈉含量高，原材料消耗高，溶液氧化鋁含量低，工業(yè)化生產(chǎn)成本較大。

中和法先用鹽酸和氫氧化鈉與鋁灰反應(yīng)，分別制得氯化鋁和鋁酸鈉，再把兩種溶液混合中和，即制得聚合氯化鋁液體。用此方法生產(chǎn)出的產(chǎn)品不溶物雜質(zhì)較少，但成本較高。

(2)沸騰熱解法

①方法一

將結(jié)晶氯化鋁在170℃下進(jìn)行沸騰熱解，放出的氯化氫用水吸收制成20%鹽酸，然后加水在60℃以上進(jìn)行熟化聚合，再經(jīng)固化，干燥，破碎，制得固體聚合氯化鋁成品。其反應(yīng)式如下:

由于鋁的溶出，pH值升高，因而配位的水分發(fā)生水解，產(chǎn)生鹽酸。鹽酸濃度隨之增加，這又促使鋁的溶出反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，pH值也繼續(xù)升高，使相鄰兩個(gè)OH-間發(fā)生橋連聚合。由于聚合又減少了水解產(chǎn)物的濃度，從而促使水解繼續(xù)進(jìn)行，這三個(gè)過程互相交替進(jìn)行。在反應(yīng)的同時(shí)控制反應(yīng)投料比和反應(yīng)時(shí)間，制得合格的堿式氯化鋁溶液。

②方法二

將鋁灰(主要成分為氧化鋁和金屬鋁)按一定配比加入預(yù)先加入洗滌水的反應(yīng)器中，在攪拌下緩慢加入鹽酸進(jìn)行縮聚反應(yīng)，經(jīng)熟化聚合至pH值為4.2～4.5，溶液相對(duì)密度為1.2左右進(jìn)行沉降，得到液體聚合氯化鋁。其反應(yīng)式如下:

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