聚合氯化鋁(PAC)物化性質和制備方法（一）

時間：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)物化性質和制備方法（一）

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

[物化性質]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，其結構式為[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。易溶于水并發生水解，水解過程中伴隨有電化學、凝聚、吸附和沉淀等物理化學過程，有腐蝕性，產品多為液體，pH值為2～3，濕投配制的濃度為5%～10%。

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

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聚的結果使可供架橋的羥基數目減少，聚合物的電荷增加，相互間的電相斥作用增強，這兩種因素反過來又阻礙了縮聚的進一步進行。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，促進縮聚反應的進行，另一種方法是，在此基礎上加入一定量的含SO42-的助劑，以便于在聚合體之間架橋，促進其生成更大的聚合物。

PAC自20世紀60年代在日本首先進入實用階段以來，其他國家也紛紛進行試制，是目前技術最為成熟，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于明礬等傳統鋁鹽，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，反應沉淀時間短，對原水水溫及pH值的適應范圍廣(5～9)，而且還可以根據所處理的水質不同，制取最適宜的聚合氯化鋁。它的加入量不宜過多，否則會使水發混。我國從20世紀70年代開始，已對聚合氯化鋁進行了研發，近年來隨著實驗室研究的深入，工業生產得到了快速的發展。

[制備方法]PAC的生產方法較多，國內廣泛應用鋁酸鈣調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，都是以創造促使鋁鹽不斷水解、聚合的條件為基本出發點，控制濃度、酸堿度、溫度、堿化度及加堿速度、攪拌速度、陳化時間和陳化溫度等條件，得到水解一聚合程度不同的產物。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，用工業鋁屑制凈水劑聚合氯化鋁是一種簡便經濟的方法，由于工業鋁屑的主要成分是鋁(鋁94%，三氧化二鋁0.5%，雜質5.5%)，聚合后凈水劑純度較高，生產工藝也比較簡便，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，并經過若干小時熟化后，放出上層液體即得聚合氯化鋁液體產品。鋁反應為放熱反應，如果控制好反應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放出的熱量，使反應降低對外加熱量的依賴度，甚至不需外加熱源而通過自熱進行反應，控制其鹽基度至合格。該法具有反應速度快，投資設備少，工藝簡單，操作方便等特點，產品鹽基度和氧化鋁含量較高，因而該法在國內被普遍采用。但此工藝對設備腐蝕較嚴重，生產出的產品雜質較多，特別是重金屬含量容易超標，產品質量不穩定。

其制備方法為：

工業鋁屑經脫油去污處理后直接與鹽酸反應，即可制得聚合鋁，反應過程為：

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，反應繼續進行，pH值繼續升高，在相鄰的兩個羥基之間發生架橋聚合。

反應后的產物熟化24～48h即可。

堿溶法先將鋁灰與氫氧化鈉反應得到鋁酸鈉溶液，再用鹽酸調pH值，制得聚合氯化鋁溶液。這種方法的制得的產品外觀較好，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，工業化生產成本較大。

中和法先用鹽酸和氫氧化鈉與鋁灰反應，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。用此方法生產出的產品不溶物雜質較少，但成本較高。

(2)沸騰熱解法

①方法一

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

由于鋁的溶出，pH值升高，因而配位的水分發生水解，產生鹽酸。鹽酸濃度隨之增加，這又促使鋁的溶出反應繼續進行，pH值也繼續升高，使相鄰兩個OH-間發生橋連聚合。由于聚合又減少了水解產物的濃度，從而促使水解繼續進行，這三個過程互相交替進行。在反應的同時控制反應投料比和反應時間，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)按一定配比加入預先加入洗滌水的反應器中，在攪拌下緩慢加入鹽酸進行縮聚反應，經熟化聚合至pH值為4.2～4.5，溶液相對密度為1.2左右進行沉降，得到液體聚合氯化鋁。其反應式如下:

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