聚氯化鋁PAC的合成實驗方法與結(jié)果

聚氯化鋁的生產(chǎn)方法按原料不同分為三氧化二鋁法(包括鋁土礦、高嶺土、煤矸石等)、氫氧化鋁法和鋁法(包括鋁渣、鋁灰等)。其中以鋁灰為原料生產(chǎn)聚氯化鋁具有成本低、原料來源廣、流程簡單等特點。該法又可細(xì)分為中和法和酸溶法。中和法是將燒堿和鹽酸分別與鋁灰反應(yīng)產(chǎn)出鋁酸鈉和三氯化鋁，然后以合適的配比合成聚氯化鋁。生產(chǎn)的關(guān)鍵是鋁酸鈉和三氯化鋁溶液之間配比[3]。酸溶法是將鋁灰和鹽酸反應(yīng)一次直接產(chǎn)出液體聚氯化鋁，它具有反應(yīng)速度快、工藝簡單等特點。我們以鋁灰為原料，對酸溶法制備聚氯化鋁工藝進(jìn)行了研究，得出了制備聚氯化鋁的適宜工藝條件。
l 實驗部分
主要設(shè)備：水浴鍋、攪拌器、真空泵、電爐、分析天平、酸度計和實驗室常用儀器。
1．2 實驗方法
首先對鋁灰進(jìn)行預(yù)處理。用水洗的方法除去水溶性的鹽類，以降低鹽酸耗量，處理后的鋁灰含氧化鋁為30％左右。然后將工業(yè)鹽酸與一定量的水放入反應(yīng)器內(nèi)，攪拌，并用水浴加熱。稱取100 g鋁灰，逐步加人鹽酸溶液中，由于反應(yīng)劇烈，放熱量大，應(yīng)不斷攪拌并隨時補(bǔ)加水，反應(yīng)時間控制在6 h～12 h，反應(yīng)溫度96℃，反應(yīng)結(jié)束后加入一定量的水稀釋物料，調(diào)節(jié)pH值為3．5～4．5，陳化15 h～24 h得液體產(chǎn)品。
鹽酸與鋁灰的反應(yīng)為：
2Al + (6-n)HCl + nH20 = Al2(OH)nCl6-n + 3H2-
nAl + (6-n)AlCl3 + 3nH20 = 3A12(OH)nCl6-n + 1.5nH2
反應(yīng)中鋁的溶出、產(chǎn)物的水解和水解產(chǎn)物的聚合是交叉進(jìn)行的。液體聚氯化鋁制備流程見圖1。 
2實驗結(jié)果與討論
2．1投料比[鋁灰量(g)／HCl(mL)]的影響
投料比對產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。判斷聚氯化鋁質(zhì)量的一個指標(biāo)是鹽基度，鹽基度為聚氯化鋁中氫氧根與鋁的當(dāng)量百分比，即，鹽基度=[OH]／[Al] × 。當(dāng)鹽基度為50～80時，產(chǎn)品的絮凝效果佳。在盛有100 g鋁灰的容器內(nèi)分別加入不同體積的鹽酸，在95℃左右，反應(yīng)6 h～12 h。對產(chǎn)品的測定表明，隨著投料比增加，液體成品中氧化鋁的量增加，鹽基度也增加。通過對比實驗，選擇投料比為3：1。實驗數(shù)據(jù)見表1。
表1投料比與氧化鋁含量和鹽基度的關(guān)系
2．2加水量的影響
反應(yīng)過程中，特別是反應(yīng)前期，由于反應(yīng)劇烈，水分揮發(fā)損失較大，應(yīng)及時加水補(bǔ)充。加水量過少會造成鋁灰結(jié)塊，反應(yīng)不完全，加水過多，則會使鹽酸濃度變低，反應(yīng)不宜進(jìn)行，造成鹽基度減小，因此加水量要適當(dāng)。經(jīng)實驗，選用100 ml，～150 mL水／100 g鋁灰。
2．3反應(yīng)時間的影響
按鋁灰：HCI：水為3：1：3的比例改變反應(yīng)時間進(jìn)行實驗，鹽基度和氧化鋁含量隨反應(yīng)時間的增加而增加，但當(dāng)反應(yīng)時間超過7 h后，鹽基度的變化趨‘于穩(wěn)定，因此取6 h--一8 h為宜。實驗結(jié)果見表2。
表2反應(yīng)時間與鹽基度的關(guān)系
反應(yīng)時間／h 1 2 3 4 5 6 7 8
鹽基度／％ 25 34 40 46 49 51 53 54
2．4鹽酸濃度的影響
在其它因素不變的情況下，改變鹽酸濃度進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)隨著鹽酸濃度的增加，鹽基度增加，但酸的揮發(fā)量也增加，反應(yīng)過于激烈，造成環(huán)境污染，操作困難。綜合考慮，選用20％的鹽酸(將31％左右的工業(yè)鹽酸稀釋至20％)。
2．5溶液鹽基度的調(diào)整
聚氯化鋁產(chǎn)品中氧化鋁及鹽基度都要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，為此常加入少量堿性物質(zhì)對以上指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，使液體聚氯化鋁中氧化鋁含量大于10％，鹽基度為45～70。堿用量用下式確定：
G=k1k0(A/100)P(B—b)／100n
式中，G一堿用量，kg；
k0——實際耗堿量與理論耗堿量之比，一般為1.05；
k1——堿與氧化鋁的當(dāng)量之比；
A——被調(diào)整溶液中氧化鋁含量，％；
B——成品溶液的鹽基度，％；
P——被調(diào)整溶液的重量，kg；
b——被調(diào)整溶液的鹽基度，％；
n——堿的有效含量系數(shù)。
加入30％Na2CO3調(diào)整鹽基度，得液體產(chǎn)品的氧化鋁含量為10％以上，pH值為3．5～5．0，鹽基度為50％～65％。
3 結(jié)論
a)通過實驗，確定了以鋁灰為原料，采用酸溶一步法制備聚氯化鋁的工藝條件。
b)本工藝具有流程短、生產(chǎn)設(shè)備簡單、成本低等特點，用工業(yè)廢渣鋁灰為原料生產(chǎn)聚合氯化鋁對于治理環(huán)境具有重要意義。