聚合氯化铝(PAC)物化性质和制备方法（一）

时间：2023-03-24 19:33:07来源：food栏目：食品快速检测阅读：

聚合氯化铝(PAC)物化性质和制备方法（一）

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

[物化性质]聚合氯化铝(PAC)(又称碱式氯化铝)、聚铝是常用的铝系高分子混凝剂，其结构式为[Al2(OH)nCl6-n·xH2O]m(式中的m≤10，n=1～5)，为无色或黄色树脂状固体，易潮解，其溶液为无色或浅黄色透明液体。易溶于水并发生水解，水解过程中伴随有电化学、凝聚、吸附和沉淀等物理化学过程，有腐蚀性，产品多为液体，pH值为2～3，湿投配制的浓度为5%～10%。

PAC是AlCl3和Al(OH)3的中间产物，可以看做是其中的氯离子被羟基取代而生成的产物。调节溶液的酸度，借助于羟基架桥联合的特性，可使水解生成的羟基化合物通过架桥而结合成二聚体：

二聚体除以上二种羟基桥连外，还有单羟基、三羟基架桥等形式(如[Al2(OH)3(H2O)6]Cl3、[Al2(OH)(H2O)10]Cl5等)。二聚体还可以缩聚成三聚以至多聚体，如[Al3(OH)6(H2O)6]Cl3、[Al4(OH)6(H2O)12]Cl6等。缩聚的结果使可供架桥的羟基数目减少，聚合物的电荷增加，相互间的电相斥作用增强，这两种因素反过来又阻碍了缩聚的进一步进行。因此，为提高聚合度，一种方法是可向溶液中加入铝酸钙[CaAl2(OH)8]，理论上，1mol的铝酸钙可提供2mol的铝离子和8mol的氢氧根离子，铝离子生成新的羟基铝，促进缩聚反应的进行，另一种方法是，在此基础上加入一定量的含SO42-的助剂，以便于在聚合体之间架桥，促进其生成更大的聚合物。

PAC自20世纪60年代在日本首先进入实用阶段以来，其他国家也纷纷进行试制，是目前技术最为成熟，市场销量最大的混凝剂。70年代中期以后日本给水处理中PAC的使用超过了明矾。聚合氯化铝对高浊度、低浊度、高色度及低温水都有较好的混凝效果，其效能在许多方面优于明矾等传统铝盐，最明显的是投加量小，絮凝体形成速度快且颗粒大而重，易沉淀，反应沉淀时间短，对原水水温及pH值的适应范围广(5～9)，而且还可以根据所处理的水质不同，制取最适宜的聚合氯化铝。它的加入量不宜过多，否则会使水发混。我国从20世纪70年代开始，已对聚合氯化铝进行了研发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到了快速的发展。

[制备方法]PAC的生产方法较多，国内广泛应用铝酸钙调整法和铝灰酸溶一步法，国外一般采用氢氧化铝与盐酸溶液加压溶解法，但基本原理却都是相同的，都是以创造促使铝盐不断水解、聚合的条件为基本出发点，控制浓度、酸碱度、温度、碱化度及加碱速度、搅拌速度、陈化时间和陈化温度等条件，得到水解一聚合程度不同的产物。有铝屑酸溶法、碱溶法、沸腾热解法、中和法、凝胶法、电解法等，介绍如下。

(1)金属铝直接溶解法

该法所用原料主要是铝加工过程的下脚料一铝屑、铝灰和铝渣、铝材加工废渣等，用工业铝屑制净水剂聚合氯化铝是一种简便经济的方法，由于工业铝屑的主要成分是铝(铝94%，三氧化二铝0.5%，杂质5.5%)，聚合后净水剂纯度较高，生产工艺也比较简便，在工艺上，该法可分为酸法、碱法、中和法三种。

酸法是将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后，放出上层液体即得聚合氯化铝液体产品。铝反应为放热反应，如果控制好反应条件如盐酸浓度和量，水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量较高，因而该法在国内被普遍采用。但此工艺对设备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重金属含量容易超标，产品质量不稳定。

其制备方法为：

工业铝屑经脱油去污处理后直接与盐酸反应，即可制得聚合铝，反应过程为：

随着铝的溶出，pH值升高，加速配位水解：

水解过程中盐酸又促使铝的溶出，反应继续进行，pH值继续升高，在相邻的两个羟基之间发生架桥聚合。

反应后的产物熟化24～48h即可。

碱溶法先将铝灰与氢氧化钠反应得到铝酸钠溶液，再用盐酸调pH值，制得聚合氯化铝溶液。这种方法的制得的产品外观较好，水不溶物较少，但氯化钠含量高，原材料消耗高，溶液氧化铝含量低，工业化生产成本较大。

中和法先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应，分别制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和，即制得聚合氯化铝液体。用此方法生产出的产品不溶物杂质较少，但成本较高。

(2)沸腾热解法

①方法一

将结晶氯化铝在170℃下进行沸腾热解，放出的氯化氢用水吸收制成20%盐酸，然后加水在60℃以上进行熟化聚合，再经固化，干燥，破碎，制得固体聚合氯化铝成品。其反应式如下:

由于铝的溶出，pH值升高，因而配位的水分发生水解，产生盐酸。盐酸浓度随之增加，这又促使铝的溶出反应继续进行，pH值也继续升高，使相邻两个OH-间发生桥连聚合。由于聚合又减少了水解产物的浓度，从而促使水解继续进行，这三个过程互相交替进行。在反应的同时控制反应投料比和反应时间，制得合格的碱式氯化铝溶液。

②方法二

将铝灰(主要成分为氧化铝和金属铝)按一定配比加入预先加入洗涤水的反应器中，在搅拌下缓慢加入盐酸进行缩聚反应，经熟化聚合至pH值为4.2～4.5，溶液相对密度为1.2左右进行沉降，得到液体聚合氯化铝。其反应式如下:

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