聚合氯化铝钙的合成与应用
聚合氯化铝是当前应用最广泛的絮凝剂之一[1-5]。在混凝过程中使用聚合氯化铝作为混凝剂，混凝效果虽然很好，但在后续的污泥处理过程中由于污泥中存在氢氧化铝，其脱水性不是很好。有关研究表明，钙离子具有良好的脱水性能，因而在聚合氯化铝中引进钙离子，研制一种新型高效的无机高分子絮凝剂，增强混凝效果和污泥脱水性能具有重要的意义。本工作以氧化铝和碳酸钙为原料制备了新型的无机高效水处理剂聚合氯化铝钙，对合成条件进行了研究，确定了最佳的工艺参数。
l 实验部分
1．1 试剂和仪器
试剂：氧化铝，碳酸钙，盐酸，皆为工业纯。
仪器：马弗炉，沈阳电炉厂；坩埚，沈阳陶瓷厂；加热套，河北省黄骅市新兴电器厂；电磁搅拌器，江苏金坛荣华仪器制造有限公司；JJ一1精密定时电动
搅拌器；三口烧瓶(500 mL)和冷凝管，沈阳玻璃仪器厂；污泥比阻测定仪。自制。
1．2 反应原理
氧化铝和碳酸钙于高温条件下反应生成的铝酸钙在盐酸中溶解后，在一定pH条件下聚合生成聚合氯化铝钙，干燥后得到固体产品，主要反应为：
1．3 合成工艺
聚合氯化铝钙的合成工艺如图1所示。取一定量的氧化铝和碳酸钙混合匀，放入坩埚中，置马弗炉中高温下焙烧一定时间，冷却，研磨后放入三口烧瓶中，加入酸，在加热条件下使其溶解，冷却后，过滤，再聚合、烘干，最后得到产品。
1．4 产品分析方法
产品主要性能参照工业聚合氯化铝的性能指标，产品中氧化铝的质量分数和钙的质量分数用EDTA络合滴定法测定，盐基度用氢氧化钠溶液滴定[7-8]。
2 结果与讨论
2．1 焙烧温度对聚合氯化铝钙性能的影响
将12 g氧化铝与8 g碳酸钙混合均匀，于马弗炉中在不同高温条件下焙烧数小时后，得到铝酸钙。
将所得铝酸钙碾成粉末，称取10 g，加入70 mL盐酸，沸腾蒸馏数小时，经冷却后过滤，结晶得到聚合氯化铝钙固体产品。取一定量的固体产品溶解后测定氧化铝含量、钙含量、盐基度。结果见图2。
由图2可见，氧化铝含量随焙烧温度的增加而增大；钙含量随焙烧温度的增加而减小；盐基度在初始阶段随焙烧温度的增加而增大，但超过1 200℃ 以后变化不大。而且在高温条件下消耗较多的能量，对设备的要求高，因而确定适宜的焙烧温度为1 200℃ 。
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2．2 盐酸加入量对聚合氯化铝钙性能的影响
固定焙烧温度1 200℃ ，其它条件同第2．1节，考察盐酸加入量对产品性能的影响，结果见图3。
由图3可见，随盐酸加入量的增加，氧化铝含量随之增大，当盐酸加入量为70 mL时氧化铝含量达到最大值，盐酸加入量再增加时，氧化铝含量减小。
随盐酸加入量的增加，盐基度先增加，然后逐渐减小。综合考虑，确定适宜的盐酸加入量为70 mL。
2．3 酸溶时间对聚合氯化铝钙性能的影响
固定盐酸加入量70 mL，其它条件同第2．2节，考察酸溶时间对产品性能的影响，结果见图4。
由图4可以看出，随着酸溶时间的延长，氧化铝含量增加，但增加速度缓慢，最后氧化铝的含量基本稳定。盐基度在开始一段时间内增加，但反应3h时，聚合氯化铝钙已经聚合到一定程度，当反应时间再延长时盐基度不再增加，反而减小。酸溶适宜的时间为3 h。
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2．4 反应物配比对产品性能的影响
将氧化铝与碳酸钙按不同的质量比混合均匀，其它条件同第2．3节，考察反应物配比对产品性能的影响，结果见图5。
由图5可见，随着氧化铝加入量的增加，产品中氧化铝的含量也随之增加，但增加幅度不是很大。因为加入的氧化铝多了，所以酸溶时溶出的Al”就随之增多。随着氧化铝加入量的增加，盐基度先增大后减小，在氧化铝的质量分数为60% 时有最大的盐基度；当氧化铝的质量分数继续增大时，盐基度反而减小。因此，确定氧化铝与碳酸钙适宜的配比为3：2(质量比)。
2．5 与工业聚合氯化铝混凝性能的对比
以某钢铁厂的煤气洗涤水为研究对象，以工业聚合氯化铝和自制的聚合氯化铝钙为混凝剂做对比实验。取300 mL水样，分别投加相同浓度(质量分数为5%)、不同量的聚合氯化铝钙和工业聚合氯化铝，搅拌，再加等量的聚丙烯酰胺(质量分数为0．1%)0．15 mL，搅拌，静止沉降15 min后，用重量法测定处理后水样上清液中悬浮物的含量，结果见表1。
由表1可见，在混凝剂加入量相同的条件下，用合成的聚合氯化铝钙比用工业聚合氯化铝处理钢铁厂的煤气洗涤水的效果要好，悬浮物的去除率高。通过测定可知，用工业聚合氯化铝作为混凝剂的污泥比阻为4．1×10 m/kg，用合成的聚合氯化铝钙作为混凝剂的污泥比阻为6．I×10?m/kg，聚合氯化铝钙作为混凝剂的污泥的脱水性能优于工业聚合氯化铝。
3 结论
a)提高反应温度有利于聚合氯化铝钙产品的生成，温度越高，产品的性能越好，确定焙烧温度为1 200 oc。
b)反应物中氧化铝与碳酸钙的质量比为3：2、酸溶时间为3 h、在10 g铝酸钙粉末中盐酸的加入量为70 mL时，产品的性能最好。
C)实验室实验证明，在相同的加药量时，合成的聚合氯化铝钙的混凝性能优于工业聚合氯化铝；其污泥脱水性能比工业聚合氯化铝好。
参考文献
1 常青．水处理絮凝学．北京：化学工业出版社，2003
2 Scriven R J．The impact of physico—chemical water treat—ment On a novel flotation/filtration process． W ater Sci Technol，1999．39(10～11)：211～215
3 刘文彬．液体聚合氯化铝使用条件初探．工业水处理，1998，18(2)：11～14
4 汤鸿宵，栾兆坤．聚合氯化铝与传统混凝剂的凝聚一絮凝行为差异．环境化学，1997，16(6)：497～505
5 汤鸿宵．无机高分子絮凝剂的基础研究．环境化学，1990，9(3)：1～3
6 苏永渤，张秀娟．石灰在煤泥水混凝中的作用机理．东北大学学报，1998，19(2)：215～217
7 GB15892-1995，中华人民共和国国家标准
8 武汉大学．分析化学实验．北京：高等教育出版社，2002
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