铝酸钙粉制备聚合氯化铝生产条件实验研究
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1） 实验用主要药剂 铝酸钙粉由巩义市腾龙化工有限公司生产，理 化指标由厂家提供，见表 1．
表 1 铝酸钙粉的理化指标
外观
氧化铝 （ Al2 O3 ） / %
活性钙 （ CaO） / %
氧化铁 （ Fe2 O3 ） / %
浅灰白色
55
8
＜ 0． 5
工业盐酸来自哈尔滨东化工试剂厂，用比重计 测得其比重 ρ = 1． 157 g / mL； 以甲基橙作为指示 剂，用稀释后的工业盐酸滴定 20 mL 0． 01 mol / L 的 Na2 CO3 溶液，以此计算工业盐酸质量分数为 25． 24% ．
第 28 卷 第 4 期
哈 尔 滨 商 业 大 学 学 报（ 自然科学版）
2012 年 8 月
Journal of Harbin University of Commerce （ Natural Sciences Edition）
Vol． 28 No． 4 Aug． 2012
铝酸钙粉制备聚合氯化铝生产条件实验研究
2） 实验仪器： TD5A 高速离心机，长沙英泰仪 器有限公司； JJ － 1 精密增力电动搅拌器，金坛市双 捷实验仪器厂； XMTD 数显恒温水浴锅，辽阳博大 仪器厂； DHG － 9240 型电热恒温鼓风干燥箱，上海 一恒科技有限公司．
3） 制备方法： 将工业盐酸和水以一定的比例 混合预热，并不断进行搅拌，当温度达到 50 ℃ 时， 把火调小，缓慢加入铝酸钙粉，并开始计时，反应过 程中，烧杯内的温度会逐渐升高至预定温度，此后 通过加热和加少量水来维持所需温度，当反应结束 时，关掉电炉，继续搅拌直至温度降至 50 ℃ 以下， 用 pH 试纸测试溶液 pH 值为 3 左右，熟化 24 h，取 上清液进行高速离心分离．
铝酸钙酸溶一步法是由我国独创的聚合氯化 铝生产方法，以铝酸钙粉和工业盐酸为原料，该工 艺因其工艺简单、操作方便以及生产成本低等优点 成为聚合氯化铝絮凝剂生产厂家通用的生产方法 之一［2］．
在生产中，充分利用原料并降低成本的前提是 提高铝酸钙溶出率（ 以下简称溶出率） ，即通过化 学浸渍方法最大限度地从铝酸钙固体中溶出 Al2 O3 ，因此本文重点探讨上述方法生产聚合氯化 铝过程中反应时间、酸浸温度及工业盐酸的初始质 量分数等生产条件对溶出率的影响作用，旨在为磨 盘山净水厂的实际生产提供科学的参考依据，以较 低的成本获得较高的溶出率及较纯净的絮凝剂产 品．
收稿日期： 2011 － 11 － 06． 基金项目： 黑龙江省科学技术计划项目资助（ GB08C204 － 01） 作者简介： 殷洪水（ 1956 － ） ，男，工程师，研究方向： 给水处理．
第4 期
殷洪水，等： 铝酸钙粉制备聚合氯化铝生产条件实验研究
·421·
磨盘山净水厂是国内先进的现代化水厂，日产 水量达 77 万 t，为哈尔滨市大部分地区的企业和居 民提供生产生活用水． 在净水处理工艺中絮凝剂采 用聚合氯化铝（ PAC） ，该絮凝剂使用时具有絮体形 成快、沉淀性能好，水中碱度消耗少，尤其具有对水 温、pH 值、浊度和有机物含量变化适应性强等优 点［1］．
2． 2 酸浸温度对溶出率的影响 为了确定比较理想的酸浸温度，在其他条件不
变的情况下，考察酸浸温度与溶出率之间的关系， 选定（ 70 ± 5） 、（ 80 ± 5） 、（ 90 ± 5） 、（ 100 ± 5） ℃ 四 种情况下进行反应，其他条件见表 3．
率可以达 52． 35% ，同时为磨盘山水厂提出了相关的建议，使其以较低的成本获取较高的溶出率及较
纯净的絮凝剂产品．
关键词： 聚合氯化铝（ PAC） ； 铝酸钙粉； 铝酸钙溶出率
中图分类号： X703
文献标识码： A
文章编号： 1672 － 0946（ 2012） 04 － 0420 － 04
来自百度文库
Experimental study on optimal technical conditions of poly aluminum chloride synthesis by calcium aluminate powder
4） 分别测定制得聚合氯化铝的有效成分即 Al2 O3 含量、水不溶物含量以及 pH 值并计算溶出 率，测定方法依据国家标准《生活饮用水用聚氯化 铝》（ GB 15892 － 2009） ，并在测定前对所用到的标 准滴定溶液进行标定，标定方法参考我国卫生部颁 发的《生活饮用水卫生标准检验方法》（ GB / T5750 － 2006） ．
殷洪水1 ，王 琦2 ，李玉莹2
（ 1． 城市建设研究院 哈尔滨分院，哈尔滨，150001； 2． 哈尔滨工程大学 航天与建筑工程学院，哈尔滨 150001）
摘 要： 铝酸钙酸溶一步法生产聚合氯化铝工艺具有工艺简单、操作方便以及生产成本低等优点，因
此该工艺成为聚合氯化铝絮凝剂生产厂家通用的生产方法之一． 在生产过程中，充分利用原料并降低
铝酸钙粉由铝土（ Al2 O3 ·H2 O） 、石灰石（ CaCO3 ） 及其他配料经高温锻烧、冷却后研磨而成，主 要矿物成分为铝酸一钙（ Ca·A12 O3 ） 、二铝酸一钙 （ Ca·2A12 O3 ） ．
铝酸钙粉与盐酸的主要反应为： Al2 O3 + HCl→Al2 （ OH） n Cl6 － n CaO + 2HCl→CaCl2 + 2H2 O 在反应过程中生成碱式氯化铝，并伴有少量的 碱式氯化铁． 当 pH 值升高到一定值时，相邻的两 个羟基发生架桥聚合及自聚，直至达到一定的聚合 度． mAl2 （ OH） n Cl6 － n →［Al2 （ OH） n Cl6 － n］m 由于采用酸溶一步法制备聚合氯化铝只溶出 铝酸钙粉中的铝酸一钙，以及铝酸钙粉在生产过程
表 2 聚合氯化铝的制备工艺条件（ 1）
铝酸钙粉 工业盐酸 质量 沉降 反应温度 工业盐酸初始 投加量 /g 投加量 /g 比 时间 /d /℃ 质量分数 /%
100
200 1∶ 2． 0 1
100 ± 5
7
注： 工业盐酸质量分数 25． 24% ，ρ = 1． 157
溶出率随反应时间的变化见图 1，可以看出， 在反应初始阶段，随着反应时间的增长，溶出率有 明显提高，当反应时间超过 2 h 后，溶出率趋于稳 定，所以反应时间取定为 2 h． 而 PAC 的有效成分 主要取决 于 熟 化 离 心 后 的 溶 液 体 积，与 比 重 正 相 关，见图 2．
1 实验理论与实验条件
1． 1 实验理论 聚合氯化铝的化学通式为［Al2 （ OH） nCl6 － n］m
其中： 1 ≤n≤5，m≤10，由形态多变的多元羟基络 合物及聚 合 物 组 成，为 无 定 形 的 无 机 高 分 子 絮 凝 剂，溶于水后即形成聚合阳离子，通过对水中胶粒 电性中和及架桥作用最终形成 Al（ OH） 3 沉淀物从 水中分离出来．
中煅烧的温度不足，工业盐酸的纯度不够等实际问 题使得在实际生产中的溶出率并不像许多文献及 资料中所写的那么高，很多采用该工艺的生产厂家 在制备聚合氯化铝的过程中溶出率只能达到 30% 左右［3 － 4］．
本实验以溶出率作为生产条件优化的主要参 考指标，通过调节反应时间、酸浸温度以及盐酸的 初始质量分数等工艺条件合成一系列聚合氯化铝， 并在此基础上分别研究这些因素对聚合氯化铝制 备工艺的影响． 1． 2 实验条件
成本的前提是提高铝酸钙的溶出率，即通过化学浸渍方法最大限度地从铝酸钙固体中溶出 Al2 O3 ． 以 铝酸钙溶出率作为聚合氯化铝生产条件的优化指标，通过调节反应时间、酸浸温度以及盐酸的初始质
量分数，合成一系列聚合氯化铝． 在此基础上分别研究这些因素对聚合氯化铝制备工艺的影响． 结果
表明，最佳的工艺条件为反应时间 2 h、酸浸温度 90 ℃ 、盐酸的初始质量分数 7% ，在这一条件下溶出
·422·
哈尔滨商业大学学报（ 自然科学版）
第 28 卷
2 最佳制备条件的实验研究
2． 1 反应时间对溶出率的影响 实验以工业盐酸预热至 50 ℃ 后第一次加入铝
酸钙粉为开始时间，反应时间分别取 0． 5、1． 0、2． 0、3． 0、4． 0 h，反应结束后立即停止加热，搅拌继续 进行，直至温度降至 50 ℃ ，其他实验条件见表 2， 反应熟化 1 d 后进行快速离心，测定相关指标并计 算溶出率．
Abstract： The technique of one － step acid dissolution is generally used to synthesize poly aluminum chloride（ PAC） for many flocculant production manufacturers，which is due to its advantages of simplicity in technique，facilitation in operation and low cost． The precondition of using raw materials sufficiently and lowering the cost is to improve extracting rate of calcium aluminate in the manufacturing process，that is to say，to maximize the extraction of aluminium oxide from calcium aluminate is necessary． In this experimental study，an array PAC was synthesized in different conditions，including reaction time，acid leaching temperature and initial HCl concentration based on extracting rate of calcium aluminate which was taken as an indicator of PAC production conditions． Based on these，the effects above on synthesized technique of PAC were studied respectively． The optimal technical conditions were in the reaction time of 2 h，under the acid leaching temperature of 90 ℃ and initial HCl concentration with 7% ． In such conditions the extracting rate of calcium aluminate can reach 52． 35% ． Meanwhile，gave Harbin Mopanshan Water treatment Plant the relative suggestions so that pure flocculant production at the larger extracting rate against the lower cost could be obtained． Key words： poly aluminum chloride（ PAC） ； calcium aluminate powder； extracting rate of calcium aluminate
YIN Hong-shui1 ，WANG Qi2 ，LI Yu-ying2
（ 1． Harbin Branch of Academy of Urban Construction，Harbin 150001，China； 2． School of Aerospace and Civil Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）
表 1 铝酸钙粉的理化指标
外观
氧化铝 （ Al2 O3 ） / %
活性钙 （ CaO） / %
氧化铁 （ Fe2 O3 ） / %
浅灰白色
55
8
＜ 0． 5
工业盐酸来自哈尔滨东化工试剂厂，用比重计 测得其比重 ρ = 1． 157 g / mL； 以甲基橙作为指示 剂，用稀释后的工业盐酸滴定 20 mL 0． 01 mol / L 的 Na2 CO3 溶液，以此计算工业盐酸质量分数为 25． 24% ．
第 28 卷 第 4 期
哈 尔 滨 商 业 大 学 学 报（ 自然科学版）
2012 年 8 月
Journal of Harbin University of Commerce （ Natural Sciences Edition）
Vol． 28 No． 4 Aug． 2012
铝酸钙粉制备聚合氯化铝生产条件实验研究
2） 实验仪器： TD5A 高速离心机，长沙英泰仪 器有限公司； JJ － 1 精密增力电动搅拌器，金坛市双 捷实验仪器厂； XMTD 数显恒温水浴锅，辽阳博大 仪器厂； DHG － 9240 型电热恒温鼓风干燥箱，上海 一恒科技有限公司．
3） 制备方法： 将工业盐酸和水以一定的比例 混合预热，并不断进行搅拌，当温度达到 50 ℃ 时， 把火调小，缓慢加入铝酸钙粉，并开始计时，反应过 程中，烧杯内的温度会逐渐升高至预定温度，此后 通过加热和加少量水来维持所需温度，当反应结束 时，关掉电炉，继续搅拌直至温度降至 50 ℃ 以下， 用 pH 试纸测试溶液 pH 值为 3 左右，熟化 24 h，取 上清液进行高速离心分离．
铝酸钙酸溶一步法是由我国独创的聚合氯化 铝生产方法，以铝酸钙粉和工业盐酸为原料，该工 艺因其工艺简单、操作方便以及生产成本低等优点 成为聚合氯化铝絮凝剂生产厂家通用的生产方法 之一［2］．
在生产中，充分利用原料并降低成本的前提是 提高铝酸钙溶出率（ 以下简称溶出率） ，即通过化 学浸渍方法最大限度地从铝酸钙固体中溶出 Al2 O3 ，因此本文重点探讨上述方法生产聚合氯化 铝过程中反应时间、酸浸温度及工业盐酸的初始质 量分数等生产条件对溶出率的影响作用，旨在为磨 盘山净水厂的实际生产提供科学的参考依据，以较 低的成本获得较高的溶出率及较纯净的絮凝剂产 品．
收稿日期： 2011 － 11 － 06． 基金项目： 黑龙江省科学技术计划项目资助（ GB08C204 － 01） 作者简介： 殷洪水（ 1956 － ） ，男，工程师，研究方向： 给水处理．
第4 期
殷洪水，等： 铝酸钙粉制备聚合氯化铝生产条件实验研究
·421·
磨盘山净水厂是国内先进的现代化水厂，日产 水量达 77 万 t，为哈尔滨市大部分地区的企业和居 民提供生产生活用水． 在净水处理工艺中絮凝剂采 用聚合氯化铝（ PAC） ，该絮凝剂使用时具有絮体形 成快、沉淀性能好，水中碱度消耗少，尤其具有对水 温、pH 值、浊度和有机物含量变化适应性强等优 点［1］．
2． 2 酸浸温度对溶出率的影响 为了确定比较理想的酸浸温度，在其他条件不
变的情况下，考察酸浸温度与溶出率之间的关系， 选定（ 70 ± 5） 、（ 80 ± 5） 、（ 90 ± 5） 、（ 100 ± 5） ℃ 四 种情况下进行反应，其他条件见表 3．
率可以达 52． 35% ，同时为磨盘山水厂提出了相关的建议，使其以较低的成本获取较高的溶出率及较
纯净的絮凝剂产品．
关键词： 聚合氯化铝（ PAC） ； 铝酸钙粉； 铝酸钙溶出率
中图分类号： X703
文献标识码： A
文章编号： 1672 － 0946（ 2012） 04 － 0420 － 04
来自百度文库
Experimental study on optimal technical conditions of poly aluminum chloride synthesis by calcium aluminate powder
4） 分别测定制得聚合氯化铝的有效成分即 Al2 O3 含量、水不溶物含量以及 pH 值并计算溶出 率，测定方法依据国家标准《生活饮用水用聚氯化 铝》（ GB 15892 － 2009） ，并在测定前对所用到的标 准滴定溶液进行标定，标定方法参考我国卫生部颁 发的《生活饮用水卫生标准检验方法》（ GB / T5750 － 2006） ．
殷洪水1 ，王 琦2 ，李玉莹2
（ 1． 城市建设研究院 哈尔滨分院，哈尔滨，150001； 2． 哈尔滨工程大学 航天与建筑工程学院，哈尔滨 150001）
摘 要： 铝酸钙酸溶一步法生产聚合氯化铝工艺具有工艺简单、操作方便以及生产成本低等优点，因
此该工艺成为聚合氯化铝絮凝剂生产厂家通用的生产方法之一． 在生产过程中，充分利用原料并降低
铝酸钙粉由铝土（ Al2 O3 ·H2 O） 、石灰石（ CaCO3 ） 及其他配料经高温锻烧、冷却后研磨而成，主 要矿物成分为铝酸一钙（ Ca·A12 O3 ） 、二铝酸一钙 （ Ca·2A12 O3 ） ．
铝酸钙粉与盐酸的主要反应为： Al2 O3 + HCl→Al2 （ OH） n Cl6 － n CaO + 2HCl→CaCl2 + 2H2 O 在反应过程中生成碱式氯化铝，并伴有少量的 碱式氯化铁． 当 pH 值升高到一定值时，相邻的两 个羟基发生架桥聚合及自聚，直至达到一定的聚合 度． mAl2 （ OH） n Cl6 － n →［Al2 （ OH） n Cl6 － n］m 由于采用酸溶一步法制备聚合氯化铝只溶出 铝酸钙粉中的铝酸一钙，以及铝酸钙粉在生产过程
表 2 聚合氯化铝的制备工艺条件（ 1）
铝酸钙粉 工业盐酸 质量 沉降 反应温度 工业盐酸初始 投加量 /g 投加量 /g 比 时间 /d /℃ 质量分数 /%
100
200 1∶ 2． 0 1
100 ± 5
7
注： 工业盐酸质量分数 25． 24% ，ρ = 1． 157
溶出率随反应时间的变化见图 1，可以看出， 在反应初始阶段，随着反应时间的增长，溶出率有 明显提高，当反应时间超过 2 h 后，溶出率趋于稳 定，所以反应时间取定为 2 h． 而 PAC 的有效成分 主要取决 于 熟 化 离 心 后 的 溶 液 体 积，与 比 重 正 相 关，见图 2．
1 实验理论与实验条件
1． 1 实验理论 聚合氯化铝的化学通式为［Al2 （ OH） nCl6 － n］m
其中： 1 ≤n≤5，m≤10，由形态多变的多元羟基络 合物及聚 合 物 组 成，为 无 定 形 的 无 机 高 分 子 絮 凝 剂，溶于水后即形成聚合阳离子，通过对水中胶粒 电性中和及架桥作用最终形成 Al（ OH） 3 沉淀物从 水中分离出来．
中煅烧的温度不足，工业盐酸的纯度不够等实际问 题使得在实际生产中的溶出率并不像许多文献及 资料中所写的那么高，很多采用该工艺的生产厂家 在制备聚合氯化铝的过程中溶出率只能达到 30% 左右［3 － 4］．
本实验以溶出率作为生产条件优化的主要参 考指标，通过调节反应时间、酸浸温度以及盐酸的 初始质量分数等工艺条件合成一系列聚合氯化铝， 并在此基础上分别研究这些因素对聚合氯化铝制 备工艺的影响． 1． 2 实验条件
成本的前提是提高铝酸钙的溶出率，即通过化学浸渍方法最大限度地从铝酸钙固体中溶出 Al2 O3 ． 以 铝酸钙溶出率作为聚合氯化铝生产条件的优化指标，通过调节反应时间、酸浸温度以及盐酸的初始质
量分数，合成一系列聚合氯化铝． 在此基础上分别研究这些因素对聚合氯化铝制备工艺的影响． 结果
表明，最佳的工艺条件为反应时间 2 h、酸浸温度 90 ℃ 、盐酸的初始质量分数 7% ，在这一条件下溶出
·422·
哈尔滨商业大学学报（ 自然科学版）
第 28 卷
2 最佳制备条件的实验研究
2． 1 反应时间对溶出率的影响 实验以工业盐酸预热至 50 ℃ 后第一次加入铝
酸钙粉为开始时间，反应时间分别取 0． 5、1． 0、2． 0、3． 0、4． 0 h，反应结束后立即停止加热，搅拌继续 进行，直至温度降至 50 ℃ ，其他实验条件见表 2， 反应熟化 1 d 后进行快速离心，测定相关指标并计 算溶出率．
Abstract： The technique of one － step acid dissolution is generally used to synthesize poly aluminum chloride（ PAC） for many flocculant production manufacturers，which is due to its advantages of simplicity in technique，facilitation in operation and low cost． The precondition of using raw materials sufficiently and lowering the cost is to improve extracting rate of calcium aluminate in the manufacturing process，that is to say，to maximize the extraction of aluminium oxide from calcium aluminate is necessary． In this experimental study，an array PAC was synthesized in different conditions，including reaction time，acid leaching temperature and initial HCl concentration based on extracting rate of calcium aluminate which was taken as an indicator of PAC production conditions． Based on these，the effects above on synthesized technique of PAC were studied respectively． The optimal technical conditions were in the reaction time of 2 h，under the acid leaching temperature of 90 ℃ and initial HCl concentration with 7% ． In such conditions the extracting rate of calcium aluminate can reach 52． 35% ． Meanwhile，gave Harbin Mopanshan Water treatment Plant the relative suggestions so that pure flocculant production at the larger extracting rate against the lower cost could be obtained． Key words： poly aluminum chloride（ PAC） ； calcium aluminate powder； extracting rate of calcium aluminate
YIN Hong-shui1 ，WANG Qi2 ，LI Yu-ying2
（ 1． Harbin Branch of Academy of Urban Construction，Harbin 150001，China； 2． School of Aerospace and Civil Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）