摘要：本文介绍了以铝灰和盐酸为原料制备聚合氯化铝的方法，讨论了投料比、加水量、反应时间、盐酸浓度等对产品的影响。
前言
聚合氯化铝又称碱式氯化铝，简称PAC，是介于AlCl3和Al(OH)3之间的水解产物，其化学通式为[Al2(OH)nCl6-n]m，其中m≤10，n=1-5。聚合氯化铝具有净化效率高、用药量少、易过滤、生产工艺简单等特点，是优良的絮凝剂，广泛用于工业废水和生活废水的净化处理。另外在铸造、医药、制革、造纸等方面也有广泛用途。
聚合氯化铝的生产方法按原料不同分为三氧化二铝法（包括铝土矿、高岭土、煤歼石等），氢氧化铝法和铝法（包括铝渣、铝灰等）。其中以铝灰为原料生产聚合氯化铝。具有成本低，原料来源广，流程简单等特点。该法又可细分为中和法和酸溶法。中和法是将烧碱和盐酸分别与铝灰反应产出铝酸钠和三氯化铝，然后以合适的配比合成聚合氯化铝。生产的关键是铝酸钠和三氯化铝溶液之间配比。酸溶法是将铝灰和盐酸反应一次直接产出液体聚合氯化铝，它具有反应速度快、工艺简单等特点。我们以铝灰为原料，对酸溶法制备聚合氯化铝工艺进行了研究，得出了制备聚合氯化铝的适宜工艺条件。
1 实验部分
1.1 主要原料、仪器设备
主要原料：铝灰、工业盐酸（31%）、水
主要设备：水浴锅、搅拌器、真空泵、电炉、分析天平、酸度计和实验室常用仪器
1.2 实验方法
首先对铝灰进行预处理，用水洗的方法除去水溶性的盐类，这样可以降低盐酸耗量，处理后的铝灰含氧化铝为30%左右，然后将工业盐酸与一定量的水放入反应器内，搅拌并用水浴加热。称取1000克铝灰，逐步加入盐酸溶液中，由于反应剧烈，放热量大，应不断搅拌并随时补加水，反应时间控制在6-12小时，反应温度96℃，反应结束后加入一定量的水稀释物料，调节pH值为3.5-4.5，陈化15-24小时得液体洋品。盐酸与铝灰的反应为：
2Al+(6-n)HCl+nH2O→Al2(OH)nCl6-n+3H2↑
nAl+(6-n)AlCl3+3nH2O→3Al2(OH)nCl6-n＋1.5nH2↑
反应中铝的溶出，产物的水解和水解产物的聚合是交叉进行的。液体聚合氯化铝制备流程见图1。
2 实验结果与讨论
2.1 投料比[铝灰量（g）/HCl（ml）]的影响
投料比对产品质量有很大影响。判断聚合氯化铝质量的一个指标是盐基度，盐基度为聚合氯化铝中氢氧根与铝的当量百分比，即盐基度=[OH]/[Al]×100%，当盐基度为50-80时，产品的絮凝效果较佳。在盛有100克铝灰的容器内分别加入不同体积的盐酸，在95℃左右，反应6-12小时。对产品的测定表明，随着投料比增加，液体成品中氧化铝的量增加，盐基度也增加，选择投料比为3：1，实验数据见表1。
表1 投料比与氧化铝含量的盐基度的关系
| 投料比 | Al2O3(%) | 盐基度 |
| 1:1 | 9.2 | 35 |
| 2:1 | 10.5 | 49 |
| 3:1 | 13 | 55 |
2.2 加水量的影响
反应过程中，特别是反应前期，由于反应剧烈，水分挥发损失较大，应及时加水补充。加水量过少会造成铝灰结块，反应不完全，加水过多，则会使盐酸浓度变低，反应不宜进行，造成盐基度减小。因此加水量要适当。经实验选用100-150ml水/100g铝灰。
2.3 反应时间的影响
按铝灰：HCl：水为3：1：3的比例改变反应时间进行实验，盐基度和氧化铝含量随反应时间的增加而增加，但当反应时间超过7小时后，盐基度的变化趋于稳定。因此取6-8小时为宜。实验结果见表2。
表2 反应时间与盐基度的关系
| 反应时间（小时） | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 盐基度（%） | 25 | 34 | 40 | 46 | 49 | 51 | 53 | 54 |
2.4 盐酸浓度的影响
在其它因素不变情况下，改变盐酸浓度进行实验，发现随着盐酸浓度的增加，盐基度增加，酸的挥发量也增加，反应过于激烈，造成环境污染，操作困难。综合考虑，选用20%的盐酸。（将31%左右的工业盐酸稀释至20%）。
2.5 溶液盐基度的调整
聚合氯化铝产品中氧化铝及盐基度都要达到标准，为此常加入少量碱性物质对以上指标进行调整，使液体聚合氯化铝中氧化铝含量大于10%，盐基度为45-70。碱用量用下式确定：
G=k1k0(A/100)P(B-b)/100η
式中：
G一碱用量，kg；
k0一实际耗碱量与理论耗碱量之比，一般为1.05；
k1一碱与氧化铝的当量之比；
A一被调整溶液中氧化铝含量，%；
B一成品液的盐基度，%；
P一被调整溶液的重量，kg；
b一被调整液的盐基度，%；
η一碱的有效含量系数
加入30%Na2CO3调节盐基度，得液体产品的氧化铝含量为10%以上，pH值为3.5-5.0，盐基度为50-65%。
3、结论
1）通过实验，确定了以铝灰为原料，采用酸溶一步法制备聚合氯化铝的工艺条件。
2）本工艺具有流程短、生产设备简单、成本低等特点，用工业废渣铝灰为原料生产聚合氯化铝对于治理环境具有重要意义。
