聚合氯化铝盐基度分析探讨

摘要：根据不同原料生产的聚合氯化铝的外观，质量分数为0.6%水不溶物的状况，参照聚合氯化铝国家标准GB 15892-1995的分析步骤，结合对样品的实际检测情况，提出用“室温放置法”，分析聚合氯化铝的盐基度，以便使分析结果更符合实际。

聚合氯化铝（PAC），以前也常称为碱式氯化铝或聚合铝。它是一种无机高分子混凝剂，具有优良的净水效果，已广泛用于生活饮用水、工业用水及工业废水、生活污水的处理。PAC的混凝性能与盐基度有密切关系，对于pH为5.6-7.2的水体来说，盐基度越高净水效果越好，而对于pH＞7.6以上的碱性水系而言，虽然净水效果不一定与盐基度成线性关系，但对于特定的水质而言，也有—较适宜的盐基度。对PAC的生产厂家来说，在线分析产品盐基度十分必要，以使产品适用于不同的水系、水质。

我们对市场常用的PAC样品进行分析时，按照PAC国标GB 15892-1995进行，测试的结果是产品的盐基度一般都较高（＞85%），有时高达107%-110%，对于PAC这种产品而言，这个结果肯定不符合实际。笔者从理论和实践两个方面对盐基度进行分析，对照GB 15892-1995进行了探讨。

1 理论分析

1.1 生产过程分析

目前市场上使用的聚合铝（主要包括聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚硫氯化铝铁等）的生产方法主要是两步法。①以铝土矿、粘土矿、氢氧化铝、高岭土等为原料与盐酸或盐酸与硫酸的混合酸反应生产铝、铁的酸性盐溶液；②在所生成的盐溶液中加入活性铝酸钙矿粉进行盐基度调整（即通常所说的铝酸钙调整法）进行生产，然后经自然沉降一周左右得液体产品，再进行干燥处理得固体产品。因铝酸钙矿粉在该步反应中只起盐基度调整作用，铝的溶出率不高（一般只占总量的30%-40%），且粒径较小（一般粒度为62-80μm左右），自然沉降一周左右不可能使产品变得澄清，这样因未反应完全的铝酸钙矿粉的存在，导致按GB 15892-1995进行产品中铝含量和盐基度分析时，会偏离实际。

1.2 水不溶物分析

按国标规定称取10g液体试样或3g固体试样，加入500mL水溶解，用恒重的中速滤纸过滤。在进行产品质检时，许多厂家产品过滤液不澄清，说明有许多未反应的铝酸钙矿粉通过了滤纸，使水不溶物分析结果偏低。

1.3 铝含量的分析

聚合铝的盐基度，即是样品中OH^-和Al³⁺的摩尔比的三分之一。要分析盐基度，首先分析出铝的含量。

铝含量的测定原理是加酸使试样解聚，加入过量的EDTA溶液，使其与铝及其他金属离子络合，用氯化锌标准溶液滴定剩余的EDTA，再用氟化钾解析出络合的Al³⁺，用氯化锌标准溶液滴定解析出的EDTA。

按国标GB 15892-1995规定，称取8.0-8.5g液体试样或2.8-3.0g固体试样，加水溶解，全部移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。用移液管移取20mL放入250mL锥形瓶中，加入1：12硝酸2mL，煮沸1min，冷却后加入0.05mol/L的EDTA溶液20mL，再用乙酸钠缓冲溶液（272g/L）调到pH为3，煮沸2min，冷却后再加入10mL乙酸钠缓冲溶液和2-4滴二甲酚橙指示剂，用氯化锌标准溶液滴定溶液颜色从淡黄色变为微红色为终点。

加入10mL氟化钾500g/L溶液，加热至微沸，冷却，此时溶液应呈黄色，若溶液呈红色，则滴加稀硝酸呈黄色，再用氯化锌标准溶液滴定溶液颜色从淡黄色变为微红色即为终点。

理论分析：用移液管移取20mL试样稀释液于250mL锥形瓶中，此时溶液的pH在3.0-4.5左右，加入2mL 1：12的稀硝酸后，溶液的pH在0.1-0.5之间， 此时把溶液加热直到煮沸1min，则产品中带入的铝酸钙矿粉又与酸进行反应，矿粉中的铝又被溶出，煮沸时间越长，则溶出的铝越多，导致分析结果偏高。据文献〔9〕报导， 氢离子与PAC中的氢氧根离子结合生成水的吉布氏自由能变化为-71kJ/mol，同时又是在溶液中进行，反应速度应该不会太慢。但在实验中也发现常温下铝酸钙矿粉在pH=0.1-0.5的水溶液中0.5h并未发生铝的溶出反应。所以从理论上讲，酸化时不加热测定的结果更符合实际。

1.4 盐基度的分析

盐基度的分析原理是在试样中定量加入盐酸溶液，以氟化钾掩蔽铝离子，用氢氧化钠进行滴定。

按国标GB 15892-1995规定，称取1.8g液体试样或0.6g固体试样，加入20-30mL水溶解，移入250mL锥形瓶中，再用移液管移入0.5mol/L的盐酸溶液25mL，盖上表皿，在沸水浴上加热10min，冷却到室温，加入25mL KF溶液，摇匀，加入5滴酚酞指示剂，立即用氢氧化钠标准溶液滴定到微红色为终点，同时用不含二氧化碳的蒸馏水做空白试验。

理论分析：1.8g液体试样或约0.6g固体试样加入25mL水溶解，加入25mL浓度为0.5mol/L的盐酸溶液后，混合液的酸度较大，再在沸水浴上加热10min，冷却到室温。如果试样中有铝酸钙矿粉，则会发生下述反应：

Ca(AlO₂)₂+8HCl→CaCl₂+2AlCl₃+4H₂O

上述反应导致消耗的盐酸的量较多，而用氢氧化钠滴定剩余的盐酸时，消耗的量就少，从而导致结果偏高，甚至超过100%（有时高达110%），试样水不溶物含量越高，即试样稀释液越浑浊，分析得到的盐基度越高，这样的分析结果肯定是不符合实际的。而在常温下铝酸钙矿粉在0.2-0.3mol/L的盐酸介质中反应很慢，如果不加热测定，结果会比较准确地反映产品的真实盐基度。

2 试验验证

取液体试样500mL置于500mL具塞量筒中，静置一周，取上层清液50mL为一份，并标为液体试样1^#，剩下的450mL为一份并标明液体试样2^#。另取固体试样一个，标明试样3^#。经分析，它们的水不溶物质量分数分别是：1^#样0.5%，2^#样0.9%，3^#样1.9%。

2.1 氧化铝含量的测定

按国标GB 15892-1995和“室温放置法”测定氧化铝。“室温放置法”就是在分析氧化铝的含量时，在加入1：12硝酸2mL后，不加热到沸腾1min，而是直接在室温放置一段时间，其他步骤与国标相同，分析数据见表1。

表1 氧化铝质量分数分析结果

从表1可以看出，室温放置法数据更稳定，放置20min就能得到数据：对澄清的试样而言，两种方法数据相同，但对浑浊液而言，两种方法数据相差较大；用标准方法测定浑浊大（溶液有明显沉淀）的试样，铝酸钙矿粉有明显溶出迹象。

从表1还可以看出，固体试样干燥过程中有受热不均匀现象，所以采用室温放置法时，放置时间要30min以上；标准法的数据比室温放置法要高。

2.2 盐基度的分析

试样与氧化铝测定相同并相互对应，分析时按国标规定的步骤和“室温放置法“进行。“室温放置法”，就是在加入25mL浓度为0.5mol/L的盐酸后，不进行“在沸水浴上加热并沸腾10min，再冷却到室温"这一步，而是直接在室温下放置一段时间，其他分析步骤与国标相同，分析数据见表2。

表2 盐基度分析

从表2可以看出，对澄清产品而言，室温放置20min，两种方法的分析数据相吻合；如果试样浑浊，室温放置30min以上，分析数据稳定，但与按国标方法分析所得结果相差较大，并随水不溶物含量的增加，数据偏差越大。

从表2还可以看出，固体试样室温放置30min结果可以稳定；水不溶物质量分数超过1.5%，套用国标方法进行分析时，数据会有较大的偏差。

3 结论

（1）PAC液体产品试样为透明无明显沉淀物；固体产品溶于水（质量分数<0.6%）且透明，无明显沉淀物，按国标方法进行氧化铝和盐基度分析，分析结果与实际情况相符。

（2）液体产品浑浊，固体产品溶于水时有明显水不溶物，该类产品不符合国标所规定的外观要求，则不能完全套用国标方法进行氧化铝及盐基度分析。试验证明，“室温放置法”可以作为进行该产品分析的一种手段。