聚氯化鋁簡稱PAC。通常也稱作堿式氯化鋁，是一種無機(jī)高分子混凝劑．利用氫氧根離子的架橋作用和多價陰離子的聚合作用而生產(chǎn)的分子量較大、電荷較高的無機(jī)高分子水處理藥劑。目前PAC是世界上一種技術(shù)成熟、市場銷量大的混凝劑，已有逐步取代傳統(tǒng)混凝劑的趨勢。

油頁巖的利用主要有兩種，一種是經(jīng)干餾得到頁巖油，另一種是作為燃料直接燃燒發(fā)電。頁巖油類似原油，可以制成汽油、柴油或作為燃料油。油頁巖資源量十分豐富，具有作為接替能源的巨大潛力和有利條件。

油頁巖灰渣是油頁巖加工工藝中的主要副產(chǎn)物，約占油頁巖原料的80%~90%．需要占用大量的土地堆放．且存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問題．因此對油頁巖灰渣加以綜合利用，不僅解決了大量工程廢棄物的污染問題，同時也充分利用了資源，變廢為寶。因此筆者研究利用油頁巖灰渣堿溶法制取PAC。

1實驗部分

1.1實驗原料與儀器

油頁巖灰渣來源于廣東茂名露天礦廢渣堆放場．其主要成分如表1所示。

其他實驗原料：氫氧化鈉（上海之臻化工有限公司），濃鹽酸（鄭州恒力奧科工貿(mào)有限公司），均為分析純；多頭磁力加熱攪拌器（國華企業(yè)），馬弗爐（上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司），烘箱（上海申光儀器儀表有限公司），恒溫油浴鍋（上海精密科學(xué)儀器有限公司）。

1.2聚氯化鋁的制備

稱取一定量粉碎后經(jīng)0.25mm（60目）網(wǎng)篩篩過的油頁巖灰渣于馬弗爐中，在750℃下焙燒2h．取15g灰渣，按堿量比n(NaOH):n(Si02)=5,加入4mol/L的氫氧化鈉溶液于三口瓶中,110℃恒溫攪拌反應(yīng)4h，趁熱過濾，得到濾液用于制取白炭黑，濾餅則用于制備聚氯化鋁．濾餅與一定濃度一定量的鹽酸，加入三口燒瓶進(jìn)行酸溶，恒溫下攪拌反應(yīng)，趁熱過濾，得到濾液為氯化鋁溶液，取其中一部分用于測定鋁的浸出率。加熱剩余濾液，加入少量鋁粉，至溶液不再劇烈反應(yīng)．分多次緩慢加入一定量的碳酸鈣，并強力攪拌聚合，加堿調(diào)節(jié)pH至4～5，得到淡黃色或棕黑色的溶液，過濾得到聚氯化鋁溶液。

1.3分析方法

按照GB/T22627-2014《水處理劑聚氯化鋁》測定產(chǎn)品的氧化鋁含量及鹽基度。

2結(jié)果與討論

2.1酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

在酸量比n(HCl):n(Al203)=12，酸溶時間為3h，酸溶溫度為110℃的條件下，考察酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鋁的浸出率及鹽基度的影響．結(jié)果如圖1所示。

由圖1可見．鋁的浸出率開始時隨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐漸增加．當(dāng)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%以后，鋁的浸出率變化不大：而鹽基度隨著酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加．當(dāng)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到12%時．鹽基度達(dá)到較大值，隨后下降。這是因為，如果酸濃度過低，鋁浸出率過低，從而對聚合過程帶來不利，導(dǎo)致鹽基度過低．而如果酸的濃度過高．揮發(fā)性大大增加，對操作和環(huán)境均有影響。故從資源利用、經(jīng)濟(jì)因素和藥劑特性等因素方面考慮，結(jié)合浸出率和鹽基度的變化．較佳值選擇酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%．

2.2酸量比的影響

在酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,酸溶時間為3h．酸溶溫度為120℃的條件下，考察酸量比n(HCl):n(Al203)對鋁的浸出率及鹽基度的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見，鋁的浸出率和鹽基度隨n(HCl)：n(Al203)的增加而逐漸增加，當(dāng)n(HCl):n(Al203)在10～12之間時，鋁的浸出率和鹽基度隨n(HCl)：T(Al203)的增加變化不大，當(dāng)n(HCl)：n(Al203)達(dá)13以后，鹽基度開始下降，鋁的浸出率則基本沒變。這是因為當(dāng)酸量較低時，酸溶反應(yīng)不夠徹底，浸出率和鹽基度都較?。喝艏尤胨崃窟^多，體系中氫氧化鋁提供的羥基數(shù)量不足，不利于多羥基鋁縮聚反應(yīng)的進(jìn)行，同時由于系統(tǒng)中游離氫離子濃度的不斷增加，進(jìn)一步阻止了羥基鋁之間的架橋縮聚反應(yīng)，較終降低了聚合氯化鋁的鹽基度。因此．綜合考慮選擇n(HCl):n(Al203)=10為較佳的條件。

2.3酸溶溫度的影響

在酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,酸溶時間為3h，n(HCl)：n(Al203)=10的條件下，考察酸溶溫度對鋁的浸出率及鹽基度的影響．結(jié)果如圖3所示．

由圖3可見，開始時鋁的浸出率隨酸溶溫度的升高而升高較快．當(dāng)溫度達(dá)到110℃時浸出率雖有升高但變化不大,110℃以后浸出率略有下降：而鹽基度開始時隨酸溶溫度的升高而升高，當(dāng)酸溶溫度為110℃時達(dá)較大，隨后隨酸溶溫度的升高而下降。這是因為酸溶溫度太低，氧化鋁形成氯化鋁的酸溶反應(yīng)進(jìn)行不夠徹底．且熱解反應(yīng)中不能形成堿式氯化鋁，使鋁的浸出率及鹽基度偏低：酸溶溫度過高時，在酸溶反應(yīng)中鹽酸揮發(fā)量增多，浸出率降低，而同時的熱解反應(yīng)中．溫度過高．形成的堿式氯化鋁會分解，導(dǎo)致鹽基度降低：因此選擇酸溶溫度在110℃時為較佳。

2.4酸溶時間的影響

在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的鹽酸，酸溶溫度為110℃．n(HCl):n(Al203)=10的條件下，考察酸溶時間對鋁浸出率及鹽基度的影響．結(jié)果如圖4所示。

由圖4可見．鋁的浸出率及鹽基度開始時都隨酸溶時間的增加而增加，當(dāng)酸溶時間達(dá)到3h時二者達(dá)較大．隨后隨時間的增加二者都下降。這是因為酸溶時間過短，使反應(yīng)不完全，而酸溶時間過長，酸揮發(fā)過多，也會使反應(yīng)不完全．較終導(dǎo)致鋁浸出率和鹽基度較低．故較佳值選擇酸溶時間為3h。

3結(jié)論

油頁巖灰渣堿法制取聚氯化鋁的較佳酸溶工藝為：酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,酸溶溫度為110℃，n(HCl)：n(Al203)=10,酸溶時間為3h。在此工藝條件下，鋁浸出率為62.92%，制得產(chǎn)品的鹽基度為82.25%。