【正文】 的以克表示的氧化鋁 (AI2O3)的質(zhì)量。加入 5 滴酚酞指示液，立即用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至溶液呈現(xiàn)微紅色即為終點(diǎn)。蓋上表面皿，在沸水浴上加熱 10min，冷卻至室溫。用 20～ 30mL 水移入 250mL錐形瓶中。 . 2 鹽基度的測(cè)定 （ 1） 方法提要 在試樣中加入定量鹽酸溶液，以氟化鉀掩蔽鋁離子，以氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定。 （ 2） 分析結(jié)果的表述 以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示的氧化鋁 (AI2O3)含量 (x1)按式 (1)計(jì)算： x1=Vc 98/m20/500 100=Vc式中： V—— 第二次滴定消耗的氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積 mL； C—— 氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的實(shí)際濃度， mol/L； m—— 試料的質(zhì)量， g； 98—— 與 氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液 [c(ZnCI2)=]相當(dāng)?shù)囊钥吮硎镜难趸X的質(zhì)量。再用氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定，溶液顏色從淡黃色變?yōu)槲⒓t色即為終點(diǎn)。冷卻，此時(shí)溶液應(yīng)呈黃色。冷卻后加入 10mL 乙酸鈉緩沖溶液和 2～ 4 滴二甲酚橙指示液，用氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至溶液由淡黃色變?yōu)槲⒓t色即為終點(diǎn)。用移液管移取 20mL，置于 250mL 錐形瓶中，加 2mL 硝酸溶液，煮沸 1min。再用氟化鉀溶液解析出絡(luò)合鋁離子，用氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定解析出的乙二 胺四乙酸二鈉。加入過(guò)量的乙二胺四乙配二鈉溶液，使其與鋁及其他金屬離絡(luò)合。 （ 2） 水處理劑應(yīng)符合表 要求。其反應(yīng)如下： 3 2 2 26 ( ) ( 1 2 )nA lCl H O n H O A l O H n H O n H Cl?? ? ??? ? ? ? 6 2 6 2( ) [ ( ) ]n n n n mm A l O H Cl m H O A l O H Cl H O???? ??? ? 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和分析方法 聚合氯化鋁的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) （ 1） 外觀：液體產(chǎn)品是無(wú)色、淡灰色、淡黃色或棕褐色透明或半透時(shí)液體，無(wú)沉淀。 實(shí) 驗(yàn)采用方法以及原因 考慮到實(shí)驗(yàn)室不具備工業(yè)方法制備 PAC的能力，所以本實(shí)驗(yàn)采用 水解法， 以 結(jié)晶氯化鋁 為原料制備 PAC。該工藝可利用反應(yīng)中產(chǎn)生的氣泡上浮作用使溶液定向運(yùn)動(dòng) ,取代機(jī)械攪拌 ,大大節(jié)約能耗。 (2) 電滲析法制備 PAC 該技術(shù)以三氯化鋁為電解液 ,以兩張陰離子交換膜 (異相 ) 構(gòu)成反應(yīng)室 ,石墨板為陽(yáng)極 ,多孔鐵板為陰極 ,通一定時(shí)間直流電 ,即制得 PAC 液體產(chǎn)品。 電法生產(chǎn) PAC 技術(shù) (1) 電解法制備 PAC 中科院生態(tài)中心開(kāi)發(fā)了一種高質(zhì)量的 PAC 的制備技術(shù) ,該技術(shù)以三氯化鋁為電解液 ,鋁板為陽(yáng)極 ,鐵板為陰極 ,通一定時(shí)間的低電壓、大電流的直流電 ,可制得堿化度為 60 %～80 %的高效 PAC ,其有效絮凝成分 Alb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 60 %～ 90 % ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市售 PAC 產(chǎn)品。謝煒平等選用助溶劑 KF 來(lái)打開(kāi) Al— Si鍵 ,利用溶劑 HCl來(lái)溶解粉煤灰中的復(fù)合硅鋁酸鹽 ,提高了 23AlO ， Al2O3的溶出率 ,而且能耗較低。因此打開(kāi) Al — Si鍵 ,使 23AlO 自玻璃體中釋放出來(lái) ,利用其 23AlO 制備絮凝劑一直存在很多技術(shù)問(wèn)題。由于粉煤灰是經(jīng)過(guò)高溫燃燒產(chǎn)生的 ,其中約 90%的 2SiO 及 23AlO 呈玻璃態(tài) ,3 23AlO 將制備的未經(jīng)減壓濃縮的氯化鋁溶液 ,調(diào)整到相對(duì)密度d418 = 1. 12 ,氯化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 13. 5 % ,在 30℃攪拌下 ,緩慢加入 20 %的氫氧化鈉攪拌 4 h ,保持溫度 15～ 20 ℃ ,熟化 5d ,即得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%的 PAC 溶液 ,經(jīng)減壓濃縮可生產(chǎn)固體PAC ,固體產(chǎn)品中氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)大 于 30 % ,堿化度為 78 %。煤矸石經(jīng)焙燒粉碎后和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 20 %的鹽酸 混合液加入裝有回流冷凝器的反應(yīng)釜中 ,在攪拌下進(jìn)行反應(yīng) ,溫度達(dá)到 100℃時(shí) ,保溫 1 h ,冷卻后 ,向料漿中加 第 17 頁(yè) 共 45 頁(yè) 入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1 %的聚丙烯酰胺凝聚劑進(jìn)行沉降 ,2～ 3h 后真空抽濾 ,硅渣經(jīng)水洗至中性 ,可作水玻璃 ,母液用減壓濃縮得結(jié)晶氯 化鋁粗品 , 經(jīng)進(jìn)一步精制后 , 可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 98. 9 %三氯化鋁 ( 3AlCl 堿法生產(chǎn)投資大、設(shè)備復(fù)雜、成本高 ,除與氧化鋁配套生產(chǎn)外 ,一般很少單獨(dú)使用。 一水硬鋁石 (α 23AlO 酸法適用于粘土礦、煤矸石、高嶺土、一水軟鋁石、三水鋁石等礦物原料 ,不適合于一水硬鋁土礦。我國(guó)生產(chǎn) PAC的天然礦石主要有高嶺土、鋁土礦、高鋁粘土、明礬石、霞石、長(zhǎng)石等。其傳統(tǒng)的制備工藝 :一是焙燒法 ,即在高溫條件下 ,將鋁礦、粘土礦等焙燒 ,使惰性的 23AlO 水合物轉(zhuǎn)變成活性的 γ 23AlO , 從而提高 23AlO 在酸中的反應(yīng)率 。該工藝簡(jiǎn)單 ,產(chǎn)品重金屬離子含量少 (不含氟和汞 ) 、穩(wěn)定性高 ,鹽基度可達(dá)到45 %～ 50 %。 該生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單 ,設(shè)備投資小、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良 ,是一種值得推廣的生產(chǎn)工藝。該工藝是國(guó)內(nèi)外最重要的工業(yè)化生產(chǎn)方法 ,工藝簡(jiǎn)單、成熟 ,投資少 ,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 ,性能好 ,成本低 ,鋁溶出率可達(dá) 70 %～ 95 %。 該生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單 ,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 ,無(wú)三廢產(chǎn)生 ,但反應(yīng)條件苛刻 ,對(duì)設(shè)備要求較高 ,腐蝕性強(qiáng) ,一般市售搪玻璃反應(yīng)釜難以適應(yīng) ,生產(chǎn)中確保質(zhì)量頗為不易。 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)研究中心等單位近年開(kāi)發(fā)了利用拜耳煉鋁生產(chǎn)過(guò)程的中間產(chǎn)物3Al (OH) 凝膠生 產(chǎn) PAC的工藝。此工藝的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)條件溫和 ,產(chǎn)品質(zhì)量好。 氫氧化鋁法 (1) 凝膠法 常壓下 ,結(jié)晶 3()Al OH 在鹽酸中溶解度較小 ,通常溶出液中鋁的當(dāng)量比小于 1. 0 ,為此 ,必須首先將結(jié)晶 3()Al OH 變?yōu)闊o(wú)定型凝膠狀 ,主要通過(guò)以下反應(yīng)完成 : 3()Al OH +NaOH＝ Na 4()Al OH 2 4NaAl (OH) + 2CO =2 3Al (OH) ↓ + 23NaCO + 2HO 2 3()Al OH +(6 n) HCl= 2 6nAl (OH) nCl + (6n) H2O 該工藝的關(guān)鍵是碳酸化分解 ,分解過(guò)程中若條件控制不當(dāng) ,制得凝膠氫氧化鋁在鹽酸中溶解性不好 ,或即使溶解 ,產(chǎn)品的穩(wěn)定性也不好。 該法生產(chǎn)設(shè)備投資大 ,由于鋁鹽價(jià)格較昂貴 ,相對(duì)生產(chǎn)成本高 ,工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用較少。 以硫酸鋁和氯化鋁為原料生產(chǎn) PAC,則采用硫酸鹽沉淀法 ,在硫酸鋁和三氯化鋁的混合液中加入石灰、石灰石 ,使硫酸根離子和鈣生成難溶的硫酸鈣沉淀 ,從混合液中分離 ,使鋁氯物質(zhì)的量比增大 ,從而得到一定鹽基度的 PAC。該法的關(guān)鍵是鋁鹽的充分水 解 ,為此可向鋁鹽溶液不斷滴加稀堿溶液 ,并充分?jǐn)嚢枰员苊饩植繅A過(guò)量而產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀。 鑒于鋁灰中含有較多的有害雜質(zhì) ,其生產(chǎn)的 PAC用于飲用水的凈化會(huì)危害人體健康 ,國(guó)家建委 1991年已提出不允許使用有害雜質(zhì)的鋁灰生產(chǎn)用于給水處理的凈水劑。 中和法則綜合了酸法和堿法的優(yōu)點(diǎn) ,其主要機(jī)理 :鋁原料與鹽酸反應(yīng)后 ,通過(guò)鋁酸鈉調(diào)節(jié)鹽基度 ,濃縮、除鹽得產(chǎn)品 PAC。同時(shí)由于原料來(lái)源極為有限 ,生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量氫氣、氯化氫、水蒸氣、粉塵等 ,控制不當(dāng)易引起爆炸 ,安全性較差 ,故多見(jiàn)于小規(guī)模露天生產(chǎn)或手工操作企業(yè)。該法具有反應(yīng)速度快、設(shè)備投資少、工藝簡(jiǎn)單 、操作方便的優(yōu)點(diǎn) ,是我國(guó)以金屬鋁為原料生產(chǎn) PAC 的主要工業(yè)化方法。 PAC 的制備可分為以下幾種： 金屬鋁溶解法 該法所用原料主要是鋁加工過(guò)程中的下腳料 ——— 鋁屑、鋁灰和鋁渣、鋁型材加工廢渣等 ,在工藝上 ,該法可分為酸法、堿法、中和法三種。 第 14 頁(yè) 共 45 頁(yè) 第 2 章 聚合氯化鋁的制備 聚鋁的制備方法 國(guó)內(nèi)生產(chǎn) PAC 的方法有許多 ,目前主要以酸溶一步法、酸浸中和兩步法、凝膠法、熱分解法等為主。并 確其定復(fù)配的最佳比例（由第 4點(diǎn)來(lái)確定）。然后 和市面上的 PAC相比較， 主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行 比較 。其反應(yīng)如下： 3 2 2 26 ( ) ( 1 2 )nA lCl H O n H O A l O H n H O n H Cl?? ? ??? ? ? ? 6 2 6 2( ) [ ( ) ]n n n n mm A l O H Cl m H O A l O H Cl H O???? ??? ? （ 2）產(chǎn)品性能的測(cè)定（ 先和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比較，測(cè)定該產(chǎn)品的相關(guān)的系數(shù) 包括水不溶物含量、氧化鋁含量、 PH值等。 研究?jī)?nèi)容： （ 1）聚合氯化鋁的生產(chǎn)及制備工藝參數(shù)的優(yōu)化 水解法， 以 結(jié)晶氯化鋁 為原料制備 PAC。 研究?jī)?nèi)容 本論文主要研究?jī)?nèi)容是確定實(shí)驗(yàn)室制備 PAC 的方法，找出生產(chǎn) PAC 的最佳參數(shù)，并測(cè)量該 PAC 的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，然后用該種 PAC 做高嶺土廢水的絮凝實(shí)驗(yàn)，找出其絮凝的最佳參數(shù)，最后用該種 PAC 和 PAM 進(jìn)行復(fù)合使用，找到其復(fù)合使用時(shí)的最佳參數(shù)。使用性能優(yōu)越的絮凝劑，控制合適的加藥量及混合反應(yīng)條件，再經(jīng)沉淀或過(guò)濾，便能獲得理想的處理效果。 第 12 頁(yè) 共 45 頁(yè) 論文研究目的和內(nèi)容 研究目的和意義 水處理技術(shù)一般有沉淀處理等物 理處理、絮凝劑在用水與廢水處理和生產(chǎn)過(guò)程的固液分離中占有重要的地位。繼而快速聚合生成低聚體或晶核，并趨向于進(jìn)一步聚集成高分子形態(tài)。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑之所以高效的原因，就是在于其預(yù)制過(guò)程中形成具有一定水解穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)絮凝形態(tài)為主的產(chǎn)物。 對(duì)無(wú)機(jī)絮凝劑作用機(jī)理的探討一直是推動(dòng)其發(fā)展的根本所在，傳統(tǒng)鋁、鐵鹽的絮凝作用機(jī)理，即以其水解形態(tài)與水體顆粒物進(jìn)行電中和脫穩(wěn)、吸附架橋或黏附網(wǎng)捕卷掃，從而形成粗大絮體再加以分離。 上述觀點(diǎn)，可對(duì)以往絮凝劑表面吸附狀態(tài)的描述給出合理的解釋?zhuān)磧尚孕透叻肿有跄齽┰诠桃航缑嫔系奈叫螒B(tài)，可以理解為“躺”在水平面上的水平型吸附，這種吸附比垂直型、回線型吸附更強(qiáng)烈，吸附層更薄也更完整。它的相對(duì)分子質(zhì)量和粒度大小以及絮凝架橋能力 仍比有機(jī)絮凝劑差很多，而且由于鐵離子的熱力學(xué)性能極不穩(wěn)定，在水溶液中的溶解度非常小，最終將失穩(wěn)或轉(zhuǎn)化為晶形沉淀析出。而復(fù)合無(wú)機(jī)高分子絮凝劑具有更為突出的效果，其制備方法可以歸結(jié)為兩個(gè)大的方面：其一是在聚合鐵的制造過(guò)程中引入一種或一種以上的陰離子，從而在一定程度上改變聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)及分布，制造出一類(lèi)理想的新型聚合鐵類(lèi)絮凝劑；其二是依據(jù)協(xié)同增效的原理將聚合鐵與一種或超過(guò)一種的其他化合物 (包括有機(jī)的或無(wú)機(jī)的 )復(fù)合制得一類(lèi)新型高效絮凝劑。有關(guān)聚合鐵水溶液的研究表明， Fe(Ⅲ )具有強(qiáng)烈的水解傾向，其配位水分子可以連續(xù)離解失去質(zhì)子而轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)羥基，從而生成多種可能的單體形式。由于水解反應(yīng)極為迅速，傳統(tǒng)鋁、鐵鹽在水解過(guò)程中并未形成具有優(yōu)勢(shì)絮凝效果的形態(tài)。研究認(rèn)為，這可能是因?yàn)槲勰嘀袏A帶著大量帶正、負(fù)電荷的分子（污泥表面的負(fù)電性是正、負(fù)電荷中和后的表現(xiàn)），陽(yáng)離子絮凝劑首先通過(guò)電荷中和作用吸附于污泥表面，當(dāng)吸附達(dá)到一定程度時(shí)，又由于污泥中正、負(fù)電荷的分子比例朝“均衡”方向變化，使其吸附量不再明顯增加（靜電排斥作用和位阻效應(yīng)的結(jié)果），未被吸附的絮凝劑分子保留在溶液中；而改性兩性絮凝劑的分子中同時(shí)含有正 /負(fù)兩種活性基團(tuán)，兩種活性基團(tuán)可分別與帶相反電荷的污泥膠體顆粒產(chǎn)生靜電吸引作用，因此吸附點(diǎn)較多和可被吸附的固體表面增大，從而增大了吸附 量。因此，深入研究?jī)尚愿叻肿有跄齽┑慕j(luò)合作用的內(nèi)在規(guī)律性，并在絮凝劑研制工作中促成藥劑絡(luò)含、螯合功能的提高（如藥劑中陰 /陽(yáng)離子基團(tuán)的取代度及其比例對(duì)絡(luò)合性能的影響；藥劑在等電點(diǎn)時(shí)的pH 值及其適宜范圍對(duì)絡(luò)合性能的影響等），對(duì)天然高分子改性兩性絮凝劑去除中、小分子有機(jī)物質(zhì)；去除低分子量真溶性有機(jī)物質(zhì)和提高污泥脫水效果等方面將不斷積累經(jīng)驗(yàn)和成果。原水膠體雜質(zhì)含量少時(shí)，所需絮凝劑量大，反之亦然。 第 10 頁(yè) 共 45 頁(yè) 吸附卷掃或網(wǎng)捕作用 在絮凝劑投加量一定且形成小粒絮體時(shí)，在重力作用下猶如一個(gè)過(guò)濾網(wǎng)沉降，迅速網(wǎng)捕，卷掃水中膠粒，而產(chǎn)生沉淀分離，稱為卷掃或網(wǎng)捕作用。這種吸附架橋作用是絮凝機(jī)理的核心內(nèi)容。若絮凝劑的帶電符號(hào)與微粒相反則絮凝劑的離解程度就大，電荷密度越高，分子越易擴(kuò)展，越有利于架橋。其中包括電中和作用、吸附架橋作用和卷掃作用。 絮凝機(jī)理 絮凝劑的絮凝機(jī)理通常分為化學(xué)絮凝和物理絮凝兩種：前者假設(shè)粒子以明確的化學(xué)結(jié)構(gòu)凝集，并由于彼此 的化學(xué)反應(yīng)造成膠質(zhì)粒子的不穩(wěn)定狀態(tài) .后者則是由于存在雙電層及某些物理因素，當(dāng)加入與膠體粒子具有不同電性的離子溶液時(shí)，會(huì)發(fā)生凝結(jié)作用 .當(dāng)發(fā)生凝結(jié)作用時(shí)，膠體粒子必失去穩(wěn)定作用或發(fā)生電性中和，不穩(wěn)定的膠體粒子再互相碰撞而形成較大的顆粒 .當(dāng)加入絮凝劑時(shí)，它會(huì)離子化，并與離子表面形成價(jià)鍵 .為克服離子彼此間的排斥力，絮凝劑會(huì)由于攪拌及布朗運(yùn)動(dòng)而使得粒子間產(chǎn)生碰撞，當(dāng)粒子逐漸接近時(shí)，氫鍵及范德華力促使粒子結(jié)成更大的顆粒 .碰撞一旦開(kāi)始，粒子便經(jīng)由不同的物理化學(xué)作用而開(kāi)始凝集，較大顆粒粒子從水中分離而沉降。它的相對(duì)分子質(zhì)量和粒度大小以及絮凝架橋能力仍比有機(jī)絮凝劑差很