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        聚合氯化鋁質量性能的研究

        時間:2021/05/28 點擊:

        摘要:主要介紹聚合氯化鋁凈水機理、技術指標與質量性能的關系,分析目前部分企業在產品質量鑒定分析上存在的問題,提出新的產品質量鑒定方案。

        1、前言

        聚合氯化鋁簡稱聚合鋁,是30年代發展起來的一種無機高分子絮凝劑,由于它具有適用范圍廣、絮凝沉降速度快、使用時不需加助凝劑,能保持水質pH值穩定等一系列優良性能而逐漸取代了硫酸鋁、氯化鐵等傳統的無機絮凝劑,廣泛用于生活飲用水、工業用水及廢水處理中,是一種具有廣闊前景的精細化工產品。但由于聚合鋁本身性質特殊,不同原料、不同工藝生產出的產品在質量性能上差異很大,加上國家標準尚未出臺,各地區、各企業在產品質量鑒定分析上不統一,且存在一些問題,造成了該產品在生產經營過程中在質量、等級鑒定上爭議很大。

        2、聚合氯化鋁的凈水機理

        聚合氯化鋁是一種由堿式氯化鋁聚合而成的高分子化合物,化學式可表示如下:

        [Al2(OH)mCl6-n]

        其中:m≤10,n為3-5

        聚合氯化鋁的凈水過程是一個復雜的物理化學過程,將聚合鋁投入水中,它將迅速水解,并形成如下所示的膠體:

        [Al(OH)3°mAlO+°(n-p)Cl-]P+°pCl-

        m、n、p為任何正整數

        從以上結構可以看出,由聚合氯化鋁水解形成的膠體帶有適量的正電荷,而自然界水體中膠粒一般帶負電荷,并且由于粒子間存在的靜電斥力和表面水化作用,使膠粒處于分散穩定狀態。由聚合鋁形成的膠體與這種膠粒相互作用的結果,使膠粒內部的ζ電位降低、減小或消除了靜電排斥勢能,從而使膠粒處于脫穩狀態;又由于由鋁的活性物質組成的絮粒具有很強的架橋吸附能力,加上攪拌水體水力條件的作用,膠體間不斷地碰撞吸附,逐漸變大、增重,生成粗大的絮凝體,在下沉過程中又網捕部分懸浮物,從而使水由濁變清。

        3、產品技術指標與凈水效能關系的探討

        從凈水機理和膠體結構可知,膠核Al(OH)3是凈水全過程中的基礎物質,它含量的多少直接影響到產品效能的好壞。Al2O3含量越高,其絮凝能力并不一定越強、性能越好。這是因為在聚合鋁中,既有起絮凝作用的活性物質—鋁的多聚體的存在,又有低效能的鋁的低聚體和單體的存在。在幾種Al2O3含量相同的產品中,哪一種產品含這種活性物質多,哪一種產品的效能就高。堿化度是影響鋁在產品中存在形態的技術指標。堿化度又稱鹽基度,一種產品的堿化度越高,其絮凝能力越強,但堿化度過高,因產品接近于Al(OH)3而失去穩定性,產品絮凝能力迅速下降,所以堿化度一般要求在60%-85%之間。因為堿化度決定著產品中的鋁能否具有較好效果,所以幾種產品中的鋁含量相同、甚至有一定差別時,堿化度決定著產品絮凝性能的好壞。

        部分廠家和用戶在鑒定產品質量和等級時,往往只注重產品Al2O3含量的高低,并將它作為鑒定產品質量等級的一個指標。而部分廠家為了迎合用戶的這一錯誤要求,生產出高Al2O3含量、高堿化度的產品(堿化度愈高,產品干燥操作愈易于進行,成本愈低),一方面使用戶的利益受到損失,另一方面造成了國家鋁資源的大量浪費,同時也使高質量的產品因成本過高失去了市場競爭力。

        筆者對國內大多數地區和企業的聚合鋁技術標準中Al2O3的分析方法做過比較,主要不同之處在樣品分解方法上,一種方法是以稀強酸(如稀硝酸)分解樣品,少數企業甚至以王水分解樣品,我們將這種方法以Al2O3-H+來表示;另一種方法是以水分解樣品,我們以Al2O3-H2O來表示,兩種方法后半部分相同,均為EDTA容量法,但由于樣品分解方法上的差異,使分析結果截然不同,見表1。

        表1 酸溶解法和水溶解法分析結果的差異

        編號 樣品來源 酸溶法(%) 水溶法(%) 堿化度(%) 在某一濁度水中較小投量(×10-6
        1# 試驗樣 31.55 18.42 96.80 50
        2# 河南鞏義 30.05 19.25 95.38 45
        3# 試驗樣 35.58 19.42 94.37 42
        4# 湖北荊襄 29.68 26.62 74.94 10
        5# 四川渝西 34.56 23.25 80.83 14

        從表1所列數據我們很難找出Al2O3-H+與較小投藥量之間的關系,而Al2O3-H2O與較小投藥量的關系是十分明顯的。隨著Al2O3-H2O含量的增加,較小投藥量減小,并且其效果是十分明顯的。然而,目前國內大多數地區和企業均采用酸溶法來分析聚合鋁中Al2O3的含量并且以此數據來鑒定產品質量等級,如果我們以Al2O3-H+作為評價產品質量等級標準,則表1中五個樣品質量等級排列結果如下:5#>1#>2#>4#>3#。但從產品使用效果來看,這一結果是不合理的,我們應當根據產品的效能做出如下質量等級排列:4#>5#>3#>2#>1#。

        可以看出,按產品效能作出的質量等級排列與Al2O3-H2O含量高低排列是一致的,由此可以證實把Al2O3-H2O做為產品技術指標的合理性。我們之所以說這種排列比上一種更合理,是因為它是從產品的實際使用效果出發,是產品質量在實踐檢驗的結果,反映了產品的使用價值和價值,用這種方法來鑒定產品質量等級才具有科學性和公正性。

        另外,通過大量的試驗,筆者發現,隨著堿化度的減小,Al2O3-H+與Al2O3-H2O數值逐漸接近,當堿化度降至70%左右時,兩種方法分析結果基本相同,產品的效能也達到較高。并且隨著堿化度的減小,產品的物理性能也發生顯著變化一產品比重逐漸減小,粘性增強,吸潮性增強,干燥操作困難等等。我們在生產經營中也可以根據產品的這些表觀物理性質來初步判斷產品的質量情況。

        4、結論

        鋁是聚合鋁產生絮凝作用的基本物質,產品中相當數量的鋁含量是獲得優良產品性能的基礎。在生產經營中,作為生產廠家,應在保證產品中含有適量多的鋁的基礎上,力求使全部的鋁均能轉化為具有鋁的活性體,發揮其較好性能;作為用戶,應對該產品有更深一步的了解,在對產品質量等級鑒定中科學地分析產品,力求使產品技術指標與質量效能一致。

        酸溶法分解樣品分析產品所含Al2O3得出的結果與產品效能不統一,與產品的使用效果不一致,僅能作生產中的參考指標。生產廠家和用戶在生產和使用聚合鋁時,可直接分析產品中的Al2O3-H2O含量,并結合混凝試驗作進一步驗證。

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