(成都大學生物工程學院，四川成都，610106)

印永嘉先生(1985)在《大學化學手冊》404頁表7.10中(表1)[1]，所列“一元弱堿金屬氫氧化物開始沉淀的pH值”為聚合堿式一元鹽凈水劑提供了計量生產依據(jù)：

(1)“金屬氫氧化物開始沉淀的pH值”表示堿式金屬離子{[Mn+(OH)b]n-b}[2]的摩爾濃度達到了最高值，因為開始沉淀并未“正式”沉淀，氫氧化物還是堿式金屬離子。而堿式金屬離子的堿式基(OH-)與參與堿式化弱堿金屬離子(Mn+/n)的摩爾比，等于堿化度或鹽基度，以摩爾分數(shù)表示堿化度(B%)，如B%=[OH-]/[Mn+/n][2]。超過“氫氧化物開始沉淀的pH值這個點”時，堿式金屬離子“正式”以氫氧化物開始沉淀，隨著pH值的升高氫氧化物的沉淀增多，達到沉淀完全的pH值時，堿式金屬離子摩爾濃度為零，完全形成氫氧化物沉淀。由此定義：①金屬氫氧化物開始沉淀的pH值為最高堿化度(Bh%)的最高pHh值；②沉淀完全的pH值為最終堿化度(Bf%)的最終pHf值。

(2)“金屬氫氧化物開始沉淀的pH值”說明生產聚合堿式一元鹽液體產品堿化度(Bl%)的pHl值可以去靠近最高堿化度(Bh%)的最高pHh值，但不能等于它，必需小于它，由此定義：聚合堿式一元鹽液體產品堿化度(Bl%)的pHl值比最高pHh值≤0.2個pH值[2]。

表1 摘自《大學化學手冊》404頁，表7.10，(弱堿)金屬氫氧化物各種沉淀的pH值

1 聚合堿式一元鹽以pH值為計量生產依據(jù)和凈水劑效果值

1.1 聚合堿式一元鹽以pH值為計量生產依據(jù)

一元弱堿金屬或活性弱堿金屬氧化物溶于一定量的酸，經水解-堿式化-橋連聚合等反應，生產聚合堿式一元鹽。在生產過程中以表1中一元弱堿式金屬離子{[Mn+(OH)b]n-b}開始沉淀的最高pHh值為依據(jù)。按定義同一元弱堿式金屬離子的pH值升高至比最高pHh值≤0.2個pH值，則得液體產品堿化度(Bl%)的pHl值。如以活性氧化鋁(γ-Al2O3)為例[3-7]，根據(jù)文獻[1]已知堿式氯化鋁的最高堿化度(Bh%)的最高pHh值=3.3，按定義堿式氯化鋁液體產品堿化度(Bl%)的pHl值應控制在3.1，反應式如下：

(1)酸溶：Al2O3溶于一定量的鹽酸，生成6水合氯化鋁[3]：

xAl2O3+x·6HCl+x·q(9H2O)→2(AlxCl3x·6xH2O)→m，(AlxCl3x·6xH2O)

(1)

(2)水解：6水合氯化鋁水解，生成多水合堿式氯化鋁+氯化氫(HCl)：

(2)

(3)堿式化：水解產生3xB摩爾的HCl，需要3xB/6摩爾的Al2O3才能完全堿式化生成堿式鹽，在緩緩加入活性氧化鋁時，隨時測定并控制pH值上升不超過3.1，pH值穩(wěn)定0.5h不上升，說明反應達到要求。

反應式兩邊乘(×6/3B)得：

(3)

(4)

(4)橋連聚合：堿式化的同時，式⑶任意兩相鄰分子之間的堿式基(OH-)發(fā)生橋連聚合作用，把單核(金屬離子)堿式鹽結合為多核聚合堿式鹽[6-7]。

一元多核聚合堿式鹽的形成及其分子式：一元單核堿式鹽通過相鄰兩核之間的堿式基(OH-)

發(fā)生橋連聚合作用，形成一元多核聚合堿式鹽。m表示聚合度，即同一元素為核的堿式鹽有m個聚合(m個堿式鋁聚合)。如[Alx(OH)3xBCl3x-3xB·WH2O]m

(5)

1.2 聚合堿式氯化鋁測算結果處理

(1)計算堿化度(B%)：堿式氯化鋁液體產品在pHl值=3.1時，最高pHh值=3.3，分別取樣按文獻[4，8]測定堿式基(OH)和堿式鋁(以氧化鋁計)的質量分數(shù)。測試結果：pHl值=3.1時：①(OH)%=3.91%、②Al2O3%=6.3%；pHh值=3.3時：①(OH)%=4.36%；②Al2O3%=6.6%

①堿式氯化鋁液體產品堿化度:Bl=5.89×3.91%/5.89×6.3%=62.1%=62%

②堿式氯化鋁液體產品最高堿化度:Bh=5.89×4.36%/5.89×6.6%=66.1%=66%

(2)計算堿化度比率(Bb%)：堿化度比率(Bb%)表示液體產品的堿化度(Bl%)與液體產品的最高堿化度(Bh%)之比。表述式為Bb=Bl/Bh×100%。

①聚合堿式氯化鋁液體產品堿化度比率：Bb=Bl/Bh×100%=62%/66%×100%=93.9%

②聚合堿式氯化鋁液體產品pHl值與最高pHh值之比=3.1%/3.3%×100%=93.9%

(3)凈水劑效果值(Bb%)：兩比率相等說明，可以用液體產品pHl值與最高pHh值之比代替液體產品堿化度Bl%與最高堿化度Bh%之比。比率越大產品堿化度越接近最高堿化度，凈水效果越優(yōu)秀，由此定義堿化度比率(Bb%)為凈水劑效果值，當堿化度比率>85%可以視為優(yōu)秀凈水劑。

結論如表2。

2 聚鋁多元鹽以pH值為計量生產依據(jù)和凈水劑效果值

生產中發(fā)現(xiàn)：每個鋁土礦或每種生產配方都含有鋁鐵鈦鈣鎂等多元氧化物，含量各不相同，有的可能為零。經焙燒-酸溶-水解-堿式化至氫氧化物開始共同沉淀的pH值，定義為各自最高堿化度(Bh%)的最高pHh值，則為各自生成聚鋁多元鹽液體產品堿化度(Bl%)的pHl值比最高pHh值≤0.2個pH；定義同一液體產品pHl值/pHh值=Bb%為堿化度比率，稱其(Bb%)為凈水劑效果值。

表2 聚合堿式一元鹽最高堿化度的pHh值-液體產品堿化度的pHl值-凈水劑效果值Bb%

注：聚合堿式鐵凈水劑凈水效果值高(>85%)，但處理原水返黃，需要與聚合堿式鋁合成應用。

(1)鞏義活性鋁土礦粉-鹽酸溶料工藝[2-7]—計量生產聚鋁多元氯化鹽凈水劑

鞏義鋁土礦粉焙燒-酸溶測定結果：氧化鋁含量/31.0%，鐵鈣鎂氧化物含量較少。

生產中發(fā)現(xiàn)：活性鋁土礦粉溶于一定量的鹽酸(20%HCl)溶液，經水解-堿式化至氫氧化物開始共同沉淀，測定[9]開始共同沉淀的pHh值=2.7，氧化鋁溶出率6%～6.5%，鐵鈣鎂氧化物有少量溶出。①根據(jù)定義，聚鋁多元氯化鹽液體產品堿化度的pHl值=2.7-0.2=2.5；②聚鋁多元氯化鹽的凈水效果值=pHl值/pHh值×100%=2.5/2.7×100%=92.6%，為優(yōu)秀凈水劑，簡稱聚鋁多元(氯化)鹽凈水劑。

(2)鞏義活性鋁土礦粉+鋁酸鈣粉-鹽酸溶料工藝[2-7]—計量生產聚鋁鈣多元氯化鹽凈水劑。

鞏義鋁土礦粉焙燒-酸溶測定結果同上。鞏義鋁酸鈣粉測定結果：氧化鋁含量/46.0%，氧化鈣含量30.0%，鐵鎂氧化物含量較少。

生產中發(fā)現(xiàn)：活性鋁土礦粉溶于一定量的鹽酸(20%HCl)溶液，經水解-堿式化至氫氧化物開始共同沉淀的pH值=2.5時，停止加入活性鋁土礦粉。繼續(xù)加入鋁酸鈣粉，繼續(xù)堿式化，pH值繼續(xù)升高，當氫氧化物開始共同沉淀，測定[9]開始共同沉淀的pHh值=4.2，氧化鋁溶出率6.5%～7.5%，氧化鈣溶出率3.0%～3.5%，鐵鎂氧化物有少量溶出。①根據(jù)定義，聚鋁鈣多元氯化鹽液體產品堿化度的pHl值=4.2-0.2=4.0；②聚鋁鈣多元氯化鹽的凈水效果值=pHl值/pHh值×100%=4.0/4.2×100

%=95.2%，為優(yōu)秀凈水劑，簡稱聚鋁鈣多元(氯化)鹽凈水劑。

(3)青川活性鋁土礦粉-硫酸溶料工藝[2-7]—計量生產聚鋁多元硫酸鹽凈水劑。

青川淡黃色鋁土礦粉焙燒-酸溶測定結果：氧化鋁含量/32%，鐵鈦鈣鎂氧化物含量較少。

生產中發(fā)現(xiàn)：活性鋁土礦粉溶于一定量的硫酸(20%H2SO4)溶液，經水解-堿式化至氫氧化物開始共同沉淀，測定[9]開始共同沉淀的pHh值=2.7，氧化鋁溶出率6%～6.5%，鐵鈦鈣鎂氧化物有少量溶出。①根據(jù)定義，聚鋁多元硫酸鹽液體產品堿化度的pHl值=2.7-0.2=2.5；②聚鋁多元硫酸鹽的凈水效果值=pHl值/pHh值×100%=2.5/2.7×100%=92.6%，為優(yōu)秀凈水劑，簡稱聚鋁多元(硫酸)鹽凈水劑。

(4)青川活性鋁土礦粉+硫酸亞鐵-硫酸溶料工藝[2-7]—計量小試生產聚鋁鐵多元硫酸鹽。

青川淡黃色鋁土礦粉焙燒-酸溶測定結果同上。7水硫酸亞鐵含量/94%。小試驗證[2]含氧化鋁6%含氧化鐵4%生產聚鋁鐵多元硫酸鹽200g凈水劑。

小試生產：小試在配有加熱器、攪拌器的燒杯中進行。第一步，在攪拌下，將含氧化鋁2×6.3(g)的青川活性鋁土礦粉(含量32%)40g加入到2×14(g)硫酸(98%H2SO4)配制成160(g)反應液中。升溫至沸騰，在降溫至穩(wěn)定一固定溫度，物料經酸溶-水解-堿式化反應生成堿式硫酸鋁多元鹽，反應穩(wěn)定在pH值為1.6～2.0之間某個值，0.5h不變動；第二步，冷卻降溫至40℃以下，將含氧化鐵2×4.2(g)的七水硫酸亞鐵(含量94%)計27(g)和2×2(g)硫酸(98%H2SO4)加入到160(g)反應液中，經堿式化與堿式硫酸鋁多元鹽合成，生成堿式硫酸鋁亞鐵多元鹽；第三步，氧化亞鐵，將氧化27g七水硫酸亞鐵所需氯酸鈉2.1g(含量82%)配成20%的溶液，緩緩加入氧化硫酸亞鐵，檢查無Fe2+存在，氧化合格，若不合格繼續(xù)加入重新配制的氧化劑(20%)，直至氧化合格。亞鐵邊氧化邊堿式化至達到pH值=1.8，若pH值>1.8用硫酸下調降至1.8，若pH值<1.8用氧化鈣上調至1.8，穩(wěn)定0.5h不變動，為聚鋁鐵多元硫酸鹽液體產品堿化度的pHl值；①根據(jù)定義，聚鋁鐵多元硫酸鹽液體產品最高堿化度的最高pHh值=1.8+0.2=2.0；②聚鋁鐵多元硫酸鹽的凈水效果值=pHl值/pHh值×100%=1.8/2.0×100%=90.0%，為優(yōu)秀凈水劑，簡稱聚鋁鐵多元(硫酸)鹽凈水劑。

(5)聚鋁多元鹽的堿化度和基本分子式[4，6，7]

①聚鋁多元鹽堿化度通式(Bl%)：Bl={[OHt-]/∑i[Min/ni]}×100%={[OHt-]/(x+y+l+z+k)}×100%

②聚鋁多元(氯化)鹽的基本分子式(M∏i)：M∏i=[Alx(OH)3xBCl(3x-3xB)/cFey(OH)3yBCl(3y-3yB)/cTil

(OH)4lBCl(4l-4lB/cCaz(OH)2zBCl(2z-2zB)/cMgk(OH)2kBCl(2k-2kB)/c·wH2O]m

式中，x=5.89×Al2O3%，y=3.76×Fe2O3%，l=5.01×TiO2%，z=3.57×CaO%，k=4.96×MgO%；[OHt-]=5.89×(OH)%。Al2O3%、Fe2O3%、TiO2%、CaO%、MgO%、(OHt)%等為實際產品測定值。

(6)測試結果處理

將測定結果代入堿化度通式和基本分子式計算產品的堿化度和分子式。

①產品堿化度(Bl%)計算：凡被測定的弱堿金屬氧化物都須參與計算，以保證堿化度的真實性；

②產品分子式計算：分子式只表述大含量弱堿金屬元素，小含量元素用“多元”表示，以示與一元堿式鹽區(qū)別，如聚鋁多元(氯化)鹽/[Alx(OH)3xBCl(3x-3xB)/c…·wH2O]m；聚鋁鈣多元(氯化)鹽/[Alx(OH)3xBCl(3x-3xB)/cCaz(OH)2zBCl(2z-2zB)/c…·wH2O]m；聚鋁多元(硫酸)鹽/[Alx(OH)3xB(SO4)(3x-3xB)/2…·wH2O]m；聚鋁鐵多元(硫酸)鹽/[Alx(OH)3xB(SO4)(3x-3xB)/2Fey(OH)3yB/2(SO4)(3y-3yB) /2…·wH2O]m。

結論如表3。

表3 聚鋁多元鹽最高堿化度的pHh值-液體產品堿化度的pHl值-凈水劑效果值Bb%