(成都大學(xué)生物工程學(xué)院，四川成都，610106)

每個活性一元弱堿金屬氧化物都有自已確定的酸溶-水解-堿式化-橋連聚合反應(yīng)式[1～3]。定義活性一元弱堿金屬氧化物酸溶-水解-堿式化至氫氧化物開始沉淀時能測算生成聚合堿式該元素鹽的最高pHh值、最高堿化度(Bh%)和酸溶出率(wh%)[4，5]。

類鋁土礦指化學(xué)成分類似于鋁土礦[6]，如鋁土礦、氫氧化鋁(三水鋁石)、煤矸石、油頁巖灰渣、人工合成鋁酸鈣粉(具有活性)、赤泥(氧化鋁生產(chǎn)廢棄物/具有活性)等。類鋁土礦含有多元弱堿金屬氧化物，主要成分為氧化鋁，次要成分有少量的氧化鐵、氧化鈦、氧化鈣、氧化鎂等，以及二氧化硅和少量的氧化鉀、氧化鈉等，統(tǒng)稱高鋁多元氧化物礦粉。

高鋁多元氧化物礦粉的含量雖然各不相同，但它們和氧化鋁一樣一經(jīng)活化，一樣參與酸溶-水解-堿式化-橋連聚合反應(yīng)，同在反應(yīng)液中形成相同的pH值和相同的堿化度(B%)[5]。由此定義高鋁多元氧化物礦粉經(jīng)活化(焙燒)-酸溶-水解-堿式化至氫氧化物開始共同沉淀時能測算生成聚合堿式鋁多元鹽的最高pHh值、最高堿化度(Bh%)和酸溶出率(wh%)。

根據(jù)弱堿金屬氧化物酸溶出率(w%)和pH值的測算值，制作w%─pH值變化線，在w%─pH值變化線上選擇液體(liquid)產(chǎn)品的最佳生產(chǎn)條件，如酸溶出率(wl%)和pHl值。

1 弱堿金屬氧化物酸溶出率和堿化度的測算方法

活性弱堿金屬氧化物酸溶-水解-堿式化-橋連聚合生成聚合堿式鹽，有三個表述量，如pH值/[H+]、溶出率/w%、堿化度/B%等，彼此相關(guān)聯(lián)。通過測定pH值，能計算相應(yīng)活性氧化物的酸溶出率(在反應(yīng)液中為氧化物的含量)和堿化度。

定義⑴：在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，弱堿金屬氧化物酸溶-水解-堿式化至氫氧化物開始沉淀的最高pHh值<7時，升高(△)1個pH值單位{[H+]/10-1}相當于[H+]摩爾濃度數(shù)(mol數(shù)m/L≈mol數(shù)m/kg)減少至原有值的10%(10-1)[7]。

推論①：與H+作用的弱堿金屬[Mn+/n]摩爾濃度數(shù)(mol數(shù)m/L≈mol數(shù)m/kg)同樣減少至原有值的10%(10-1)，即該弱堿金屬氧化物生成聚合堿式鹽的溶出率減少至原有值的10%。導(dǎo)出弱堿金屬氧化物升高(△)pH值后溶出率(w△pH%)和堿化度(B△pH%)的計算式：

w△pH%=溶出率原有值(w0%)—溶出率原有值(w0%)×△pH(值數(shù))×m(氧化物中金屬mol數(shù))×10%= w0%×[1-△pH×m×10%]。

式中溶出率原有值(w0%)：定義為在pH0值≤0時弱堿金屬氧化物1mol溶于1 kg反應(yīng)液的質(zhì)量百分數(shù)。

推論②：由測定升高的pH值計算弱堿金屬氧化物生成聚合堿式鹽的堿化度(B△pH%)計算式：

B△pH%=△pH×m×10%

定義⑵：在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，弱堿金屬氧化物酸溶-水解-堿式化至氫氧化物開始沉淀的最高pHh值>7時，升高(△)1個pH值單位相當于[H+]摩爾濃度數(shù)(mol數(shù)m/L≈mol數(shù)m/kg)減少至原有值的1%(10-2)。

推論①：與H+作用的弱堿金屬[Mn+/n]摩爾濃度數(shù)(mol數(shù)m/L≈mol數(shù)m/kg)同樣減少至原有值的1%(10-2)，即該弱堿金屬氧化物生成聚合堿式鹽的溶出率減少至原有值的1%。導(dǎo)出弱堿金屬氧化物升高(△)pH值后溶出率(w△pH%)和堿化度(B△pH%)的計算式：

w△pH%=溶出率原有值(w0%)—溶出率原有值(w0%)×△pH(值數(shù))×m(氧化物中金屬mol數(shù))×1%= w0%×[1-△pH×m×1%]。

式中溶出率原有值(w0%)：定義為在pH0值≤0時弱堿金屬氧化物1mol溶于1 kg反應(yīng)液的質(zhì)量百分數(shù)。

推論②：由測定升高的pH值計算弱堿金屬氧化物生成聚合堿式鹽的堿化度(B△pH%)計算式：

B△pH%=△pH×m×1%

2 一元弱堿金屬氧化物酸溶出率和堿化度的測算

活性一元弱堿金屬氧化物酸溶-水解-堿式化-橋連聚合生成聚合堿式鹽，通過測定pH值，能計算相應(yīng)氧化物的溶出率/w%和堿化度/B%。

例1，配制活性氧化鋁1mol 溶于1kg反應(yīng)液：1mol活性Al2O3(102g)和6mol的HCl(6×36.5g)溶于1kg反應(yīng)液，轉(zhuǎn)換為質(zhì)量百分數(shù)濃度為10.2%，開始沉淀的pHh值=3.3[4]<7。根據(jù)定義⑴推論①計算：由pH值≤0升高1個pH值、2個pH值，升高至開始沉淀的pHh值為3.3時Al2O3的溶出率/w%。

在pH值≤0，w0%=10.2%，Al2O3中Al-mol數(shù)為2；

△1個pH值，w△1%=10.2%[1-△1×2×10%]=8.2%；

△2個pH值，w△2%=10.2%[1-△2×2×10%]=6.1%；

△3.3個pH值，wh%=10.2%[1-△3.3×2×10%]=3.5%。

通過制作氧化鋁w%─pH值變化線(見圖1)，證明升高不同的pH值按定義計算的結(jié)果值都落點在溶出率/w0%與wh%的連線上(見圖1)。

根據(jù)定義⑴推論②，計算開始沉淀時的最高堿化度/Bh%=3.3×2×10%=66%。

例2，配制活性氧化鐵1mol 溶于1kg反應(yīng)液：1mol活性Fe2O3(160g)和6mol的HCl(6×36.5g)溶于1kg反應(yīng)液，轉(zhuǎn)換為質(zhì)量百分數(shù)濃度為16.0%，開始沉淀的pHh值=1.6[4]<7。根據(jù)定義⑴推論①計算：由pH值≤0升高0.6個pH值、1個pH值，升高至開始沉淀的1.6個pH值時Fe2O3的溶出率/w%。

在pH值≤0，w0%=16.0%，F(xiàn)e2O3中Fe-mol數(shù)為2；

舉例：基于特征b33a589d3627bc6f2e5bd0e6b42f 53b6，探測到URL http://198.98.122.172/cunty.sh，進而截取獲得IP 198.98.122.172，針對這個IP進行端口探測和協(xié)議識別198.98.122.172:50

△0.6個pH值，w△0.6%=16.0%[1-△0.6×2×10%]=14.1%；

△1個pH值，w△1%=16.0%[1-△1×2×10%]=12.8%；

△1.6個pH值，wh%=16.0%[1-△1.6×2×10%]=10.9%。

通過制作氧化鐵w%─pH值變化線(見圖1)，證明升高不同的pH值按定義計算的結(jié)果值都落點在溶出率/w0%與wh%的連線上(見圖1)。

根據(jù)定義⑴推論②，計算開始沉淀的最高堿化度/Bh%=1.6×2×10%=32%。

例3，配制活性氧化鈣1mol 溶于1kg反應(yīng)液：1mol活性CaO(56g)和2mol的HCl(2×36.5g)溶于1kg反應(yīng)液，轉(zhuǎn)換為質(zhì)量百分數(shù)濃度為5.6%，開始沉淀的pHh值=10.7[8]>7。根據(jù)定義⑵推論①計算：由pH值≤0升高1個pH值、8個pH值，升高至開始沉淀的pHh值為10.7時CaO的溶出率/w%。

在pH值≤0，w0%=5.6%，CaO中Ca-mol數(shù)為1；

△8個pH值，w△8%=5.6%[1-△8×1×1%]=5.2%；

△10.7個pH值，wh%=5.6%[1-△10.7×1×1%]=5.0%。

通過制作氧化鈣w%─pH值變化線(見圖1)，證明升高不同的pH值按定義計算的結(jié)果值都落點在溶出率/w0%與wh%的連線上(見圖1)。

根據(jù)定義⑵推論②，計算開始沉淀的最高堿化度/Bh%=10.7×1×1%=10.7%。

例4，配制活性氧化鎂1mol 溶于1kg反應(yīng)液：1mol活性MgO(40g)和2mol的HCl(2×36.5g)溶于1kg反應(yīng)液，轉(zhuǎn)換為質(zhì)量百分數(shù)濃度為4.0%，開始沉淀的pHh值=9.4[4]>7。根據(jù)定義⑵推論①計算：由pH值≤0升高1個pH值、8個pH值，升高至開始沉淀的pHh值為9.4時MgO的溶出率/w%。

在pH值≤0，w0%=4.0%，MgO中Mg-mol數(shù)為1；

△1個pH值，w△1%=4.0%[1-△1×1×1%]=3.9%；

△8個pH值，w△8%=4.0%[1-△8×1×1%]=3.7%；

△9.4個pH值，wh%=4.0%[1-△9.4×1×1%]=3.6%。

通過制作氧化鎂w%─pH值變化線(見圖1)，證明升高不同的pH值按定義計算的結(jié)果值都落點在溶出率/w0%與wh%的連線上(見圖1)。

根據(jù)定義⑵推論②，計算開始沉淀的最高堿化度/Bh%=9.4×1×1%=9.4%。

總結(jié)：鋁鐵鈣鎂氧化物不同pH值的溶出率(w%)測算值，見表1和圖1。

表1 一元弱堿金屬氧化物不同pH值的不同溶出率(w%)

圖1 一元弱堿金屬氧化物w%─pH值線

3 活性高鋁(鐵)多元氧化物礦粉酸溶出率和堿化度的測算

活性高鋁(或高鐵)多元弱堿金屬氧化物礦粉，如青川活性鋁土礦粉或云陽硫鐵礦燒渣，由主料氧化鋁(Al2O3)或氧化鐵(Fe2O3)和次料鐵(鋁)鈦鈣鎂氧化物兩部分組成，溶于酸-水解-堿式化-橋連聚合生成聚鋁(或聚鐵)多元堿式鹽，可做凈水劑。每種新原料生產(chǎn)之前需要進行小試[2]，測定活性高鋁(或高鐵)多元弱堿金屬氧化物礦粉酸溶-水解-堿式化至開始氫氧化物共同沉淀的pH值為最高pHh值、測定或計算最高pHh值時高鋁(或高鐵)多元氧化物的溶出率(wh%)和堿化度(Bh%)[9,10]。

制作多元弱堿金屬氧化物酸溶出率w0%─wh%連結(jié)線：以活性高鋁(或高鐵)多元氧化物為原料，白云石礦粉為輔料，通過計量配方保證在pH值≤0的反應(yīng)液中原輔料中活性高鋁(或高鐵)多元氧化物總含量≥10%，即保證原輔料的溶出率(w0%)達到10%。再測定或計算經(jīng)酸溶-水解-堿式化至開始氫氧化物共同沉淀的最高pHh值時的溶出率(wh%)。之后應(yīng)用溶出率(w%)與pH值的變化關(guān)系制作w%─pH值變化線，在w%─pH值變化線上選擇液體(liquid)產(chǎn)品的最佳生產(chǎn)條件，如酸溶出率(wl%)即液體產(chǎn)品含量(wl%)和pHl值可換算為液體產(chǎn)品堿化度(Bl%)[9,10]。

例1，青川活性鋁土礦粉酸溶出率和堿化度的測算

青川活性鋁土礦粉為原料[5]，文獻[5]已確認活性鋁土礦粉酸溶-水解-堿式化至開始氫氧化物共同沉淀的最高pHh值測得=2.7[5]<7，根據(jù)定義⑴推論①計算，由pH值≤0，升高1個pH值、2個pH值、2.7個pH值時青川活性鋁土礦粉的溶出率/w%。

在pH值≤0，w0%=10.0%，主料Al2O3中Al-mol數(shù)為2；

△1個pH值，w△1%=10.0%[1-△1×2×10%]=8.0%；

△2個pH值，w△2%=10.0%[1-△2×2×10%]=6.0%；

△2.7個pH值，wh%=10.0%[1-△2.7×2×10%]=4.6%。

通過制作高鋁多元氧化物w%─pH值變化線(見圖2)，證明升高不同的pH值按定義計算的結(jié)果值都落點在溶出率/w0%與wh%的連線上(見圖2)。

根據(jù)定義⑴推論②，計算開始共同沉淀的最高堿化度/Bh%=2.7×2×10%=54%，與文獻[9]測試結(jié)果相符合。

例2，云陽硫鐵礦燒渣酸溶出率和堿化度的測算

云陽硫鐵礦燒渣為原料[11]，文獻[11]已確認硫鐵礦燒渣礦粉酸溶-水解-堿式化至開始氫氧化物共同沉淀的最高pHh值測得=1.8<7，根據(jù)定義⑴推論①計算，由pH值≤0，升高0.6個pH值、升高1個pH值、升高1.8個pH值時云陽硫鐵礦燒渣的溶出率/w%。

在pH值≤0，w0%=10.0%，主料Fe2O3中Fe-mol數(shù)為2；

△0.6個pH值，w△0.6%=10.0%[1-△0.6×2×10%]=9.9%；

△1個pH值，w△1%=10.0%[1-△1×2×10%]=8.0%；

△1.8個pH值，wh%=10.0%[1-△1.8×2×10%]=6.4%；

通過制作高鐵多元氧化物w%─pH值變化線(見圖3)，證明升高不同的pH值按定義計算的結(jié)果值都落點在溶出率/w0%與wh%的連線上(見圖3)。

根據(jù)定義⑴推論②，計算開始共同沉淀的最高堿化度/Bh%=1.8×2×10%=36%。

總結(jié)：多元弱堿金屬氧化物不同pH值的溶出率(w%)測算值，見表2，圖2和圖3。

表2 多元弱堿金屬氧化物不同pH值的溶出率(w%)計算值

圖2 活性鋁土礦w%─pH值線

圖3 黃鐵礦燒渣w%─pH值線

4 測算結(jié)果的應(yīng)用

4.1 青川活性鋁土礦生產(chǎn)聚鋁多元鹽凈水劑

由青川活性鋁土礦粉w%─pH值變化線圖2發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)聚鋁多元鹽凈水劑，液體產(chǎn)品主料選定Al2O3≥6.5%，pH值選定在1.8，計算堿化度B=36%。堿化劑由原料(活性鋁土礦)輔料(白云石)共同提供弱堿金屬(鋁除外)氧化物總含量≥3.5%。其他如重金屬含量應(yīng)符合GB/T 22627—2014標準。凈水劑效果值=1.8/2.7=67%[5]。

4.2 云陽硫鐵礦燒渣生產(chǎn)聚鐵多元鹽凈水劑

由硫鐵礦燒渣w%─pH值變化線圖3發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)聚鐵多元鹽凈水劑，液體產(chǎn)品主料選定Fe2O3≥7.2%，pH值選定在1.4，計算堿化度B=28%。堿化劑由原料(硫鐵礦燒渣)輔料(白云石)共同提供弱堿金屬(鐵除外)氧化物總含量≥2.8%，重金屬含量應(yīng)符合GB 14591—2006標準。凈水劑效果值=1.4/1.8=78%[5]。