摘要：根據不同原料生產的聚合氯化鋁的外觀，質量分數為0.6%水不溶物的狀況，參照聚合氯化鋁國家標準GB 15892-1995的分析步驟，結合對樣品的實際檢測情況，提出用“室溫放置法”，分析聚合氯化鋁的鹽基度，以便使分析結果更符合實際。
聚合氯化鋁(PAC)，以前也常稱為堿式氯化鋁或聚合鋁。它是一種無機高分子混凝劑，具有優良的凈水效果，已廣泛用于生活飲用水、工業用水及工業廢水、生活污水的處理。PAC的混凝性能與鹽基度有密切關系，對于pH為5.6-7.2的水體來說，鹽基度越高凈水效果越好，而對于pH>7.6以上的堿性水系而言，雖然凈水效果不一定與鹽基度成線性關系，但對于特定的水質而言，也有—較適宜的鹽基度。對PAC的生產廠家來說，在線分析產品鹽基度十分必要，以使產品適用于不同的水系、水質。
我們對市場常用的PAC樣品進行分析時，按照PAC國標GB 15892-1995進行，測試的結果是產品的鹽基度一般都較高(>85%)，有時高達107%-110%，對于PAC這種產品而言，這個結果肯定不符合實際。筆者從理論和實踐兩個方面對鹽基度進行分析，對照GB 15892-1995進行了探討。
1 理論分析
1.1 生產過程分析
目前市場上使用的聚合鋁(主要包括聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、聚硫氯化鋁鐵等)的生產方法主要是兩步法。①以鋁土礦、粘土礦、氫氧化鋁、高嶺土等為原料與鹽酸或鹽酸與硫酸的混合酸反應生產鋁、鐵的酸性鹽溶液;②在所生成的鹽溶液中加入活性鋁酸鈣礦粉進行鹽基度調整(即通常所說的鋁酸鈣調整法)進行生產，然后經自然沉降一周左右得液體產品，再進行干燥處理得固體產品。因鋁酸鈣礦粉在該步反應中只起鹽基度調整作用，鋁的溶出率不高(一般只占總量的30%-40%)，且粒徑較小(一般粒度為62-80μm左右)，自然沉降一周左右不可能使產品變得澄清，這樣因未反應完全的鋁酸鈣礦粉的存在，導致按GB 15892-1995進行產品中鋁含量和鹽基度分析時，會偏離實際。
1.2 水不溶物分析
按國標規定稱取10g液體試樣或3g固體試樣，加入500mL水溶解，用恒重的中速濾紙過濾。在進行產品質檢時，許多廠家產品過濾液不澄清，說明有許多未反應的鋁酸鈣礦粉通過了濾紙，使水不溶物分析結果偏低。
1.3 鋁含量的分析
聚合鋁的鹽基度，即是樣品中OH-和Al3+的摩爾比的三分之一。要分析鹽基度，首先必需準確分析出鋁的含量。
鋁含量的測定原理是加酸使試樣解聚，加入過量的EDTA溶液，使其與鋁及其他金屬離子絡合，用氯化鋅標準溶液滴定剩余的EDTA，再用氟化鉀解析出絡合的Al3+，用氯化鋅標準溶液滴定解析出的EDTA。
按國標GB 15892-1995規定，稱取8.0-8.5g液體試樣或2.8-3.0g固體試樣，加水溶解，全部移入500mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。用移液管移取20mL放入250mL錐形瓶中，加入1：12硝酸2mL，煮沸1min，冷卻后加入0.05mol/L的EDTA溶液20mL，再用乙酸鈉緩沖溶液(272g/L)調到pH為3，煮沸2min，冷卻后再加入10mL乙酸鈉緩沖溶液和2-4滴二甲酚橙指示劑，用氯化鋅標準溶液滴定溶液顏色從淡黃色變為微紅色為終點。
加入10mL氟化鉀500g/L溶液，加熱至微沸，冷卻，此時溶液應呈黃色，若溶液呈紅色，則滴加稀硝酸呈黃色，再用氯化鋅標準溶液滴定溶液顏色從淡黃色變為微紅色即為終點。
理論分析：用移液管移取20mL試樣稀釋液于250mL錐形瓶中，此時溶液的pH在3.0-4.5左右，加入2mL 1：12的稀硝酸后，溶液的pH在0.1-0.5之間， 此時把溶液加熱直到煮沸1min，則產品中帶入的鋁酸鈣礦粉又與酸進行反應，礦粉中的鋁又被溶出，煮沸時間越長，則溶出的鋁越多，導致分析結果偏高。據文獻〔9〕報導， 氫離子與PAC中的氫氧根離子結合生成水的吉布氏自由能變化為-71kJ/mol，同時又是在溶液中進行，反應速度應該不會太慢。但在實驗中也發現常溫下鋁酸鈣礦粉在pH=0.1-0.5的水溶液中0.5h并未發生鋁的溶出反應。所以從理論上講，酸化時不加熱測定的結果更符合實際。
1.4 鹽基度的分析
鹽基度的分析原理是在試樣中定量加入鹽酸溶液，以氟化鉀掩蔽鋁離子，用氫氧化鈉進行滴定。
按國標GB 15892-1995規定，稱取1.8g液體試樣或0.6g固體試樣，加入20-30mL水溶解，移入250mL錐形瓶中，再用移液管移入0.5mol/L的鹽酸溶液25mL，蓋上表皿，在沸水浴上加熱10min，冷卻到室溫，加入25mL KF溶液，搖勻，加入5滴酚酞指示劑，立即用氫氧化鈉標準溶液滴定到微紅色為終點，同時用不含二氧化碳的蒸餾水做空白試驗。
理論分析：1.8g液體試樣或約0.6g固體試樣加入25mL水溶解，加入25mL濃度為0.5mol/L的鹽酸溶液后，混合液的酸度較大，再在沸水浴上加熱10min，冷卻到室溫。如果試樣中有鋁酸鈣礦粉，則會發生下述反應：
Ca(AlO2)2+8HCl→CaCl2+2AlCl3+4H2O
上述反應導致消耗的鹽酸的量較多，而用氫氧化鈉滴定剩余的鹽酸時，消耗的量就少，從而導致結果偏高，甚至超過100%(有時高達110%)，試樣水不溶物含量越高，即試樣稀釋液越渾濁，分析得到的鹽基度越高，這樣的分析結果肯定是不符合實際的。而在常溫下鋁酸鈣礦粉在0.2-0.3mol/L的鹽酸介質中反應很慢，如果不加熱測定，結果會比較準確地反映產品的真實鹽基度。
2 試驗驗證
取液體試樣500mL置于500mL具塞量筒中，靜置一周，取上層清液50mL為一份，并標為液體試樣1#，剩下的450mL為一份并標明液體試樣2#。另取固體試樣一個，標明試樣3#。經分析，它們的水不溶物質量分數分別是：1#樣0.5%，2#樣0.9%，3#樣1.9%。
2.1 氧化鋁含量的測定
按國標GB 15892-1995和“室溫放置法”測定氧化鋁。“室溫放置法”就是在分析氧化鋁的含量時，在加入1：12硝酸2mL后，不加熱到沸騰1min，而是直接在室溫放置一段時間，其他步驟與國標相同，分析數據見表1。
表1 氧化鋁質量分數分析結果
| 項目 | 澄清液 | 項目 | 渾濁液 | ||||||||
| 國標方法 | 室溫放置法 | 國標方法 | 室溫放置法 | ||||||||
| 10min | 20min | 30min | 40min | 10min | 20min | 30min | 40min | ||||
| 1# | 10.22 | 10.0 | 10.15 | 10.20 | 10.23 | 1# | 10.11 | 10.07 | 10.09 | 10.09 | 10.10 |
| 2# | 10.30 | 10.0 | 10.20 | 10.28 | 10.31 | 2# | 10.15 | 9.80 | 10.10 | 10.10 | 10.15 |
| 3# | 3# | 27.50 | 26.60 | 26.60 | 26.70 | 26.70 | |||||
從表1可以看出，室溫放置法數據更穩定，放置20min就能得到較精確的數據：對澄清的試樣而言，兩種方法數據相同，但對渾濁液而言，兩種方法數據相差較大;用標準方法測定渾濁大(溶液有明顯沉淀)的試樣，鋁酸鈣礦粉有明顯溶出跡象。
從表1還可以看出，固體試樣干燥過程中有受熱不均勻現象，所以采用室溫放置法時，放置時間要30min以上;標準法的數據比室溫放置法要高。
2.2 鹽基度的分析
試樣與氧化鋁測定相同并相互對應，分析時按國標規定的步驟和“室溫放置法“進行。“室溫放置法”，就是在加入25mL濃度為0.5mol/L的鹽酸后，不進行“在沸水浴上加熱并沸騰10min，再冷卻到室溫"這一步，而是直接在室溫下放置一段時間，其他分析步驟與國標相同，分析數據見表2。
表2 鹽基度分析
| 項目 | 澄清液 | 項目 | 渾濁液 | ||||||||
| 國標方法 | 室溫放置法 | 國標方法 | 室溫放置法 | ||||||||
| 10min | 20min | 30min | 40min | 10min | 20min | 30min | 40min | ||||
| 1# | 78.5 | 78.3 | 78.4 | 78.4 | 78.5 | 1# | 82.2 | 78.2 | 78.3 | 78.4 | 78.4 |
| 2# | 75.3 | 75.2 |
75.3 |
75.3 | 75.3 | 2# | 105.5 | 75.1 | 75.2 | 75.3 | 75.2 |
| 3# | 3# | 91.2 | 80.7 | 80.7 | 80.8 | 80.8 | |||||
從表2可以看出，對澄清產品而言，室溫放置20min，兩種方法的分析數據相吻合;如果試樣渾濁，室溫放置30min以上，分析數據穩定，但與按國標方法分析所得結果相差較大，并隨水不溶物含量的增加，數據偏差越大。
從表2還可以看出，固體試樣室溫放置30min結果可以穩定;水不溶物質量分數超過1.5%，套用國標方法進行分析時，數據會有較大的偏差。
3 結論
(1)PAC液體產品試樣為透明無明顯沉淀物;固體產品溶于水(質量分數<0.6%)且透明，無明顯沉淀物，按國標方法進行氧化鋁和鹽基度分析，分析結果與實際情況相符。
(2)液體產品渾濁，固體產品溶于水時有明顯水不溶物，該類產品不符合國標所規定的外觀要求，則不能完全套用國標方法進行氧化鋁及鹽基度分析。試驗證明，“室溫放置法”可以作為進行該產品分析的一種手段。
