專利名稱：聚合硫酸鋁制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是對(duì)水處理化學(xué)品凈水劑聚合硫酸鋁制備方法的改進(jìn)，尤其涉及一種采用 鋁酸鈣為聚合劑與硫酸鋁聚合、可以獲得Al2O3含量和聚合度高、且長(zhǎng)期穩(wěn)定不分層的聚合 硫酸鋁制備方法，特別是對(duì)申請(qǐng)人在先申請(qǐng)專利CN200710021337. 0的進(jìn)一步改進(jìn)。
背景技術(shù)：
聚合硫酸鋁，其凈化除濁脫色效果優(yōu)于聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵，是一種新型高 效無機(jī)高分子凈水劑。通常聚合硫酸鋁制備方法有1.采用過量鋁礬土或者氫氧化鋁與濃 硫酸，加壓高溫長(zhǎng)時(shí)間聚合反應(yīng)。該制備方法所得產(chǎn)品聚合度低，通常聚合度小于20%，因 聚合度相對(duì)較低，與未聚合的硫酸鋁相比，性質(zhì)、使用效果差異不大；其次所得聚合硫酸鋁 中有效Al2O3含量較低，大都小于10 %，一般只能達(dá)到5-7 %，有效Al2O3含量低，使用效果 差。2.采用兩步合成，先由含鋁原料(如鋁礬土、高嶺土、鋁灰等)與硫酸反應(yīng)先制備低分 子硫酸鋁，再加入堿化劑(例如熟石灰、氨、碳酸鹽、碳酸氫鹽等)進(jìn)行聚合。例如中國(guó)專利 CN1057444、CN91104676. 3所述。此法制備的聚合硫酸鋁，聚合度要高于一步法，但仍然不 高，通常仍低于45%，或即使聚合度能達(dá)到45%及以上，產(chǎn)品也極不穩(wěn)定，容易發(fā)生水解反 應(yīng)而分層，絮凝效果仍然不很理想，并且聚合用堿化劑中不含有效Al2O3，對(duì)Al2O3含量提高 沒有作用，所得聚合硫酸鋁中有效Al2O3含量仍然較低，< 10wt%。中國(guó)專利CN94116651. 1公開的聚合硫酸鋁生產(chǎn)工藝，在二步法基礎(chǔ)上增加了反 應(yīng)液總重量5%。的穩(wěn)定劑Na2S03。雖然通過加入Na2SO3,克服了高聚合度時(shí)不穩(wěn)定問題，但 有效成分Al2O3含量仍較低在5-7 %。中國(guó)專利CN1727282公開的聚合硫酸鋁制備方法，先用硫酸直接酸溶工業(yè)廢催化 劑制備硫酸鋁，然后用硫酸鋁與氫氧化鋁聚合制得聚合硫酸鋁。該制備方法需以蠟油催化 廢催化劑為原材料，來源受到極大的限制，并且廢料生產(chǎn)產(chǎn)品雜質(zhì)含量高，同時(shí)以氫氧化鋁 作為聚合劑，由于氫氧化鋁活性低，所得產(chǎn)品聚合度仍然相對(duì)較，低于45%，Al2O3含量也不高。因此，現(xiàn)有技術(shù)制備聚合硫酸鋁，通常存在產(chǎn)品有效Al2O3含量低(< 10% )、聚合 度低(< 45%，高聚時(shí)易分層沉淀)、生產(chǎn)中廢渣量大三大不足。造成運(yùn)輸成本高，凝聚反 應(yīng)速度慢，形成絮體不密實(shí)，使用效果差。申請(qǐng)人:在先申請(qǐng)專利CN200710021337.0公開的聚合硫酸鋁制備方法，由硫酸 鋁水磷酸鋁酸鈣，按重量比0.8-10. 0 0. 00-10. 0 0.01-0. 1 0.10-2.0混合反
應(yīng)，并使用偏鋁酸鈉作為堿化劑。可以得到Al2O3有效含量和聚合度均高的產(chǎn)品，Al2O3有效 含量大于10%，聚合度大于45%，且長(zhǎng)期存放穩(wěn)定不分層，生產(chǎn)過程無廢渣產(chǎn)生。不失為一 種高效制備方法，但由于偏鋁酸鈉價(jià)格高，工藝復(fù)雜(需先制備偏鋁酸鈉，且偏鋁酸鈉粘度 大，在聚合過程中需要高剪切設(shè)備分散)，并還需采用磷酸作穩(wěn)定劑，因此制備成本相對(duì)較 高，不利于市場(chǎng)推廣。上述制備方法仍有值得改進(jìn)的地方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種有效Al2O3含量高，聚合度高 且穩(wěn)定，制造成本低的聚合硫酸鋁制備方法。本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)，主要改進(jìn)是采用硫酸鋁與鋁酸鈣進(jìn)行聚合制備，從而克服現(xiàn)有 技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。具體說，本發(fā)明聚合硫酸鋁制備方法，其特征在于由硫酸鋁 與鋁酸鈣進(jìn)行液相聚合反應(yīng)，分離不溶物，其中硫酸鋁與鋁酸鈣投料比按各自所含Al2O3重 量比為7 1-19。其中硫酸鋁與鋁酸鈣投料，更好為按各自所含Al2O3重量比7 2-10。本發(fā)明中，鋁酸鈣主要作為聚合劑，與硫酸鋁進(jìn)行聚合反應(yīng)，可以提高聚合度，獲 得高聚合度產(chǎn)品，同時(shí)因其含有一定量的鋁元素，還可以提高所得產(chǎn)品中有效成分Al2O3含 量。聚合后通過沉淀、離心或者壓濾等固液分離，所得澄清液即為本發(fā)明的產(chǎn)品。鋁酸鈣可 以通過市購(gòu)(產(chǎn)品Al2O3含量通常> 50wt% )，當(dāng)然也可以通過制備。本發(fā)明試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)， 通過調(diào)整鋁酸鈣加入比例，可以得到不同聚合度的產(chǎn)品，例如希望獲得高聚合度，則應(yīng)增加 鋁酸鈣加入量。鋁酸鈣的加入，一種較好是逐漸加入到硫酸鋁溶液中，以利于充分聚合。原料硫酸鋁可以市購(gòu)(通常Al2O3 ^ 7wt% ),也可以通過由含鋁原料(例如鋁礬 土、氫氧化鋁、高嶺土等)與濃硫酸反應(yīng)制備，此為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明聚合反應(yīng)，可以在常溫、常壓下進(jìn)行，試驗(yàn)表明，提高反應(yīng)溫度有利于聚 合反應(yīng)的進(jìn)行，并且有溫度越高聚合反應(yīng)速度越快的趨勢(shì)，本發(fā)明綜合各種因素，提出在 50-110°C下聚合反應(yīng)，其中更佳為80-105°C，更為合適。本發(fā)明聚合硫酸鋁制備方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，由于采用硫酸鋁與鋁酸鈣聚合反 應(yīng)制備，不僅可以得到聚合度大于45%的產(chǎn)品，試驗(yàn)最高可達(dá)70%，且長(zhǎng)期穩(wěn)定不分層，并 聚合度可以根據(jù)需要通過改變鋁酸鈣加入量進(jìn)行調(diào)控；再由于鋁酸鈣可以提供一定量的 Al2O3，使所得產(chǎn)品中Al2O3有效含量得到提高，可以得到Al2O3 > IOwt %的產(chǎn)品，即同時(shí)獲得 聚合度和Al2O3含量均高、且穩(wěn)定不分層的產(chǎn)品，此為本發(fā)明方法最大特征。所得聚合硫酸 鋁，凝聚反應(yīng)速度快，出現(xiàn)絮體小礬花時(shí)間較同類產(chǎn)品早約20%，且形成絮體密實(shí)沉降快， 混凝效果優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁、復(fù)合聚合氯化鋁鐵，對(duì)污水COD、色 度、除磷去除效果好，特別適用于高濃度制漿造紙污水的凈化處理?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)制備聚 合硫酸鋁，有效成份Al2O3含量不高、聚合度低、高聚合度時(shí)不穩(wěn)定、制備成本高等不足，且 無廢渣，原料來源易得。本發(fā)明方法所得聚合硫酸鋁，聚合度>45%41203含量> 10%、長(zhǎng) 期穩(wěn)定不分層，且含有鈣元素，可以作為本發(fā)明方法所得產(chǎn)品與其他方法制備產(chǎn)品的區(qū)別 特征。以下結(jié)合五個(gè)具體實(shí)施例，示例性說明及幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但實(shí)施例具體 細(xì)節(jié)僅是為了說明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明構(gòu)思下全部技術(shù)方案，因此不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā) 明總的技術(shù)方案限定，一些在技術(shù)人員看來，不偏離本發(fā)明構(gòu)思的非實(shí)質(zhì)性增加和/或改 動(dòng)，例如以具有相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡(jiǎn)單改變或替換，均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 在反應(yīng)釜內(nèi)打入4. OKg水，開啟攪拌，再緩慢加入98%工業(yè)濃硫酸3. OKg，反應(yīng)釜升溫至約IOCTC，再逐步加入62%工業(yè)氫氧化鋁1.8Kg，控制反應(yīng)溫度約為 115°C，保溫反應(yīng)約3小時(shí)，制得硫酸鋁。反應(yīng)結(jié)束后，沖入稀釋水5. 3Kg (滿足液相下聚合)， 降溫約為85°C;再逐步加入市購(gòu)Al2O3含量為50wt%、Ca0含量為32襯％的鋁酸鈣1. 05Kg， 控制反應(yīng)溫度為100°C，保溫反應(yīng)1. 0小時(shí)，經(jīng)板框壓濾，得到Al2O3含量為10. 92wt%,聚合 度為45. 89%的聚合硫酸鋁濾液14. 35Kg。實(shí)施例2 在反應(yīng)釜內(nèi)打入8. OKg水，開啟攪拌，緩慢加入Al2O3含量15. Swt %工 業(yè)固體硫酸鋁7. OKg，投料結(jié)束后攪拌約0. 5小時(shí)后，使硫酸鋁完全溶解，開啟蒸汽進(jìn)行夾 套加熱使溫度升高至90°C，再逐步加入Al2O3含量為50wt%，CaO含量為30襯％的鋁酸鈣 0. 65Kg，反應(yīng)溫度為IOO0C，保溫反應(yīng)1. 5小時(shí)，經(jīng)板框壓濾，即得Al2O3含量為9. 15wt%,聚 合度為35. 06%的聚合硫酸鋁15. OKgo實(shí)施例3 在應(yīng)釜內(nèi)打入Al2O3含量7. 62wt%的液體硫酸鋁14. OKg,開啟攪拌機(jī)， 開啟蒸汽進(jìn)行夾套加熱使溫度升高至800C，再逐步加入Al2O3含量為50wt %，CaO含量為 31wt %的鋁酸鈣2. 8Kg，反應(yīng)溫度為105°C，保溫反應(yīng)2. 0小時(shí)，經(jīng)板框壓濾，即得Al2O3含量 為13. 3wt%，聚合度為59. 10%的聚合硫酸鋁15. 4Kg。實(shí)施例4 在反應(yīng)釜內(nèi)打入4. OKg水，開啟攪拌，再緩慢加入濃度為98wt%工業(yè) 濃硫酸3. OKg,反應(yīng)釜升溫至約100°C，再逐步加入Al2O3含量為35wt %的煅燒活性鋁礬土 3. 2Kg，反應(yīng)溫度約為118°C，然后保溫反應(yīng)約2小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，沖入稀釋水10. 5Kg，反 應(yīng)溫度約為80°C，再逐步加入Al2O3含量為50wt%，CaO含量為30襯％的鋁酸鈣1. 15Kg， 反應(yīng)溫度為90°C，保溫反應(yīng)2. 0小時(shí)，經(jīng)板框壓濾，即得Al2O3含量為8. 32wt%，聚合度為 46. 78%的聚合硫酸鋁19. 55Kg。實(shí)施例5 在反應(yīng)釜內(nèi)打入8. OKg水，開啟攪拌，緩慢加入Al2O3含量15.8襯％工 業(yè)固體硫酸鋁7. OKg，投料結(jié)束后攪拌約0. 5小時(shí)后，使硫酸鋁完全溶解，開啟蒸汽進(jìn)行夾 套加熱使溫度升高至90°C，再逐步加入Al2O3含量為50wt%，CaO含量為30襯％的鋁酸鈣 5. 6Kg，反應(yīng)溫度為100°C，保溫反應(yīng)2. 0小時(shí)，經(jīng)板框壓濾，即得Al2O3含量為12. 05wt%,聚 合度為67. 06%的聚合硫酸鋁18. 9Kg。比較試驗(yàn)1 取某原紙漿廠廢水1000ml (COD :500，色度1000倍)，分別加入實(shí)施例
3所得聚合硫酸鋁，市售聚合硫酸鋁，市售聚合氯化鋁，復(fù)合聚合氯化鋁鐵，進(jìn)行混凝效果對(duì) 比試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見附表(一)。從出水效果可以看出，本發(fā)明方法所得聚合硫酸鋁去除 COD、脫色能力皆優(yōu)于其他，觀察形成絮體也較其他密實(shí)。比較試驗(yàn)2 取某生活污水1000ml (COD :218mg/L,色度80倍，總磷1. 5mg/L)，分別 加入實(shí)施例1所得聚合硫酸鋁，市售聚合氯化鋁，復(fù)合聚合氯化鋁鐵，進(jìn)行混凝效果對(duì)比試 驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)見附表二。從出水效果可以看出，本發(fā)明方法所得聚合硫酸鋁的去CODJA 色能力皆優(yōu)于其他，特別是除磷效果優(yōu)于其他，能夠達(dá)到一級(jí)A出水總磷小于0. 5mg/L的標(biāo) 準(zhǔn)。并且形成絮體較其他密實(shí)。比較試驗(yàn)2 取某造紙廠三沉池出水1000ml (COD = 893mg/L，色度1900(倍)pH
7. 6)，分別加入實(shí)施例3所得聚合硫酸鋁，與市售不同廠家聚合氯化鋁，進(jìn)行混凝效果對(duì)比 試驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)見附表三。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在本專利構(gòu)思及具體實(shí)施例啟示下，能夠從本專利公 開內(nèi)容及常識(shí)直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到也可采用其他方法，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征間的相互不同組合，例如鋁酸鈣也可以 采用自制，或者在常溫中反應(yīng)，等等的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，同樣可以被應(yīng)用，都能實(shí)現(xiàn)與上述實(shí) 施例基本相同功能和效果，不再一一舉例展開細(xì)說，均屬于本專利保護(hù)范圍。
應(yīng)用對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表一
序 號(hào)1234項(xiàng)目本發(fā)明聚市售聚合市售聚合有α黎A 反O永O合硫酸鋁硫酸鋁氯化鋁氯化鋁鐵藥劑加入量Al2O3計(jì)100100100100(mg/L)出水色度(倍)5080148100出水 COD (mg/L)92116173130污泥密實(shí)很密實(shí)較密實(shí)較密實(shí)較密實(shí)污泥體積少(140ml)少(140ml)中(170ml)少(140ml) 應(yīng)用對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表
序號(hào)123產(chǎn)品名稱本發(fā)明聚合市售聚合官α黎Α氧 靈口跟口錄^硫酸鋁氯化鋁化鋁鐵藥劑加入量Al2O3計(jì)(mg/L:1.51.51.5出水色度(倍)102030出水 COD (mg/L)304136出水總磷(mg/L)0.261.41.1應(yīng)用對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表三
項(xiàng)目聚合氯化鋁1聚合氯化鋁2例3聚合硫酸鋁投加量ppm450045004500PAMppm444絮體大小大大大(密實(shí))沉降速度快快快出水 CODmg/L301340230COD去除率％66. 361. 974. 2出水色度(倍)290340260
權(quán)利要求
1.聚合硫酸鋁制備方法，其特征在于由硫酸鋁與鋁酸鈣進(jìn)行液相聚合反應(yīng)，分離不溶 物，其中硫酸鋁與鋁酸鈣投料比按各自所含Al2O3重量比為7 1-19。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述聚合硫酸鋁制備方法，其特征在于硫酸鋁與鋁酸鈣投料比按各 自所含Al2O3重量比為7 2-10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述聚合硫酸鋁制備方法，其特征在于聚合反應(yīng)溫度為 50-110°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述聚合硫酸鋁制備方法，其特征在于聚合反應(yīng)溫度為80-105°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述聚合硫酸鋁制備方法，其特征在于聚合反應(yīng)是鋁酸鈣逐漸 加入到硫酸鋁溶液中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚合硫酸鋁制備方法，其特征在于聚合硫酸鋁聚合度>45%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚合硫酸鋁制備方法，其特征在于聚合硫酸鋁中Al2O3含量 ≥ 10%。
全文摘要
本發(fā)明是對(duì)聚合硫酸鋁制備方法的改進(jìn)，其特征是由硫酸鋁與鋁酸鈣進(jìn)行液相聚合反應(yīng)，分離不溶物，其中硫酸鋁與鋁酸鈣投料比按各自所含Al2O3重量比為7∶1-19。不僅可以得到聚合度大于45％的產(chǎn)品，且長(zhǎng)期穩(wěn)定不分層，并聚合度可以根據(jù)需要通過改變鋁酸鈣加入量進(jìn)行調(diào)控；所得產(chǎn)品中Al2O3有效含量＞10wt％。所得聚合硫酸鋁，凝聚反應(yīng)速度快，出現(xiàn)絮體小礬花時(shí)間較同類產(chǎn)品早約20％，且形成絮體密實(shí)沉降快，混凝效果優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁、復(fù)合聚合氯化鋁鐵，對(duì)污水COD、色度、除磷去除效果好，特別適用于高濃度制漿造紙污水的凈化處理。
文檔編號(hào)C01G49/14GK101993116SQ200910184658
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者劉海葉, 潘德扣, 潘文秀, 黃偉農(nóng) 申請(qǐng)人:江蘇宜凈環(huán)保有限公司