專利名稱：聚磷氯化鋁混凝劑的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于水處理的混凝劑的制造技術(shù)領(lǐng)域。
在現(xiàn)代的用水和廢水處理技術(shù)中，混凝過程占有十分重要的地位，一般認(rèn)為混凝是混合、凝聚、絮凝等幾種作用先后綜合進(jìn)行的過程，其主要作用是把水中呈分散狀態(tài)的微粒雜質(zhì)聚集成為較粗粒的絮凝體，從而便于利用沉淀、過濾或其他方法把它們分離出去，混凝過程中所投加的主要藥劑稱為混凝劑。混凝過程在生活飲用水和各種工業(yè)用水的除濁、除色處理中，是不可缺少的環(huán)節(jié)，另外在軟化、除鐵、錳、除臭味、除藻類、除細(xì)菌、病毒、除硅等處理中也經(jīng)常采用。近年來在生活污水、工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用也日益廣泛?；炷^程達(dá)到高效能的關(guān)鍵在于恰當(dāng)?shù)剡x擇和投加性能優(yōu)良的混凝劑。
鋁鹽是最常用及應(yīng)用最廣泛的無機(jī)金屬鹽混凝劑，例如硫酸鋁作為混凝劑已有很久的歷史，在水處理實(shí)踐中，隨著人們對(duì)鋁鹽混凝作用機(jī)理以及在水中行為的認(rèn)識(shí)加深，逐步發(fā)展形成預(yù)制的聚合鋁混凝劑。聚合鋁類制品比普通鋁鹽有更高的凝聚能力和凈水作用，在七十年代開始用于水處理技術(shù)中。為了使混凝效能進(jìn)一步提高，研究者們?cè)肏2SO4、H3PO4H2SiO3等酸的多價(jià)陰離子活化堿式鋁鹽而制得高效復(fù)合絮凝劑，但用酸活化易使pH下降，不易控制，若用堿反調(diào)pH值則使制品中鹽含量增加。pH值降低將影響制得溶液的穩(wěn)定性。
本發(fā)明提出一種制造聚磷氯化鋁的新方法，克服上述復(fù)合混凝劑的不足之處，使其制品具有更高的混凝效能，長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所述的方法的主要特點(diǎn)是在聚合氯化鋁中直接引入磷酸鹽多價(jià)陰離子，其通式為[Al4(OH)2nCl9-2nPO4]m或[Al2(OH)nCl4-nHPO4]m，其中，n＝2～4，m≤5。制作方法包括如下步驟1.將聚合氯化鋁溶液進(jìn)行濃度、堿化度調(diào)整;
2.將磷酸鹽溶液加入所說的調(diào)整好的聚合氯化鋁溶液中攪拌使其進(jìn)行反應(yīng);
3.將第二步驟中的反應(yīng)物料保溫熟化后，得到聚磷氯化鋁溶液。
若需要固化制品時(shí)可在上述第三步驟之后增加固化步驟，即可得到聚磷氯化鋁固體制品。
本發(fā)明之方法制得水溶性聚磷氯化鋁混凝劑，在其形態(tài)結(jié)構(gòu)中增加了新的比聚合氯化鋁電荷更高、分子量更大的若干多核絡(luò)合物，其長期穩(wěn)定性較好，適用于用水與廢水的凈化處理，其功效優(yōu)于普通聚合氯化鋁，在使用過程中不引起處理后水中含磷的增加，具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。
本發(fā)明所用的聚合氯化鋁的制造方法較多，例如1.用含鋁礦石鹽酸溶解;2.金屬鋁以鹽酸分解;3.氫氧化鋁酸溶;4.廢鋁灰鹽酸溶解法。本發(fā)明對(duì)聚合氯化鋁的制造方法并無特殊要求，但用以制造聚磷氯化鋁的聚合氯化鋁溶液必須是(1)新制液;(2)透明無雜質(zhì)。采用廢鋁灰鹽酸溶解制造聚合氯化鋁，因固液分離困難，此法制作之聚合氯化鋁不宜繼續(xù)用作制造聚磷氯化鋁之用。
通常磷酸根與鋁離子反應(yīng)很容易生成水不溶的磷酸鋁沉淀，為避免生成此種沉淀，聚合氯化鋁之濃度不宜超過3M，堿化度在OH/Al約1～2范圍內(nèi);磷酸鹽溶液濃度在0.1～0.4M范圍內(nèi)，而且應(yīng)使聚合氯化鋁與磷酸鹽溶液在40℃以下充分混合均勻才能開始升溫反應(yīng)，P/Al為磷酸根與總鋁之摩爾比不宜超過0.25。
當(dāng)聚合氯化鋁之堿化度太低，OH/Al＜1時(shí)，需加堿或相應(yīng)方法調(diào)整其堿化度，使之達(dá)到OH/Al≥1，當(dāng)聚合氯化鋁中含有少量鐵絡(luò)合物時(shí)，不影響聚磷氯化鋁的制作及制品的品質(zhì)。
在聚合氯化鋁溶液中加入磷酸鹽溶液并攪拌均勻后，使反應(yīng)物料在溫度為50～120℃下反應(yīng)2～8小時(shí)后成為透明液體，再經(jīng)8～24小時(shí)的保溫熟化，熟化溫度40～100℃，便可制得聚磷氯化鋁溶液，此工藝簡單易行，無需特殊的混合與反應(yīng)設(shè)備，反應(yīng)后不需要固液分離。若要制成固體制品，其固化手段可直接采用聚合氯化鋁生產(chǎn)之固化手段。
這樣得到的聚磷氯化鋁為透明溶液狀，可耐長期貯存而保持穩(wěn)定，亦即本發(fā)明制品在-5℃，3個(gè)月，在常溫，一年置放仍穩(wěn)定，在更長時(shí)間預(yù)計(jì)仍可保持穩(wěn)定。
聚磷氯化鋁溶液之pH值較之聚合氯化鋁稍有降低，但不致影響溶液的穩(wěn)定性。隨P/Al比增大，pH值稍有下降，制品的pH值和其濃度、聚合氯化鋁的堿化度有關(guān)，合格制品之pH值在3.6～5.0范圍，按1重量/體積%稀釋測定值(以下均同此)比重在1.040～1.200g/ml范圍。
當(dāng)聚合氯化鋁之堿化度較高，P/Al比較大時(shí)，處理不當(dāng)則容易出現(xiàn)不可逆的白色沉淀。因此，為避免此種情況發(fā)生，要求嚴(yán)格協(xié)調(diào)各反應(yīng)條件，比如適當(dāng)降低反應(yīng)物濃度，降低混合溫度等。發(fā)明者在用化學(xué)品為原料以及金屬鋁為原料制作聚磷氯化鋁時(shí)均未出現(xiàn)不可逆的磷酸鋁沉淀，而保持穩(wěn)定溶液狀態(tài)。
本發(fā)明方法制品為一定濃度的溶液或粉末或顆粒狀，沒有副產(chǎn)品產(chǎn)生。
對(duì)聚磷氯化鋁，除與聚合氯化鋁相同的指標(biāo)外，本發(fā)明者提出堿磷化度(Bp)用以表征制品絡(luò)合形態(tài)的統(tǒng)計(jì)概念，其計(jì)算式Bp＝B＊+(3-L)(P/Al)，B＊為堿化度，堿磷化度Bp又是與聚合氯化鋁比較絮凝效能的基準(zhǔn)。
聚磷氯化鋁制作實(shí)施例。
實(shí)施例1用化學(xué)純?cè)噭┲谱骶哿茁然X新制聚合氯化鋁溶液濃度按Al計(jì)，1.5M;堿化度OH/Al，1.5。
磷酸氫二鈉溶液濃度0.4M。
使用冷凝回流裝置以保持反應(yīng)物濃度不變，按P/Al0.1制作聚磷氯化鋁，新制聚合氯化鋁溶液72.7毫升冷卻后，在激烈攪拌下加入28.3毫升磷酸氫二鈉溶液，充分混勻，此時(shí)，溶液中有顆粒物出現(xiàn)，升溫至80℃以上反應(yīng)數(shù)小時(shí)后制得透明聚磷氯化鋁溶液，此制品之pH值為4.60，比重為1.133g/ml，濃度按Al計(jì)為1.09M，堿磷化度Bp為1.7。干燥固化為淡綠色顆粒物。
實(shí)施例2用金屬鋁為原料制作聚磷氯化鋁用金屬鋁以鹽酸分解制得聚合氯化鋁溶液為淡棕黃色溶液，濃度按Al計(jì)2.0M。
堿化度OH/Al1.59。
磷酸氫二鈉溶液濃度0.4M。
按P/Al0.1制得淡棕黃色的聚磷氯化鋁透明溶液，制品之pH為4.40，比重為1.171g/ml，濃度按Al計(jì)為1.33M，堿磷化度Bp為1.66。干燥固化為黃色顆粒物。
權(quán)利要求
1.一種聚磷氯化鋁絮凝劑的制造方法，其特征在于包括下列步驟1)將聚合氯化鋁溶液進(jìn)行濃度、堿化度調(diào)整；2)將磷酸鹽溶液加入所說的調(diào)整好的聚合氯化鋁溶液中混合，再升溫反應(yīng)；3)將第二步驟中的反應(yīng)物料保溫熟化，得到聚磷氯化鋁溶液。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于還包括將所說的聚磷氯化鋁溶液進(jìn)行固化得到固體制品。
3.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所說的第一步驟中聚合氯化鋁之濃度小于等于3M，堿化度OH/Al范圍為1～2;所說的第二步驟中磷酸鹽溶液濃度范圍為0.1～0.4M，磷酸根與總鋁的摩爾比P/Al范圍0.02～0.25;所說的聚合氯化鋁溶液與磷酸鹽溶液反應(yīng)溫度范圍為50～120℃，反應(yīng)時(shí)間2～8小時(shí);所說的第三步驟中熟化溫度為40～100℃，保溫8～24小時(shí)。
4.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所說的聚磷氯化鋁用化學(xué)純?cè)噭┲谱?，所說的第二步驟中采用冷凝回流裝置，以保持反應(yīng)物濃度不變。
5.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于所說的聚合氯化鋁采用金屬鋁以鹽酸分解制得，所說的磷酸鹽采用磷酸氫二鈉。
全文摘要
本發(fā)明屬于用水與廢水處理用混凝劑制造方法。本發(fā)明是在聚合氯化鋁中直接引入磷酸鹽多價(jià)陰離子，經(jīng)過混合、反應(yīng)、熟化等步驟即可得到聚磷氯化鋁溶液，再經(jīng)過固化，還可制成固體制品。本發(fā)明制成的這種混凝劑含有電荷更高、分子量更大的多核絡(luò)合物，其長期穩(wěn)定性好，適用于用水與廢水的凈化處理，功效優(yōu)于普通的聚合氯化鋁，在使用中不引起處理后水中含磷的增加，且制造方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F1/52GK1088892SQ9210196
公開日1994年7月6日 申請(qǐng)日期1992年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月26日
發(fā)明者胡勇有, 王占生, 湯鴻霄 申請(qǐng)人:清華大學(xué)