CN101037212A - 生产聚氯化铝的工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种生产聚氯化铝的工艺方法，其特征在于：该工艺采用二步混凝沉淀控制水不溶物，其工艺步骤如下：(1)含铝原料和盐酸在耐酸容器内反应，生成铝酸溶液；加入酸溶混凝剂，进行混凝沉淀，移取上清液为母液；(2)将步骤(1)中的母液再加水在耐酸容器内升温，加入铝酸钙，常压反应，加入聚合混凝剂；(3)沉淀后上清液为液体PAC，干燥即为固体PAC。本发明的有益效果是：针对以铝酸钙为原料，生产PAC工艺中控制和降低PAC水不溶物的难题，采用两步混凝沉淀法生产PAC。工艺操作简便、生产成本低廉，沉降时间可缩短10～20倍，可操作性强，经济效益明显，PAC产品各项指标完全符合国家标准。

Description

生产聚氯化铝的工艺方法

技术领域

本发明涉及净水剂技术，特别是一种生产聚氯化铝的工艺方法，它主要是采用二步混凝沉淀控制水不溶物，而生产符合国家标准、成本低、质量好的聚氯化铝(PAC)水处理剂。

背景技术

随着我国环保产业的发展，聚氯化铝(PAC)作为高效水处理剂在国内得到充分的应用。但是传统聚氯化铝生产工艺采用“热解法”、“中和法”、“凝胶法”、“双酸法”等工艺均存在工艺流程长、生产成本高等缺点。用铝酸钙作为PAC生产原料的酸溶一步法或以其它含铝原料配合铝酸钙混合酸溶一步法(俗称一锅煮)，都具有生产成本低、操作简便等优点，在国内得到生产厂家广泛使用。

但是，目前存在的问题是：无论是采用铝酸钙酸溶一步法还是其它含铝原料配合铝酸钙混合酸溶一步法(俗称一锅煮)，均存在铝酸钙在酸溶生产过程中产生大量氯化钙悬浮物难以与PAC溶液有效分离的问题，导致PAC成品中水不溶物严重超标，目前还难以解决。国家标准对PAC产品中水不溶物有严格要求，用铝酸钙生产PAC，在生产过程中如果对水不溶物不加控制措施，产品中水不溶物就会成倍超标，严重的甚至超标十几倍，使产品无法正常销售。现阶段，对PAC产品水不溶物控制方法，大多数厂家采用自然静置沉降或机械压滤法，采用自然静置沉淀，一般要4-10天，而混合酸溶一步法工艺，则需要静置沉淀15-40天，须建大量静置沉淀设施，而采用机械过滤法，不但劳动强度大、能耗高、过滤效率低，而且PAC产品盐基度越高压滤难度越大，低盐基度PAC虽然过滤难度有所改善，但是当PAC盐基度越低时，干燥难度越大的矛盾就越明显，尤其对用滚筒干燥方式的厂家，更难接受低盐基度干燥条件。因此，如何控制PAC产品中水不溶物，是以铝酸钙为原料生产PAC工艺中的关键技术问题，它严重影响和制约着以铝酸钙生产PAC产品的质量和产量的提高。

另外，以氢氧化铝为原料经酸溶反应后，再投加铝酸钙调高盐基度的工艺，能使PAC产品水不溶物控制在国家标准范围内。但是此工艺生产成本高，只有少数厂家用于出口产品时采用该工艺，使该工艺推广缓慢。

所以，解决以铝酸钙生产PAC工艺中控制水不溶物的技术难题，开发有效的快速降低和控制水不溶物技术，是目前刻不容缓的技术攻关课题。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术所存在的问题和不足而专门研制的一种生产聚氯化铝的工艺方法，该方法采用两步混凝沉淀法生产PAC，工艺可操作性强，经济效益明显，PAC产品理化指标及水不溶物控制指标，完全符合国家标准。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明的生产聚氯化铝的工艺方法采用二步混凝沉淀控制水不溶物，其步骤如下：

(1)、含铝原料和工业盐酸在常压或加压状态，温度40℃-125℃下，在耐酸容器内反应1-4小时，生成含铝酸溶液；加入酸溶混凝剂，进行混凝沉淀，移取上清液为母液；

(2)、将步骤(1)中的母液再加与母液量相等的水在耐酸容器内升温至40℃-115℃，加入铝酸钙粉，常压反应1-6小时，加入聚合混凝剂；

(3)、沉淀后上清液为液体聚氯化铝，干燥即为固体聚合氯化铝。

在本发明中，盐酸、铝原料和铝酸钙粉按以下重量份配方配料：盐酸(以30％计)70-100份，含铝原料(以酸溶铝含量30％计)40-80份，铝酸钙(以酸溶铝含量50％计)20-60份。

本发明所述的含铝原料为氢氧化铝粉及经煅烧后的粘土矿、一水软铝石矿、三水铝土矿，低品位铝矾土、煤矸石、高岭土中的任意一种或其组合。

所述的酸溶混凝剂可为各种型号的聚丙稀酰胺，加入量为含铝酸溶液体积的0.005％～0.05％，

所述的聚合混凝剂为表面活性剂AES硫酸钠，加入量为聚合反应液体积的0.02％～0.1％。

本发明的二步混凝沉淀控制水不溶物技术也适用于聚氯化铝铁(PAFC)、聚氯化铝硅(PASC)等产品水不溶物生产控制。

本发明的发明点在于：采用“二步混凝沉淀”控制PAC水不溶物新工艺，是以铝矾土、盐酸、铝酸钙、水或洗涤水为基本原料，按一定比例分二段于反应器中，在加热酸溶反应和聚合反应过程中，使用混凝剂分离沉淀法控制PAC水不溶物，提高以铝酸钙为原料生产PAC产品的产量和质量。

其具体工艺步骤如下：

(1)第一步酸溶反应：

在带有搅拌和酸雾回收装置的耐酸反应器内，依次加入水和盐酸按体积配成16-25％的酸溶反应液。启动搅拌预热至40℃-60℃时，切断热源，分次按配方中铝矾土量(酸溶铝含量以30％计)在液温90℃前全部投入，并依靠自热反应升温≥100℃时，再次加热，常压强化反应2-4小时，反应温度105℃-115℃之间。放料前加入酸溶混凝剂并搅拌1-2分钟。将反应物料放入液渣分离池，静置沉淀，上清液为下一步聚合反应母液(ALCL₃)，残渣洗涤以体积加水1∶1洗涤2-3次，洗涤水配酸回用，溶渣用作水泥原料。

(2)第二步聚合反应：

在酸溶反应条件容器内，加入一段酸溶母液、补充配位水以重量1∶1的比例，在液温80℃-100℃常压条件下，切断热源，投加配方中铝酸钙粉料，投料结束后继续加热。在温度105℃-110℃常压条件下反应2-4小时，并控制液体密度(20℃条件下)1.20-1.25g/cm³。聚合反应过程是随母液中补充水和铝酸钙使酸溶AL₂O₃及OH^-浓度的增加而PH值不断升高，所产生水解聚合反应来完成盐基化过程，最终形成高盐基度(盐基度≥85％)的PAC混浊液体。PAC混浊液再经过投加聚合混凝剂(AES)中的硫酸根离子与PAC混浊液中氯化钙结合，生成硫酸钙沉淀和AES硫酸钠本身的乳化性能来分离和沉淀液体PAC中的杂质。经过1-2天的静置沉淀时间，最终可制取纯净的高盐基度PAC液体，残渣经过洗涤后(参照一段洗涤方法)作水泥原料。液体PAC产品中水不溶物完全达到国家控制要求。

关于酸溶混凝剂聚丙烯酰胺和聚合混凝剂AES的理化性质、适用范围及作用原理均能在相关资料中查到。

本发明的有益效果是：针对以铝酸钙为原料，生产PAC工艺中控制和降低PAC水不溶物的难题，采用两步混凝沉淀法生产PAC新工艺。以酸溶混凝剂聚丙稀酰胺(也可用骨胶)和聚合混凝剂活性AES硫酸钠，分别对酸溶和聚合工段实施水不溶物混凝沉淀的方法。不但工艺操作简便、生产成本低廉，而且可使传统控制水不溶物的自然沉降时间缩短10-20倍，节约机械压滤设施初期投资(以年万吨PAC计)40-60万元。本发明在一定程度上提高了PAC产量，而且该工艺可操作性强，经济效益明显，PAC产品理化指标及水不溶物控制指标，完全符合国家标准。

本发明生产的PAC产品主要理化指标如表1：

                      表1

采用本发明的方法控制PAC水不溶物效果与现有技术相比如表2：

                      表2

本发明的PAC产品检验(液体、固体)均按国标GB·15892-2003标准分析。

附图说明

附图为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明以下结合实施例做进一步描述，但并不是限制本发明。

实施例1

第一步酸溶反应：

在带有搅拌和酸雾回收装置的耐酸反应器内，依次加入水和盐酸配成16-25％的酸溶反应液。启动搅拌预热至40℃-60℃时，切断热源，分次按配方中铝矾土量(铝矾土可以是一水软铝石矿、三水铝土矿、低品位铝矾土等)(以酸溶铝含量30％计)，在液温90℃前全部投入，并依靠自热反应升温≥100℃时，再次加热，常压强化反应2-4小时，反应温度105℃-115℃之间。放料前加入酸溶混凝剂聚丙稀酰胺，加入量为含铝酸溶液体积的0.005％～0.05％，并搅拌1-2分钟。将反应物料放入液渣分离池，静置沉淀，上清液为下一步聚合反应母液(ALCL₃)，残渣洗涤以体积加水1∶1洗涤2-3次，洗涤水配酸回用，溶渣用作水泥原料。

第二步聚合反应：

在酸溶反应条件容器内，加入一段酸溶母液、补充配位水以体积1∶1的比例，在液温80℃-100℃常压条件下，切断热源，投加配方中铝酸钙粉料，投料结束后继续加热。在温度105℃-110℃常压条件下反应2-4小时，并控制液体密度(20℃条件下)1.20-1.25g/cm³。聚合反应过程是随母液中水和铝酸钙的补充使酸溶AL₂O₃及OH^-浓度的增加而PH值不断升高，所产生水解聚合反应来完成盐基化过程，最终形成高盐基度(盐基度≥85％)的PAC混浊液体。PAC混浊液再经过投加聚合混凝剂AES硫酸钠，加入量为聚合反应液体积的0.02％～0.1％，其中的硫酸根离子与PAC混浊液中氯化钙结合，生成硫酸钙沉淀和AES本身的乳化性能来分离和沉淀液体PAC中的杂质。经过1-2天的静置沉淀时间，最终可制取纯净的高盐基度PAC液体，残渣经过洗涤后(参照一段洗涤方法)作水泥原料。液体PAC产品中水不溶物完全达到国家控制要求。

实施例2

第一步酸溶反应：

在带有搅拌和酸雾回收装置的耐酸反应器内，依次加入水和盐酸配成16-25％的酸溶反应液。启动搅拌预热至40℃-60℃时，切断热源，分次按配方中高岭土量(以酸溶铝含量30％计)，在液温90℃前全部投入，并依靠自热反应升温≥100℃时，再次加热，常压强化反应2-4小时，反应温度105℃-115℃之间。放料前加入酸溶混凝剂聚丙稀酰胺，加入量为含铝酸溶液体积的0.005％～0.05％，并搅拌1-2分钟。将反应物料放入液渣分离池，静置沉淀，上清液为下一步聚合反应母液(ALCL₃)，残渣洗涤以体积加水1∶1洗涤2-3次，洗涤水配酸回用，溶渣用作水泥原料。

第二步聚合反应：

在酸溶反应条件容器内，加入一段酸溶母液、补充配位水以体积1∶1的比例，在液温80℃-100℃常压条件下，切断热源，投加配方中铝酸钙粉料，投料结束后继续加热。在温度105℃-110℃常压条件下反应2-4小时，并控制液体密度(20℃条件下)1.20-1.25g/cm³。聚合反应过程是随母液中水和铝酸钙的补充使酸溶AL₂O₃及OH^-浓度的增加而PH值不断升高，所产生水解聚合反应来完成盐基化过程，最终形成高盐基度(盐基度≥85％)的PAC混浊液体。PAC混浊液再经过投加聚合混凝剂AES硫酸钠，加入量为聚合反应液体积的0.02％～0.1％，其中的硫酸根离子与PAC混浊液中氯化钙结合，生成硫酸钙沉淀和AES本身的乳化性能来分离和沉淀液体PAC中的杂质。经过1-2天的静置沉淀时间，最终可制取纯净的高盐基度PAC液体，残渣经过洗涤后(参照一段洗涤方法)作水泥原料。液体PAC产品中水不溶物完全达到国家控制要求。

选用含铝原料为经煅烧后的粘土矿、煤矸石等制备聚氯化铝(PAC)，其工艺和操作过程与上述实例相同。

Claims (6)

1、一种生产聚氯化铝的工艺方法，其特征在于：该工艺采用二步混凝沉淀控制水不溶物，其工艺步骤如下：

(1)、含铝原料和盐酸在常压或加压状态，温度40℃-125℃下，在耐酸容器内反应1-4小时，生成含铝酸溶液；加入酸溶混凝剂，进行混凝沉淀，移取上清液为母液；

(2)、将步骤(1)中的母液再加与母液量相等的水在耐酸容器内升温至40℃-115℃，加入铝酸钙粉，常压反应1-6小时，加入聚合混凝剂；

(3)、沉淀后上清液为液体聚氯化铝，干燥即为固体聚合氯化铝。

2、根据权利要求1所述的生产聚氯化铝的工艺方法，其特征在于：盐酸、含铝原料和铝酸钙粉按以下重量份配方配料：盐酸70-100份，含铝原料40-80份，铝酸钙20-60份。

3、根据权利要求1或2所述的生产聚氯化铝的工艺方法，其特征在于：含铝原料为氢氧化铝粉及经煅烧后的粘土矿、一水软铝石矿、三水铝土矿，低品位铝矾土、煤矸石、高岭土中的任意一种或其组合。

4、根据权利要求1所述的生产聚氯化铝的工艺方法，其特征在于：酸溶混凝剂为各种型号的聚丙稀酰胺，加入量为含铝酸溶液体积的0.005％～0.05％。

5、根据权利要求1所述的生产聚氯化铝的工艺方法，其特征在于：聚合混凝剂为活性AES硫酸钠，加入量为聚合反应液体积的0.02％～0.1％。

6、按照权利要求1中的生产聚氯化铝的工艺方法，所述的二步混凝沉淀控制水不溶物技术也适用于聚氯化铝铁(PAFC)、聚氯化铝硅(PASC)等产品水不溶物生产控制。

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