CN108975370A - 铝溶胶的生产方法和铝溶胶生产系统 - Google Patents

铝溶胶的生产方法和铝溶胶生产系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝溶胶生产方法和生产系统，该生产方法包括：(1)将铝源与酸接触，得到含有铝盐的溶液；(2)将含有铝盐的溶液与碱接触，得到含盐铝溶胶；(3)将含盐铝溶胶进行普通电渗析，得到脱盐铝溶胶以及回收盐；(4)将所述回收盐进行双极膜电渗析，分别得到回收酸和回收碱，将至少部分回收酸循环用于步骤(1)，将至少部分回收碱循环用于步骤(2)。根据本发明的铝溶胶生产方法和生产系统采用的原料价格低廉，原料利用率高，制备的铝溶胶的质量好，并且整个生产过程条件温和，绿色环保。

Description

铝溶胶的生产方法和铝溶胶生产系统
技术领域
本发明涉及一种铝溶胶生产方法，本发明还涉及一种铝溶胶生产系统。
背景技术
铝溶胶是带正电的水合氧化铝微细粒子均匀分散在水中的胶体溶液。目前，铝溶胶在工业上被广泛用作催化剂粘结剂和水处理絮凝剂。根据不同的应用领域，铝溶胶的命名方式也有所不同，例如：用于催化剂粘结剂时，一般称为铝溶胶；用于絮凝剂时，则被称为聚合氯化铝或碱式氯化铝，但其结构通式均可表达为：[Al2(OH)nCl6-n·xH2O]m(n＝1-5，m>0)。
铝溶胶的性质一般可以用铝含量、以及铝氯比(即，铝元素与氯元素的比例，可以采用重量比，也可以采用摩尔比)或碱基度来表示，碱基度是指聚合氯化铝中氢氧根与铝的摩尔比。
铝溶胶的制备方法多种多样，常用的制备方法主要有：金属铝法、有机醇盐水解法、电解法、无机盐原料法和粉体分散法等，其中，采用金属铝与盐酸制备铝溶胶的金属铝法依然是主要的生产方法。
US4028216最早详细介绍了金属铝溶胶的制备方法，此法工艺流程简单，易于操作，但是由于该方法是由氢氧化铝电解制得铝溶胶，因而生产成本太高，需要消耗大量的电能，同时在制备的过程中产生的氢气也带来了安全隐患，并且使用的盐酸会腐蚀设备。
有机醇盐水解法可以制得纯度高、比表面大、粒径分布均匀的溶胶。此方法适用于制备纯度要求高的氧化铝粉体。但是，此方法制备过程中的最大困难是原料对水敏感，水解反应非常迅速，容易形成沉淀，并且原料价格昂贵、易燃、有毒、不易保存，给工业化带来困难。
CN1177653A报道了采用电解法来制备铝溶胶，此法通过以低电压大电流的电化学方法合成聚合氯化铝，采用价格低廉的普通阴离子膜，降低了产品的制备成本，比较环保。但是，电解水耗能过大，初始费用高(重复单元中需要电极)，可能产生氯气，存在安全隐患。
无机盐原料法使用的原料价格低廉，方法简单，降低了铝溶胶的生产成本，但是溶胶的纯度较低。
粉体分散法制备氧化铝溶胶省去了水解步骤，过程简单，且原料均为工业产品，价格便宜，便于储存，易于实现工业化。但是，原料中常含有杂质，制备的铝溶胶的纯度相对较低。
当今工业的发展和生产过程中的环保要求日趋严格，越来越注重反应过程的原子经济性，因而寻求一种新的节能、环保和高效的铝溶胶生产方法变得越发重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色环保的铝溶胶生产方法，该方法在整个生产过程中不产生或基本不产生废弃排放物，而且制备的铝溶胶产品质量好。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种铝溶胶的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)将铝源与酸接触，得到含有铝盐的溶液；
(2)将含有铝盐的溶液与碱接触，得到含盐铝溶胶；
(3)将含盐铝溶胶进行普通电渗析，得到脱盐铝溶胶以及回收盐；
(4)将所述回收盐进行双极膜电渗析，分别得到回收酸和回收碱，将至少部分回收酸循环用于步骤(1)，将至少部分回收碱循环用于步骤(2)。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种铝溶胶生产系统，该系统包括中和反应单元、成胶反应单元、普通电渗析单元、双极膜电渗析单元、以及可选的提浓单元，
在中和反应单元中，将铝源与酸接触，得到含有铝盐的溶液；
所述成胶反应单元的原料入口与所述中和反应单元的含有铝盐的溶液输出端口连通，用于将含有铝盐的溶液与碱接触，得到含盐铝溶胶；
所述普通电渗析单元采用的电渗析器的膜堆具有至少一个膜单元，所述膜单元中的膜为阴离子交换膜和阳离子交换膜，所述阴离子交换膜和所述阳离子交换膜间隔排列，将所述膜单元的内部空间分隔成淡化室和浓缩室，所述淡化室与所述成胶反应单元的含盐铝溶胶输出端口连通，用于将含盐铝溶胶进行普通电渗析，得到脱盐铝溶胶以及回收盐；
所述双极膜电渗析单元采用的双极膜电渗析器的膜堆具有至少一个膜单元，所述膜单元中的膜为双极膜、阴离子交换膜以及阳离子交换膜，所述双极膜、所述阴离子交换膜以及所述阳离子交换膜将所述膜单元的内部空间分隔成酸室、盐室和碱室，所述盐室位于所述酸室和所述碱室之间，所述盐室与所述普通电渗析单元的回收盐输出端口连通，所述酸室与所述中和反应单元连通，所述碱室与所述成胶反应单元连通，所述双极膜电渗析单元用于将所述回收盐进行双极膜电渗析，分别得到回收酸和回收碱，将至少部分回收酸循环用于所述中和反应单元，将至少部分回收碱循环用于所述成胶反应单元；
所述提浓单元与所述普通电渗析单元的脱盐铝溶胶输出端口连通，用于脱除脱盐铝溶胶中的部分溶剂。
根据本发明的铝溶胶生产方法和生产系统具有如下优点：
(1)采用的原料价格低廉，原料利用率高，因而生产成本低；
(2)制备的铝溶胶的质量好，纯度高，杂质含量低，并且具有较高的碱基度；
(3)整个生产过程绿色环保，不产生或基本不产生废弃物；
(4)整个生产过程条件温和，反应温度低且反应周期短。
附图说明
图1用于说明根据本发明的铝溶胶生产方法和生产系统涉及的普通电渗析的一种优选实施方式。
图2用于说明根据本发明的铝溶胶生产方法和生产系统涉及的双极膜电渗析的一种优选实施方式。
图3用于说明根据本发明的铝溶胶生产方法和生产系统的一种优选实施方式。
附图标记说明
1：阳离子交换膜 2：阴离子交换膜
3：双极膜 101：阴极
102：阳极 103：阴极室
104：阳极室 105：淡化室
106：浓缩室 201：阴极
202：阳极 203：阴极室
204：阳极室 205：盐室
206：酸室 207：碱室
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种铝溶胶的生产方法，该方法包括步骤(1)：将铝源与酸接触，得到含有铝盐的溶液。
所述铝源可以为能与酸发生中和反应生成铝盐的物质。具体地，所述铝源可以为铝的氧化物(如，氧化铝)和/或铝的氢氧化物(如，氢氧化铝)。所述铝源可以为各种来源的含有铝的氧化物和/或铝的氢氧化物的物质，如从矿物中分离出的铝的氧化物和/或铝的氢氧化物、从含铝废料中分离出的铝的氧化物和/或铝的氢氧化物、或者它们的混合物。
所述酸可以为能与铝源发生反应，形成铝盐的物质。所述酸可以为无机酸和/或有机酸。所述酸的具体实例可以包括但不限于HCl、H2SO4、HNO3和甲酸中的一种或两种以上的组合。优选地，所述酸为HCl和/或HNO3，这样能进一步提高最终制备的铝溶胶的碱基度。更优选地，所述酸为HCl。在实际操作过程中，可以将酸配制成酸的水溶液后与铝源接触。一般地，酸的水溶液中酸的浓度可以为5-30重量％，更优选为10-20重量％。
所述酸的用量可以根据铝源的用量进行选择，以足以将铝源转化为铝盐为准。一般地，铝源与酸的摩尔比可以为1：1-6，优选为1：1.1-4，更优选为1：1.2-3.5，所述铝源以铝元素计。
可以将铝源和酸在常规条件下进行接触。一般地，可以将铝源和酸在20-99℃、优选50-98℃、更优选70-98℃、进一步优选80-95℃的温度下进行接触。所述接触的持续时间以足以将铝源转化为铝盐为准，一般地，所述接触的持续时间可以为1-30小时，优选为2-15小时，更优选为3-8小时。从进一步提高接触反应的均匀性的角度出发，所述接触优选在伴随搅拌的条件下进行。
根据本发明的铝溶胶的生产方法，包括步骤(2)：将含有铝盐的溶液与碱接触，得到含盐铝溶胶。
可以将步骤(1)制备的含有铝盐的溶液不经处理直接用于步骤(2)。在一种优选的实施方式中，从步骤(1)制备的含有铝盐的溶液中分离除去固相物质后用于步骤(2)。可以采用常规方法从含有铝盐的溶液中分离除去固相物质，例如可以为过滤、离心、沉降中的一种或两种以上的组合。
所述碱可以为足以将步骤(1)生成的铝盐转变成为铝溶胶的碱性物质。所述碱可以为碱金属氢氧化物和/或氨水，其具体实例可以包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾和氨水(NH3·H2O)中的一种或两种以上的组合。所述碱通常以水溶液的形式提供。水溶液中碱的浓度可以根据碱的类型进行选择，例如：对于碱金属氢氧化物，其浓度可以为5-20重量％，优选为12-18重量％；对于氨水，其浓度可以为5-20重量％，优选为10-15重量％。
所述碱的用量可以根据铝盐的用量进行选择。一般地，所述铝盐与碱的摩尔比可以为1：2-3，优选为1：2-2.8，更优选为1：2-2.5，所述铝盐以铝元素计。
铝盐与碱可以在常规条件下进行接触，以足以将铝盐转变成为铝溶胶为准。具体地，可以将铝盐与碱在50-100℃、优选70-99℃、更优选80-99℃、进一步优选90-98℃的温度下进行接触。所述接触的时持续时间一般可以为1-2.5小时，优选为2-2.5小时。
根据本发明的铝溶胶的生产方法，包括步骤(3)：将含盐铝溶胶进行普通电渗析，得到脱盐铝溶胶以及回收盐，将所述脱盐铝溶胶作为铝溶胶产品，或者脱除脱盐铝溶胶中的部分溶剂后作为铝溶胶产品。本发明中，将采用的电渗析器的膜堆不含双极膜的电渗析称为普通电渗析(本文中，有时也简称为电渗析)，将采用的电渗析器的膜堆含有双极膜的电渗析称为双极膜电渗析。
可以将步骤(2)得到的含盐铝溶胶直接送入步骤(3)中进行电渗析处理。
步骤(3)采用普通电渗析对含盐铝溶胶进行脱盐处理，得到脱盐铝溶胶以及回收盐。所述普通电渗析采用的电渗析器可以为常见的能够实现上述处理过程的电渗析器。
在一种优选实施方式中，所述普通电渗析采用的电渗析器的膜堆具有至少一个膜单元。如图1所示，所述膜单元中的膜为阳离子交换膜1和阴离子交换膜2，阳离子交换膜1和阴离子交换膜2间隔排列，将所述膜单元的内部空间分隔成淡化室105和浓缩室106。在进行电渗析时，所述含盐铝溶胶进入淡化室105，水进入浓缩室106，在电渗析过程中，铝盐产生的阳离子和阴离子分别通过阳离子交换膜1和阴离子交换膜2进入浓缩室中，铝溶胶则保留在淡化室中，从而由淡化室105得到脱盐铝溶胶，由浓缩室106得到回收盐的溶液。
图1示例性地画出了一个膜单元的构造，但是本领域技术人员可以理解的是，膜堆可以具有多个图1示出的膜单元，通常可以为1-200个膜单元，优选为2-100个膜单元，更优选为3-50个膜单元，进一步优选为5-30个膜单元，如8-15个膜单元。
所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜可以为常规选择，可以为均相离子交换膜，也可以为非均相离子交换膜，还可以为均相离子交换膜和非均相离子交换膜的组合。优选地，所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜各自为均相离子交换膜，更优选各自为苯乙烯型均相离子交换膜。
如图1所示，普通电渗析器中，阳离子交换膜1和阴离子交换膜2间隔排列在阴极101和阳极102之间。通常情况下，与阴极101相邻的离子交换膜为阳离子交换膜，阴极101与相邻的阳离子交换膜形成的腔室为阴极室103；与阳极102相邻的离子交换膜为阴离子交换膜，阳极102与相邻的阴离子交换膜形成的腔室为阳极室104。在进行电渗析时，向阴极室103和阳极室104中送入极液。
所述极液为电解质的水溶液。所述电解质可以为无机电解质和/或有机电解质，其具体实例可以包括但不限于硫酸铵、硫酸钠、硝酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、硝酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾、甲酸、乙酸、甲酸钠、甲酸钾和季铵型电解质中的一种或两种以上。优选地，所述电解质为无机电解质。更优选地，所述电解质为硫酸钠和/或硫酸铵。进一步优选地，所述电解质的阳离子与含盐铝溶胶中的盐的阳离子为相同。
在普通电渗析中，进入阴极室和阳极室的极液中电解质的种类和含量可以为相同，也可以为不同。从操作简便性的角度出发，进入阴极室和阳极室的极液中电解质的种类和含量为相同。一般地，所述极液中电解质的含量可以为1-15重量％，优选为3-10重量％。
在普通电渗析的过程中，电流密度可以为5-1000安培/平方米，优选为10-500安培/平方米，更优选为12-200安培/平方米，进一步优选为15-100安培/平方米，如15-40安培/平方米。可以通过控制给膜堆施加的电压的大小来控制电流密度的大小。
本发明的发明人在研究过程中发现，在进行普通电渗析时，进行一段时间的电渗析后，电渗析器的内阻增大，以致无法进行正常的电渗析，需要停机检修。经过分析发现，造成电渗析器内阻增大的原因主要是靠近阴极的阳离子交换膜面向淡化室一侧的膜表面结垢严重。针对该现象，本发明的发明人进行了深入的研究，发现在电渗析的过程中，如果将进入阴极室的极液中电解质的含量控制为5-7重量％，同时在电渗析过程中控制电流密度为20-35安培/平方米，不仅能维持较高的电渗析效率，而且能有效地抑制靠近阴极的阳离子交换膜面向淡化室一侧的膜表面的结垢趋势，减少停机检修的频率。此时，从操作简便性的角度出发，可以将进入阳极室的极液中电解质的含量也控制为5-7重量％。
在普通电渗析过程中，进入淡化室的含盐铝溶胶的温度可以为5-35℃，优选为20-30℃。进行普通电渗析的含盐铝溶胶中铝的含量可以为1-30重量％，优选为1.5-15重量％，所述铝以Al2O3计。在兼顾操作效率的前提下，从进一步提高普通电渗析得到的脱盐铝溶胶的盐含量，并进一步延长普通电渗析器的使用寿命的角度出发，进行普通电渗析的含盐铝溶胶中铝的含量优选为2-8重量％，更优选为2.5-5重量％。
步骤(3)中，普通电渗析器的数量可以为一个，也可以为两个以上的组合。在普通电渗析器的数量为两个以上时，普通电渗析器之间可以为串联连接，也可以为并联连接，还可以为串联和并联的组合。串联连接是指多个电渗析器以首尾相接的方式连接在一起构成流体的流动路线，位于上游的电渗析器输出的脱盐铝溶胶接着进入下游与其直接相接的电渗析器中继续进行电渗析，从而实现多级电渗析。并联连接是指多个电渗析器的含盐铝溶胶来源相同，构成相互之间没有物流联系但具有相同来源的支流的形式，从而实现多机并行处理，提高装置的处理量。串联和并联组合使用，是指将多个电渗析器组合使用时，将并联与串联混用，作为串联和并联组合使用的一个实例，可以设置多组电渗析器，每组之间为并联连接，每组内为串联连接，这样既能实现多级电渗析，又能获得较高的处理量。
根据本发明的铝溶胶生产方法，步骤(3)得到的脱盐铝溶胶中的盐含量低(通常地，步骤(3)得到的脱盐铝溶胶中的盐的质量含量为200ppm以下)，可以作为铝溶胶产品直接输出，也可以脱除脱盐铝溶胶中的部分溶剂后，作为铝溶胶产品输出。
根据本发明的铝溶胶的生产方法，可以采用常规方法脱除脱盐铝溶胶中的部分溶剂，从而对脱盐铝溶胶进行提浓，例如，可以采用蒸发的方法脱除脱盐铝溶胶中的部分溶剂，所述蒸发可以在50-150℃的温度下进行，优选在70-120℃的温度下进行，更优选在80-95℃的温度下进行。溶剂的脱除量可以根据铝溶胶的具体使用场合进行选择。一般地，以氧化铝(即，Al2O3)计，铝溶胶产品中铝的含量一般控制为10-30重量％，优选控制为15-25重量％，该铝溶胶特别适于作为催化剂的粘结剂。
根据本发明的铝溶胶的生产方法，制备得到的铝溶胶产品具有较高的碱基度，通常在1.5-3的范围内，优选在1.7-2.5的范围内。
根据本发明的铝溶胶的生产方法，包括步骤(4)：将所述回收盐进行双极膜电渗析，分别得到回收酸和回收碱，将至少部分回收酸循环用于步骤(1)，将至少部分回收碱循环用于步骤(2)。
双极膜电渗析采用的双极膜电渗析器可以为二隔室双极膜电渗析器，也可以为三隔室双极膜电渗析器。
作为二隔室双极膜电渗析器的一个实例，所述双极膜电渗析器的膜堆的膜单元含有间隔排列的双极膜和阴离子交换膜，所述双极膜的阴离子交换层与阴离子交换膜之间的隔室为碱室，所述双极膜的阳离子交换层与阴离子交换膜之间的隔室为酸室。在进行双极膜电渗析时，回收盐进入碱室，水进入酸室，由回收盐形成的阴离子通过阴离子交换膜进入酸室中，与双极膜电解水产生的氢离子(H+)结合生成回收酸，由回收盐形成的阳离子则在碱室中，与双极膜电解水产生的氢氧根离子(OH-)结合形成回收碱。
作为二隔室双极膜电渗析器的另一个实例，所述双极膜电渗析器的膜堆的膜单元含有间隔排列的双极膜和阳离子交换膜，所述双极膜的阳离子交换层与阳离子交换膜之间的隔室为酸室，所述双极膜的阴离子交换层与阳离子交换膜之间的隔室为碱室。在进行双极膜电渗析时，回收盐进入酸室，水进入碱室，由回收盐形成的阳离子通过阳离子交换膜进入碱室中，与双极膜电解水产生的氢氧根离子结合形成回收碱，由回收盐形成的阴离子则在酸室中与双极膜电解水产生的氢离子结合生成回收酸。
在一种优选的实施方式中，如图2所示，所述双极膜电渗析器的膜堆的膜单元中的膜为双极膜3、阴离子交换膜2以及阳离子交换膜1，双极膜3被阴离子交换膜2和阳离子交换膜1两两隔开，将所述膜单元的内部空间分隔成酸室206、盐室205和碱室207，盐室205位于酸室206和碱室207之间，其中，相邻的阴离子交换膜2和阳离子交换膜1之间的隔室为盐室205，双极膜3的阳离子交换层与阴离子交换膜2之间的隔室为酸室206，双极膜3的阴离子交换层与阳离子交换膜1之间的隔室为碱室207。进行电渗析时，回收盐进入盐室205，水分别进入酸室206和碱室207中，在电场的作用下，盐室205内的回收盐形成的阳离子通过阳离子交换膜1进入碱室207中，与双极膜3电解水形成的氢氧根离子结合，生成回收碱；回收盐形成的阴离子通过阴离子交换膜2进入酸室206中，与双极膜3电解水形成的氢离子结合，生成回收酸。双极膜电渗析的盐室输出的水可以作为普通电渗析的浓缩室、双极膜电渗析的以水作为进料的腔室(如三隔室双极膜电渗析器的酸室和碱室)的进水循环利用。
图2示例性地画出了三隔室双极膜电渗析器的一个膜单元的构造，但是本领域技术人员可以理解的是，双极膜电渗析器的膜堆可以具有多个图2示出的膜单元，通常可以为1-200个膜单元，优选为2-100个膜单元，更优选为3-50个膜单元，进一步优选为5-30个膜单元，如8-15个膜单元。
步骤(4)中，双极膜电渗析器的数量可以为一个，也可以为两个以上的组合。在双极膜电渗析器的数量为两个以上时，双极膜电渗析器之间可以为串联连接，也可以为并联连接，还可以为串联和并联的组合。串联连接是指多个双极膜电渗析器以首尾相接的方式连接在一起构成流体的流动路线，位于上游的双极膜电渗析器的盐室输出的料液接着进入下游与其直接相接的双极膜电渗析器中继续进行双极膜电渗析，从而实现多级双极膜电渗析。并联连接是指多个双极膜电渗析器的回收盐来源相同，构成相互之间没有物流联系但具有相同来源的支流的形式，从而实现多机并行处理，提高装置的处理量。串联和并联组合使用，是指将多个双极膜电渗析器组合使用时，将并联与串联混用，作为串联和并联组合使用的一个实例，可以设置多组双极膜电渗析器，每组之间为并联连接，每组内为串联连接，这样既能实现多级双极膜电渗析，又能获得较高的处理量。
在双极膜电渗析的过程中，向双极膜电渗析器的阴极室和阳极室中通入极液。通入阴极室和阳极室的极液中电解质的种类可以为相同，也可以为不同，优选为相同。所述极液中的电解质可以为无机电解质和/或有机电解质，其具体实例可以包括但不限于硫酸铵、硫酸钠、硝酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、硝酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾、甲酸、乙酸、甲酸钠、甲酸钾和季铵型电解质中的一种或两种以上。优选地，所述电解质为无机电解质。更优选地，所述电解质为硫酸钠和/或硫酸铵。进一步优选地，所述电解质的阳离子与回收盐的阳离子为相同。
通入双极膜电渗析器的阴极室和阳极室的极液中电解质的含量可以为相同，也可以为不同，优选为相同。一般地，所述极液中电解质的含量可以为1-10重量％，优选为3-8重量％。
步骤(4)中，双极膜电渗析可以在足以使得回收盐形成回收酸和回收碱的条件下进行。一般地，在双极膜电渗析的过程中，电压可以为5-30V，优选为8-25V，更优选为10-20V。在双极膜电渗析的过程中，通入盐室的含有回收盐的溶液的温度可以为10-60℃，优选为15-40℃，更优选为20-30℃。
根据本发明的铝溶胶的生产方法，双极膜电渗析得到的回收酸可以循环用于步骤(1)，双极膜电渗析得到的回收碱可以循环用于步骤(2)，因而根据本发明的铝溶胶的生产方法没有或基本没有废弃排放物，实现绿色环保生产。双极膜电渗析得到的回收酸的溶液以及回收碱的溶液可以直接循环，也可以进行浓缩之后进行循环。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种铝溶胶生产系统，该系统包括中和反应单元、成胶反应单元、普通电渗析单元、双极膜电渗析单元、以及可选的提浓单元。
在中和反应单元中，将铝源与酸接触，得到含有铝盐的溶液。所述铝源和所述酸的种类、相对用量以及接触反应的条件在前文已经进行了详细的说明，此处不再详述。
所述中和单元可以设置常规的中和反应器，将铝源和酸接触反应。所述中和反应器可以为连续式反应器，也可以为间歇式反应器，还可以为连续式反应器和间歇式反应器的组合。在一个实例中，所述中和反应器为釜式反应器。
所述中和反应单元优选设置有固液分离子单元，用于将中和反应器输出的反应混合物进行固液分离，并将分离出的液相送入成胶反应单元中与碱接触进行成胶反应。所述固液分离子单元可以采用常规的固液分离装置，如过滤装置、离心装置、沉降装置中的一种或两种以上的组合。
所述成胶反应单元的原料入口与所述中和反应单元的含有铝盐的溶液输出端口连通(在所述中和反应单元设置固液分离子单元时，通过所述固液分离子单元的液相物料输出端口与成胶反应单元的原料入口连通)，用于将含有铝盐的溶液与碱接触，得到含盐铝溶胶。所述碱的种类、铝盐与碱的相对用量以及接触反应的条件在前文已经进行了详细的说明，此处不再详述。
所述成胶反应单元可以采用常规的成胶反应器，例如釜式反应器。
所述普通电渗析单元与所述成胶反应单元的含盐铝溶胶输出端口连通，用于将含盐铝溶胶进行普通电渗析，得到脱盐铝溶胶以及回收盐。
所述普通电渗析单元采用的电渗析器可以为常见的能够实现上述处理过程的电渗析器。在一种优选实施方式中，所述普通电渗析采用的电渗析器的膜堆具有至少一个如图1所示的膜单元。
所述普通电渗析单元中，电渗析器的数量可以为一个，也可以为两个以上的组合。在电渗析器的数量为两个以上时，电渗析器之间可以为串联连接，也可以为并联连接，还可以为串联和并联的组合。
所述普通电渗析单元中，可以设置电压控制子单元，用于对普通电渗析器施加的电压进行调节，从而控制普通电渗析过程中的电流密度。
在实际操作过程中，可以设置与普通电渗析器连通的铝溶胶储罐，使得含盐铝溶胶在储罐和普通电渗析器之间建立循环，对储罐中的铝溶胶的盐含量进行检测，直至铝溶胶中的盐含量满足要求时，停止普通电渗析并输出，例如送至提浓单元中。
所述双极膜电渗析单元与所述普通电渗析单元的回收盐输出端口连通，用于将所述回收盐进行双极膜电渗析，分别得到回收酸和回收碱，将至少部分回收酸循环用于所述中和反应单元，将至少部分回收碱循环用于所述成胶反应单元。
所述双极膜电渗析单元可以采用常规的能实现上述功能的双极膜电渗析器，如前文所述的二隔室双极膜电渗析器。在一种优选的实施方式中，所述双极膜电渗析器采用如图2所示的三隔室双极膜电渗析器，三隔室双极膜电渗析器的盐室与所述普通电渗析单元的回收盐输出端口连通。双极膜电渗析器的盐室输出的水可以作为普通电渗析器的浓缩室的进水循环利用，也可以作为双极膜电渗析器以水作为进水的腔室，例如三隔室双极膜电渗析器的酸室和碱室。
所述双极膜电渗析单元中，双极膜电渗析器的数量可以为一个，也可以为两个以上的组合。在双极膜电渗析器的数量为两个以上时，双极膜电渗析器之间可以为串联连接，也可以为并联连接，还可以为串联和并联的组合。
所述双极膜电渗析单元中，可以设置电压控制子单元，用于对双极膜电渗析器施加的电压进行调节，从而控制双极膜电渗析过程中的电流密度。
图3示出了根据本发明的铝溶胶生产方法和铝溶胶生产系统的一种优选实施方式。以下结合图3对该优选实施方式进行详细说明。
如图3所示，铝源进入中和反应单元中与酸接触反应，得到含有铝盐的溶液；含有铝盐的溶液可选地进行固液分离除去其中的固相后，进入成胶反应单元中与碱接触，得到含盐铝溶胶。
含盐铝溶胶接着进入普通电渗析器中进行脱盐，得到脱盐铝溶胶，所述普通电渗析器的膜单元中的膜为间隔排列的阳离子交换膜和阴离子交换膜，如图3所示，含盐铝溶胶进入普通电渗析器的淡化室中，并由淡化室输出脱盐铝溶胶，由浓缩室得到回收盐。如图3所示，脱盐铝溶胶在循环罐和普通电渗析器的淡化室之间进行循环，在循环罐中铝溶胶的盐含量为不高于预定值时，将脱盐铝溶胶送入提浓单元中，脱除其中部分溶剂，从而得到铝溶胶产品，并将其送入贮存罐中准备输出。
由普通电渗析器的浓缩室输出的回收盐溶液接着进入双极膜电渗析单元中进行双极膜电渗析，得到回收酸和回收碱。所述双极膜电渗析单元优选采用三隔室双极膜电渗析器，如图3所示，将普通电渗析器输出的回收盐溶液送入双极膜电渗析器的盐室中，由所述双极膜电渗析器的酸室得到回收酸液，由所述双极膜电渗析器的碱室得到回收碱液。
所述回收酸液可以循环送入中和反应单元中作为酸使用，所述回收碱液可以循环送入成胶反应单元中作为碱使用。所述回收酸液和所述回收碱液可以直接循环至中和反应单元和成胶反应单元，也可以在循环至中和反应单元和成胶反应单元之前进行浓缩。双极膜电渗析器的盐室输出的水可以作为普通电渗析器的浓缩室的进水，也可以作为双极膜电渗析器的酸室和碱室的进水。
以下结合实施例详细说明本发明，但并不因此限制本发明的范围。
以下实施例中，采用RIPP34-90中规定的方法测定制备的铝溶胶产品中铝的含量和碱基度，采用pH计(购自梅特勒-托利多)测定铝溶胶产品的pH值。
实施例1-15用于说明本发明。
实施例1
本实施例采用图3示出的生产系统，具体操作流程如下。
(1)中和反应
将浓度为32重量％的工业盐酸添加到中和反应器中，在环境温度(为25℃，下同)下加水稀释至浓度为20重量％。然后，加入氢氧化铝粉体，将反应器的温度升高至95℃，伴随搅拌(搅拌速率为350rpm)，恒温3h后，将反应器的温度降至环境温度。将反应液过滤，得到浓度为20重量％的氯化铝溶液。其中，氢氧化铝与HCl的摩尔比为1：3.2。
(2)成胶反应
伴随搅拌，在环境温度下，将816g浓度为15重量％氢氧化钠水溶液缓慢添加到877g步骤(1)制备的氯化铝溶液中。伴随搅拌，将反应液的温度升高至98℃，并在该温度下搅拌反应2小时后，将反应液冷却至环境温度，得到浓度为4.1重量％(以Al2O3计)的含盐铝溶胶。
(3)普通电渗析
步骤(2)得到的含盐铝溶胶贮存在循环罐中，并由循环罐通入普通电渗析的淡化室中，同时向普通电渗析器的浓缩室中通入去离子水，向普通电渗析器的阴极室和阳极室中通入极液(其中，极液中的电解质为硫酸钠，极液中电解质的含量为5重量％)，进行普通电渗析。其中，普通电渗析器的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜和阴离子交换膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在电渗析过程中，控制电流密度为35mA/cm2，温度为20℃，将普通电渗析器的淡化室与循环罐连通，共进行1小时的普通电渗析，得到脱盐铝溶胶(以Al2O3计，铝的含量为9.6重量％，盐的质量含量为200ppm以下)以及作为回收盐的氯化钠溶液。
普通电渗析器在该条件下运行20小时后，效率下降，停机检修发现，与阴极相邻的阳离子交换膜表面结垢，更换与阴极相邻的阳离子交换膜后，电渗析器恢复正常运行。
(4)双极膜电渗析
将步骤(3)得到的回收盐氯化钠溶液送入双极膜电渗析器的盐室中，同时向双极膜电渗析器的酸室和碱室中送入去离子水，向双极膜电渗析器的阴极室和阳极室中送入极液(其中，极液中的电解质为硫酸钠，极液中电解质的含量为5重量％)，进行0.5小时的双极膜电渗析，由酸室得到作为回收酸的盐酸，由碱室得到作为回收碱的氢氧化钠水溶液。将盐酸浓缩至浓度为20重量％后循环送入步骤(1)中，将氢氧化钠水溶液浓缩至浓度为15重量％后循环送入步骤(2)中。其中，双极膜电渗析器的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在双极膜电渗析过程中，电压恒定为20V，送入双极膜电渗析器的回收氯化钠溶液的温度为20℃。
(5)提浓
将步骤(3)得到的脱盐铝溶胶在85℃的温度下搅拌2h，以脱除部分水，得到浓度为21.5重量％(以Al2O3计)的铝溶胶产品。经检测，该铝溶胶产品的碱基度为2.33，pH为3.25。在放置过程中样品逐渐变得粘稠，2个月后，样品仍保持流动状态。
实施例2
采用与实施例1相同的方法进行普通电渗析，不同的是，向普通电渗析器的阴极室通入的极液中电解质的含量为3重量％，向阳极室通入的极液中电解质的含量与实施例1相同。结果，普通电渗析器在该条件下运行8小时后，内阻增大，无法进行正常电渗析，停机检修发现，与阴极相邻的阳离子交换膜表面结垢严重，更换与阴极相邻的阳离子交换膜后，电渗析器恢复正常运行。
实施例3
采用与实施例1相同的方法进行普通电渗析，不同的是，向普通电渗析器的阴极室和阳极室通入的极液中电解质的含量为3重量％。结果，普通电渗析在该条件下运行8小时后，效率下降，停机检修发现，与阴极相邻的阳离子交换膜表面结垢，更换与阴极相邻的阳离子交换膜后，电渗析器恢复正常运行。
实施例4
采用与实施例1相同的方法进行普通电渗析，不同的是，在普通电渗析过程中，控制电流密度为40mA/cm2。结果，普通电渗析在该条件下运行9小时后，效率下降，停机检修发现，与阴极相邻的阳离子交换膜表面结垢，更换与阴极相邻的阳离子交换膜后，电渗析器恢复正常运行。
实施例5
采用与实施例1相同的方法进行普通电渗析，不同的是，向普通电渗析器的阴极室通入的极液中电解质的含量为3重量％，向阳极室通入的极液中电解质的含量与实施例1相同，在普通电渗析过程中，控制电流密度为40mA/cm2。结果，普通电渗析器在该条件下运行7小时后，效率下降，停机检修发现，与阴极相邻的阳离子交换膜表面结垢，更换与阴极相邻的阳离子交换膜后，电渗析器恢复正常运行。
实施例6
本实施例采用图3示出的生产系统，具体操作流程如下。
(1)中和反应
将浓度为32重量％的工业盐酸添加到中和反应器中，在环境温度(为25℃)下加水稀释至浓度为15重量％。然后，加入氢氧化铝粉体，将反应器的温度升高至90℃，伴随搅拌(搅拌速率为350rpm)，恒温5h后，将反应器的温度降至环境温度。将反应液过滤，得到浓度为20重量％的氯化铝溶液。其中，氢氧化铝与HCl的摩尔比为1：3.2。
(2)成胶反应
伴随搅拌，在环境温度下，将347g浓度为15重量％氨水缓慢添加到877g步骤(1)制备的氯化铝溶液中。伴随搅拌，将反应液的温度升高至90℃，并在该温度下搅拌反应2.5小时后，将反应液冷却至环境温度，得到浓度为4.24重量％(以Al2O3计)的含盐铝溶胶。
(3)普通电渗析
步骤(2)得到的含盐铝溶胶贮存在循环罐中，并由循环罐通入普通电渗析的淡化室中，同时向普通电渗析器的浓缩室中通入去离子水，向普通电渗析器的阴极室和阳极室中通入极液(其中，极液中的电解质为硫酸铵，极液中电解质的含量为7重量％)，进行普通电渗析。其中，普通电渗析器的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜和阴离子交换膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在电渗析过程中，控制电流密度为20mA/cm2，温度为30℃，将普通电渗析器的淡化室与循环罐连通，共进行1.2小时的普通电渗析，得到脱盐铝溶胶(以Al2O3计，铝的含量为9.8重量％，盐的质量含量为200ppm以下)以及作为回收盐的氯化铵溶液。
普通电渗析器在该条件下运行21小时后，效率下降，停机检修发现，与阴极相邻的阳离子交换膜表面结垢，更换与阴极相邻的阳离子交换膜后，电渗析器恢复正常运行。
(4)双极膜电渗析
将步骤(3)得到的回收盐氯化铵溶液送入双极膜电渗析器的盐室中，同时向双极膜电渗析器的酸室和碱室中送入去离子水，向双极膜电渗析器的阴极室和阳极室中送入极液(其中，极液中的电解质为硫酸铵，极液中电解质的含量为5重量％)，进行0.5小时的双极膜电渗析，由酸室得到作为回收酸的盐酸，由碱室得到作为回收碱的氨水。将盐酸浓缩至浓度为15重量％后循环送入步骤(1)中，将氨水浓缩至浓度为15重量％后循环送入步骤(2)中。其中，普通电渗析的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在双极膜电渗析过程中，电压恒定为20V，送入双极膜电渗析器的回收氯化铵溶液的温度为20℃。
(5)提浓
将步骤(3)得到的脱盐铝溶胶在85℃的温度下，搅拌2h，以脱除部分水，得到浓度为21.5重量％(以Al2O3计)的铝溶胶产品。经检测，该铝溶胶产品的碱基度为2.33，pH为3.26。在放置过程中样品逐渐变得粘稠，2个月后，样品仍保持流动状态。
实施例7
采用与实施例6相同的方法进行普通电渗析，不同的是，向普通电渗析器的阴极室通入的极液中电解质的含量为10重量％，向普通电渗析器的阳极室通入的极液中电解质的含量与实施例1相同。结果，普通电渗析器在该条件下运行6小时后，效率下降，停机检修发现，与阴极相邻的阳离子交换膜表面结垢，更换与阴极相邻的阳离子交换膜后，电渗析器恢复正常运行。
实施例8
采用与实施例6相同的方法进行普通电渗析，不同的是，在普通电渗析过程中，控制电流密度为15mA/cm2，每次需进行2.3小时的普通电渗析，才能得到盐的质量含量为200ppm以下的脱盐铝溶胶。
实施例9
采用与实施例6相同的方法进行普通电渗析，不同的是，向普通电渗析器的阴极室通入的极液中电解质的含量为10重量％，向普通电渗析器的阳极室通入的极液中电解质的含量与实施例1相同，在普通电渗析过程中，控制电流密度为15mA/cm2，每次需进行2小时的普通电渗析，才能得到盐的质量含量为200ppm以下的脱盐铝溶胶。
实施例10
本实施例采用图3示出的生产系统，具体操作流程如下。
(1)中和反应
将浓度为32重量％的工业盐酸添加到中和反应器中，在环境温度(为25℃)下加水稀释至浓度为10重量％。然后，加入氢氧化铝粉体，将反应器的温度升高至85℃，伴随搅拌(搅拌速率为350rpm)，恒温8h后，将反应器的温度降至环境温度。将反应液过滤，得到浓度为15重量％的氯化铝溶液。其中，氢氧化铝与HCl的摩尔比为1：3.5。
(2)成胶反应
伴随搅拌，在环境温度下，将520.8g浓度为10重量％氨水缓慢添加到1178.0g步骤(1)制备的氯化铝溶液中。伴随搅拌，将反应液的温度升高至98℃，并在该温度下搅拌反应2小时后，将反应液冷却至环境温度，得到浓度为4.00重量％(以Al2O3计)的含盐铝溶胶。
(3)普通电渗析
步骤(2)得到的含盐铝溶胶贮存在循环罐中，并由循环罐通入普通电渗析的淡化室中，同时向普通电渗析器的浓缩室中通入去离子水，向普通电渗析器的阴极室和阳极室中通入极液(其中，极液中的电解质为硫酸铵，极液中电解质的含量为6重量％)，进行普通电渗析。其中，普通电渗析器的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜和阴离子交换膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在电渗析过程中，控制电流密度为30mA/cm2，温度为20℃，将普通电渗析器的淡化室与循环罐连通，共进行1.2小时的普通电渗析，得到脱盐铝溶胶(以Al2O3计，铝的含量为12.2重量％，盐的质量含量为200ppm以下)以及作为回收盐的氯化铵溶液。
(4)双极膜电渗析
将步骤(3)得到的回收盐氯化铵溶液送入双极膜电渗析器的盐室中，同时向双极膜电渗析器的酸室和碱室中送入去离子水，向双极膜电渗析器的阴极室和阳极室中送入极液(其中，极液中的电解质为硫酸铵，极液中电解质的含量为3重量％)，进行0.8小时的双极膜电渗析，由酸室得到作为回收酸的盐酸，由碱室得到作为回收碱的氨水。将盐酸浓缩至浓度为10重量％后循环送入步骤(1)中，将氨水浓缩至浓度为10重量％后循环送入步骤(2)中。其中，普通电渗析的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在双极膜电渗析过程中，电压恒定为18V，送入双极膜电渗析器的回收氯化铵溶液的温度为30℃。
(5)提浓
将步骤(3)得到的脱盐铝溶胶在85℃的温度下，搅拌2h，以脱除部分水，得到浓度为21.5重量％(以Al2O3计)的铝溶胶产品。经检测，该铝溶胶产品的碱基度为2.33，pH为3.40。在放置过程中样品逐渐变得粘稠，2个月后，样品仍保持流动状态。
实施例11
本实施例采用图3示出的生产系统，具体操作流程如下。
(1)中和反应
将浓度为32重量％的工业盐酸添加到中和反应器中，在环境温度(为25℃)下加水稀释至浓度为15重量％。然后，加入氢氧化铝粉体，将反应器的温度升高至95℃，伴随搅拌(搅拌速率为350rpm)，恒温3h后，将反应器的温度降至环境温度。将反应液过滤，得到浓度为20重量％的氯化铝溶液。其中，氢氧化铝与HCl的摩尔比为1：1.3。
(2)成胶反应
伴随搅拌，在环境温度下，将816.0g浓度为15重量％氢氧化钠水溶液缓慢添加到876.7g步骤(1)制备的氯化铝溶液中。伴随搅拌，将反应液的温度升高至98℃，并在该温度下搅拌反应2小时后，将反应液冷却至环境温度，得到浓度为4.00重量％(以Al2O3计)的含盐铝溶胶。
(3)普通电渗析
步骤(2)得到的含盐铝溶胶贮存在循环罐中，并由循环罐通入普通电渗析的淡化室中，同时向普通电渗析器的浓缩室中通入去离子水，向普通电渗析器的阴极室和阳极室中通入极液(其中，极液中的电解质为硫酸钠，极液中电解质的含量为6重量％)，进行普通电渗析。其中，普通电渗析器的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜和阴离子交换膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在电渗析过程中，控制电流密度为30mA/cm2，温度为30℃，将普通电渗析器的淡化室与循环罐连通，共进行1.3小时的普通电渗析，得到脱盐铝溶胶(以Al2O3计，铝的含量为9.3重量％，盐的质量含量为200ppm以下)以及作为回收盐的氯化钠溶液。
(4)双极膜电渗析
将步骤(3)得到的回收盐氯化钠溶液送入双极膜电渗析器的盐室中，同时向双极膜电渗析器的酸室和碱室中送入去离子水，向双极膜电渗析器的阴极室和阳极室中送入极液(其中，极液中的电解质为硫酸钠，极液中电解质的含量为5重量％)，进行0.7小时的双极膜电渗析，由酸室得到作为回收酸的盐酸，由碱室得到作为回收碱的氢氧化钠水溶液。将盐酸浓缩至浓度为15重量％后循环送入步骤(1)中，将氢氧化钠水溶液浓缩至浓度为15重量％后循环送入步骤(2)中。其中，普通电渗析的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在双极膜电渗析过程中，电压恒定为12V，送入双极膜电渗析器的回收氯化钠溶液的温度为30℃。
(5)提浓
将步骤(3)得到的脱盐铝溶胶在85℃的温度下，搅拌2.3h，以脱除部分水，得到浓度为21.5重量％(以Al2O3计)的铝溶胶产品。经检测，该铝溶胶产品的碱基度为2.33，pH为3.30。在放置过程中样品逐渐变得粘稠，2个月后，样品仍保持流动状态。
实施例12
本实施例采用图3示出的生产系统，具体操作流程如下。
(1)中和反应
将浓度为32重量％的工业盐酸添加到中和反应器中，在环境温度(为25℃)下加水稀释至浓度为18重量％。然后，加入氢氧化铝粉体，将反应器的温度升高至95℃，伴随搅拌(搅拌速率为350rpm)，恒温3h后，将反应器的温度降至环境温度。将反应液过滤，得到浓度为20重量％的氯化铝溶液。其中，氢氧化铝与HCl的摩尔比为1：3.2。
(2)成胶反应
伴随搅拌，在环境温度下，将842.7g浓度为15重量％氢氧化钠水溶液缓慢添加到876.7g步骤(1)制备的氯化铝溶液中。伴随搅拌，将反应液的温度升高至98℃，并在该温度下搅拌反应2小时后，将反应液冷却至环境温度，得到浓度为3.90重量％(以Al2O3计)的含盐铝溶胶。
(3)普通电渗析
步骤(2)得到的含盐铝溶胶贮存在循环罐中，并由循环罐通入普通电渗析的淡化室中，同时向普通电渗析器的浓缩室中通入去离子水，向普通电渗析器的阴极室和阳极室中通入极液(其中，极液中的电解质为硫酸钠，极液中电解质的含量为7重量％)，进行普通电渗析。其中，普通电渗析器的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜和阴离子交换膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在电渗析过程中，控制电流密度为32mA/cm2，温度为30℃，将普通电渗析器的淡化室与循环罐连通，共进行0.8小时的普通电渗析，得到脱盐铝溶胶(以Al2O3计，铝的含量为9.0重量％，盐的质量含量为200ppm以下)以及作为回收盐的氯化钠溶液。
(4)双极膜电渗析
将步骤(3)得到的回收盐氯化钠溶液送入双极膜电渗析器的盐室中，同时向双极膜电渗析器的酸室和碱室中送入去离子水，向双极膜电渗析器的阴极室和阳极室中送入极液(其中，极液中的电解质为硫酸钠，极液中电解质的含量为3重量％)，进行0.6小时的双极膜电渗析，由酸室得到作为回收酸的盐酸，由碱室得到作为回收碱的氢氧化钠水溶液。将盐酸浓缩至浓度为18重量％后循环送入步骤(1)中，将氢氧化钠水溶液浓缩至浓度为15重量％后循环送入步骤(2)中。其中，普通电渗析的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在双极膜电渗析过程中，电压恒定为12V，送入双极膜电渗析器的回收氯化钠溶液的温度为30℃。
(5)提浓
将步骤(3)得到的脱盐铝溶胶在85℃的温度下，搅拌2.4h，以脱除部分水，得到浓度为21.5重量％(以Al2O3计)的铝溶胶产品。经检测，该铝溶胶产品的碱基度为2.40，pH为3.38。在放置过程中样品逐渐变得粘稠，2个月后，样品仍保持流动状态。
实施例13
本实施例采用图3示出的生产系统，具体操作流程如下。
(1)中和反应
将浓度为98重量％的工业硝酸添加到中和反应器中，在环境温度(为25℃)下加水稀释至浓度为10重量％。然后，加入氢氧化铝粉体，将反应器的温度升高至95℃，伴随搅拌(搅拌速率为350rpm)，恒温3h后，将反应器的温度降至环境温度。将反应液过滤，得到浓度为15重量％的硝酸铝溶液。其中，氢氧化铝与HNO3的摩尔比为1：3.0。
(2)成胶反应
伴随搅拌，在环境温度下，将410.0g浓度为10重量％氨水缓慢添加到1420.0g步骤(1)制备的硝酸铝溶液中。伴随搅拌，将反应液的温度升高至98℃，并在该温度下搅拌反应2小时后，将反应液冷却至环境温度，得到浓度为2.8重量％(以Al2O3计)的含盐铝溶胶。
(3)普通电渗析
步骤(2)得到的含盐铝溶胶贮存在循环罐中，并由循环罐通入普通电渗析的淡化室中，同时向普通电渗析器的浓缩室中通入去离子水，向普通电渗析器的阴极室和阳极室中通入极液(其中，极液中的电解质为硫酸铵，极液中电解质的含量为6.5重量％)，进行普通电渗析。其中，普通电渗析器的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜和阴离子交换膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在电渗析过程中，控制电流密度为25mA/cm2，温度为30℃，将普通电渗析器的淡化室与循环罐连通，共进行1小时的普通电渗析，得到脱盐铝溶胶(以Al2O3计，铝的含量为9.0重量％，盐的质量含量为200ppm以下)以及作为回收盐的硝酸铵溶液。
(4)双极膜电渗析
将步骤(3)得到的回收盐硝酸铵溶液送入双极膜电渗析器的盐室中，同时向双极膜电渗析器的酸室和碱室中送入去离子水，向双极膜电渗析器的阴极室和阳极室中送入极液(其中，极液中的电解质为硫酸铵，极液中电解质的含量为5重量％)，进行0.6小时的双极膜电渗析，由酸室得到作为回收酸的硝酸，由碱室得到作为回收碱的氨水。将硝酸浓缩至浓度为10重量％后循环送入步骤(1)中，将氨水浓缩至浓度为10重量％后循环送入步骤(2)中。其中，普通电渗析的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在双极膜电渗析过程中，电压恒定为16V，送入双极膜电渗析器的回收硝酸铵溶液的温度为30℃。
(5)提浓
将步骤(3)得到的脱盐铝溶胶在85℃的温度下，搅拌2.4h，以脱除部分水，得到浓度为21.5重量％(以Al2O3计)的铝溶胶产品。经检测，该铝溶胶产品的碱基度为1.73，pH为3.36。在放置过程中样品逐渐变得粘稠，2个月后，样品仍保持流动状态。
实施例14
本实施例采用图3示出的生产系统，具体操作流程如下。
(1)中和反应
将浓度为98重量％的工业硝酸添加到中和反应器中，在环境温度(为25℃)下加水稀释至浓度为20重量％。然后，加入氢氧化铝粉体，将反应器的温度升高至95℃，伴随搅拌(搅拌速率为350rpm)，恒温3h后，将反应器的温度降至环境温度。将反应液过滤，得到浓度为15重量％的硝酸铝溶液。其中，氢氧化铝与HNO3的摩尔比为1：3.3。
(2)成胶反应
伴随搅拌，在环境温度下，将396.0g浓度为10重量％氨水缓慢添加到1420.0g步骤(1)制备的硝酸铝溶液中。将搅拌，将反应液的温度升高至98℃，并在该温度下搅拌反应2小时后，将反应液冷却至环境温度，得到浓度为2.9重量％(以Al2O3计)的含盐铝溶胶。
(3)普通电渗析
步骤(2)得到的含盐铝溶胶贮存在循环罐中，并由循环罐通入普通电渗析的淡化室中，同时向普通电渗析器的浓缩室中通入去离子水，向普通电渗析器的阴极室和阳极室中通入极液(其中，极液中的电解质为硫酸铵，极液中电解质的含量为6.5重量％)，进行普通电渗析。其中，普通电渗析器的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜和阴离子交换膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在电渗析过程中，控制电流密度为22mA/cm2，温度为30℃，将普通电渗析器的淡化室与循环罐连通，共进行1.2小时的普通电渗析，得到脱盐铝溶胶(以Al2O3计，铝的含量为8.8重量％，盐的质量含量为200ppm以下)以及作为回收盐的硝酸铵溶液。
(4)双极膜电渗析
将步骤(3)得到的回收盐硝酸铵溶液送入双极膜电渗析器的盐室中，同时向双极膜电渗析器的酸室和碱室中送入去离子水，向双极膜电渗析器的阴极室和阳极室中送入极液(其中，极液中的电解质为硫酸铵，极液中电解质的含量为5.5重量％)，进行1小时的双极膜电渗析，由酸室得到作为回收酸的硝酸，由碱室得到作为回收碱的氨水。将硝酸浓缩至浓度为20重量％后循环送入步骤(1)中，将氨水浓缩至浓度为10重量％后循环送入步骤(2)中。其中，普通电渗析的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在双极膜电渗析过程中，电压恒定为12V，送入双极膜电渗析器的回收硝酸铵溶液的温度为30℃。
(5)提浓
将步骤(3)得到的脱盐铝溶胶在85℃的温度下，搅拌2.3h，以脱除部分水，得到浓度为21.5重量％(以Al2O3计)的铝溶胶产品。经检测，该铝溶胶产品的碱基度为1.68，pH为3.31。在放置过程中样品逐渐变得粘稠，2个月后，样品仍保持流动状态。
实施例15
本实施例采用图3示出的生产系统，具体操作流程如下。
(1)中和反应
将浓度为98重量％的工业硝酸添加到中和反应器中，在环境温度(为25℃)下加水稀释至浓度为10重量％。然后，加入氢氧化铝粉体，将反应器的温度升高至95℃，伴随搅拌(搅拌速率为350rpm)，恒温3h后，将反应器的温度降至环境温度。将反应液过滤，得到浓度为20重量％的硝酸铝溶液。其中，氢氧化铝与HNO3的摩尔比为1：3.2。
(2)成胶反应
伴随搅拌，在环境温度下，将643.3g浓度为15重量％氢氧化钠水溶液缓慢添加到1065.0g步骤(1)制备的硝酸铝溶液中。伴随搅拌，将反应液的温度升高至98℃，并在该温度下搅拌反应2小时后，将反应液冷却至环境温度，得到浓度为3.0重量％(以Al2O3计)的含盐铝溶胶。
(3)普通电渗析
步骤(2)得到的含盐铝溶胶贮存在循环罐中，并由循环罐通入普通电渗析的淡化室中，同时向普通电渗析器的浓缩室中通入去离子水，向普通电渗析器的阴极室和阳极室中通入极液(其中，极液中的电解质为硫酸钠，极液中电解质的含量为7.2重量％)，进行普通电渗析。其中，普通电渗析器的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜和阴离子交换膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在电渗析过程中，控制电流密度为30mA/cm2，温度为30℃，将普通电渗析器的淡化室与循环罐连通，共进行0.6小时的普通电渗析，得到脱盐铝溶胶(以Al2O3计，铝的含量为8.8重量％，盐的质量含量为200ppm以下)以及作为回收盐的硝酸钠溶液。
(4)双极膜电渗析
将步骤(3)得到的回收盐硝酸钠溶液送入双极膜电渗析器的盐室中，同时向双极膜电渗析器的酸室和碱室中送入去离子水，向双极膜电渗析器的阴极室和阳极室中送入极液(其中，极液中的电解质为硫酸钠，极液中电解质的含量为7重量％)，进行1.5小时的双极膜电渗析，由酸室得到作为回收酸的硝酸，由碱室得到作为回收碱的氢氧化钠水溶液。将硝酸浓缩至浓度为10重量％后循环送入步骤(1)中，将氢氧化钠水溶液浓缩至浓度为15重量％后循环送入步骤(2)中。其中，双极膜电渗析的膜堆具有10个膜单元，采用的阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(购自北京廷润膜技术开发有限公司，膜堆尺寸为200×400mm)为均相苯乙烯系离子交换膜，在双极膜电渗析过程中，电压恒定为12V，送入双极膜电渗析器的回收硝酸钠溶液的温度为30℃。
(5)提浓
将步骤(3)得到的脱盐铝溶胶在90℃的温度下，搅拌2.0h，以脱除部分水，得到浓度为21.5重量％(以Al2O3计)的铝溶胶产品。经检测，该铝溶胶产品的碱基度为1.74，pH为3.36。在放置过程中样品逐渐变得粘稠，2个月后，样品仍保持流动状态。
实施例1-15的结果证实，采用本发明的方法不仅能生产高质量的铝溶胶产品，而且整个生产过程不产生或基本不产生废弃物，因而是一种绿色环保的生产方法。
实施例1与实施例2-5、以及实施例6与实施例7-9的结果证实，在普通电渗析过程中，通过将阴极室的极液浓度控制为5-7重量％，同时将普通电渗析过程中的电流密度控制为20-35mA/cm2，不仅能获得较高的电渗析效率，而且能有效地抑制与阴极相邻的阳离子交换膜表面的结垢趋势，延长该阳离子交换膜的使用寿命，降低普通电渗析器停机检修的频率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种铝溶胶的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)将铝源与酸接触，得到含有铝盐的溶液；
(2)将含有铝盐的溶液与碱接触，得到含盐铝溶胶；
(3)将含盐铝溶胶进行普通电渗析，得到脱盐铝溶胶以及回收盐；
(4)将所述回收盐进行双极膜电渗析，分别得到回收酸和回收碱，将至少部分回收酸循环用于步骤(1)，将至少部分回收碱循环用于步骤(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述普通电渗析采用的电渗析器的膜堆具有至少一个膜单元，所述膜单元中的膜为阴离子交换膜和阳离子交换膜，所述阴离子交换膜和所述阳离子交换膜间隔排列，将所述膜单元的内部空间分隔成淡化室和浓缩室，所述含盐铝溶胶进入所述淡化室，水进入所述浓缩室，在电渗析过程中，由所述淡化室得到脱盐铝溶胶，由所述浓缩室得到回收盐。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述普通电渗析的条件包括：向所述电渗析器的阴极室和阳极室通入的极液中电解质的含量相同或不同，各自为1-15重量％，优选为3-10重量％；在电渗析的过程中，电流密度为5-1000安培/平方米，优选为10-500安培/平方米。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述普通电渗析的条件包括：向所述电渗析器的阴极室通入的极液中电解质的浓度为5-7重量％；在电渗析的过程中，电流密度为20-35安培/平方米。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述电解质为硫酸铵、硫酸钠、硝酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、硝酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾、甲酸、乙酸、甲酸钠、甲酸钾和季铵型电解质中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，进行普通电渗析的含盐铝溶胶中铝的含量为2-8重量％，更优选为2.5-5重量％，所述铝以Al2O3计。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双极膜电渗析采用的双极膜电渗析器的膜堆具有至少一个膜单元，所述膜单元中的膜为双极膜、阴离子交换膜以及阳离子交换膜，所述双极膜、所述阴离子交换膜以及所述阳离子交换膜将所述膜单元的内部空间分隔成酸室、盐室和碱室，所述盐室位于所述酸室和所述碱室之间，所述回收盐进入所述盐室，水分别进入所述酸室和所述碱室，在双极膜电渗析过程中，由所述酸室得到回收酸，由所述碱室得到回收碱。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述双极膜电渗析的条件包括：向所述双极膜电渗析器的阴极室和阳极室通入的极液中电解质的浓度相同或不同，各自为1-10重量％，优选为3-8重量％；在双极膜电渗析的过程中，电压为5-30V，优选为8-25V，更优选为10-20V。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，铝源与酸的摩尔比为1：1-6，优选为1：1.1-4，更优选为1：1.2-3.5，所述铝源以铝元素计。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其中，所述铝源为铝的氧化物和/或铝的氢氧化物，优选为铝的氢氧化物；
优选地，所述酸为选自HCl、H2SO4、HNO3和甲酸中的一种或两种以上。
11.根据权利要求1、9和10中任意一项所述的方法，其中，步骤(1)中所述接触在20-99℃、优选50-98℃、更优选70-98℃、进一步优选80-95℃的温度下进行。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中，铝盐与碱的摩尔比为1：2-3，优选为1：2-2.8，更优选为1：2-2.5，所述铝盐以铝元素计。
13.根据权利要求1或12所述的方法，其中，步骤(2)中，所述碱为NaOH、KOH和NH3·H2O中的一种或两种以上。
14.根据权利要求1、12和13中任意一项所述的方法，其中，步骤(2)中所述接触在50-100℃、优选70-99℃、更优选80-99℃、进一步优选90-98℃的温度下进行。
15.根据权利要求1-14中任意一项所述的方法，其中，所述铝溶胶的碱基度为1.5-3，优选为1.7-2.5。
16.一种铝溶胶生产系统，该系统包括中和反应单元、成胶反应单元、普通电渗析单元、双极膜电渗析单元、以及可选的提浓单元，
在中和反应单元中，将铝源与酸接触，得到含有铝盐的溶液；
所述成胶反应单元的原料入口与所述中和反应单元的含有铝盐的溶液输出端口连通，用于将含有铝盐的溶液与碱接触，得到含盐铝溶胶；
所述普通电渗析单元采用的电渗析器的膜堆具有至少一个膜单元，所述膜单元中的膜为阴离子交换膜和阳离子交换膜，所述阴离子交换膜和所述阳离子交换膜间隔排列，将所述膜单元的内部空间分隔成淡化室和浓缩室，所述淡化室与所述成胶反应单元的含盐铝溶胶输出端口连通，用于将含盐铝溶胶进行普通电渗析，得到脱盐铝溶胶以及回收盐；
所述双极膜电渗析单元采用的双极膜电渗析器的膜堆具有至少一个膜单元，所述膜单元中的膜为双极膜、阴离子交换膜以及阳离子交换膜，所述双极膜、所述阴离子交换膜以及所述阳离子交换膜将所述膜单元的内部空间分隔成酸室、盐室和碱室，所述盐室位于所述酸室和所述碱室之间，所述盐室与所述普通电渗析单元的回收盐输出端口连通，所述酸室与所述中和反应单元连通，所述碱室与所述成胶反应单元连通，所述双极膜电渗析单元用于将所述回收盐进行双极膜电渗析，分别得到回收酸和回收碱，将至少部分回收酸循环用于所述中和反应单元，将至少部分回收碱循环用于所述成胶反应单元；
所述提浓单元与所述普通电渗析单元的脱盐铝溶胶输出端口连通，用于脱除脱盐铝溶胶中的部分溶剂。
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