KR20160055128A - 안정한 무염 폴리알루미늄 클로로술페이트 - Google Patents

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Abstract

건조 알루미늄 히드록시클로라이드를 황산알루미늄의 용액과 혼합하거나 또는 알루미늄 히드록시클로라이드 및 황산알루미늄의 건조 혼합물을 물로 희석함으로써 제조될 수 있는, 고황산화 고염기도 폴리알루미늄 클로로술페이트 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 염기도가 높으며 높은 중량 백분율의 술페이트를 갖는 폴리알루미늄 클로로술페이트 (PACS)에 관한 것이다. 본 발명은 수 처리에서 이들 절차에 의해 형성된 PACS를 사용하는 방법, 뿐만 아니라 건조 알루미늄 히드록시클로라이드 및 황산알루미늄을 별도의 성분으로서 또는 혼합물로서 함유하는 패키지를 포함한다.

Description

안정한 무염 폴리알루미늄 클로로술페이트 {STABLE SALT-FREE POLYALUMINUM CHLOROSULFATES}
본 발명은 폴리알루미늄 클로로술페이트 (PACS) 및 이의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.
폴리알루미늄 클로라이드 (PACl) 및 폴리알루미늄 클로로술페이트 (PACS)는 수 처리에 및 종이, 항발한제, 식품 및 제약의 제조에 사용된다. 폐수 처리 공정에서, 이들은 응집제 및 응고제로서 작용한다. 수 처리에 바람직한 특징을 갖는 폴리알루미늄 클로이드 및 폴리알루미늄 클로로술페이트의 제조 방법은 미국 특허 제5,246,686호, 미국 특허 제4,981,673호, 미국 특허 제5,076,940호, 미국 특허 제3,929,666호, 미국 특허 제5,348,721호, 미국 특허 제6,548,037호, 미국 특허 제5,603,912호 및 미국 특허 제5,985,234호를 비롯한 다수의 선행 공보에 기재되어 있다.
저염기도 PACl (0-45% 염기도)는 용액 중에서 매우 안정하지만, 또한 매우 부식성일 수 있다. 이들은 작은 덩어리를 형성하며, pH를 떨어뜨리며, 수 처리에 사용된 기타 생성물에 비해 고농도를 필요로 하는 경향이 있다. 고염기도 PACl (45-75% 염기도)은 수 처리에서 응고제로서 다소 더 우수하지만, 제조하는데 비용이 더 많이 들며, 제한된 저장 수명을 가질 수 있다. 고염기성 알루미늄 클로로히드레이트 (83% 염기도)는 그의 보다 저염기도인 대응물의 대부분의 문제를 해결하지만, 저온의 물 또는 매우 혼탁한 물 중에서의 응고제로서는 효과적이지 않다.
대조적으로, PACS는 매우 효율적인 응고제이며, 저온의 또는 매우 혼탁한 물 중에서 잘 작용한다. 이러한 화합물의 주요 문제점은 이들이 제한된 저장 수명을 가지며, 승온에서 급속하게 분해된다는 점이다. PACS는 알루민산나트륨을 염기성 알루미늄 클로로술페이트 용액 내로 전단처리함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 이는 수 처리 작업에서 불순물이 되어 처리된 물 중 클로라이드 및 나트륨 함량의 상승을 유발하는 부산물인 염화나트륨 및 황산나트륨을 5-10%만큼 많이 생성한다. 부산물인 염은 PACS의 농도를 감소시키며, 이들 생성물의 저장 수명을 단축시킨다.
대안책으로서, PACS는 석회를 염화알루미늄 및 황산알루미늄 용액의 혼합물과 혼합함으로써 제조될 수 있다. 이러한 경우에, 부산물인 황산칼슘 또는 석고가 생성되며, 이는 폐기되어야 한다. 또한, 이러한 기술을 사용하여 50% 초과의 염기도를 생성하는 것은 곤란하다.
상기 언급된 바와 같이, PACl 또는 PACS의 용액이 종종 수 처리 절차에 사용된다. 그러나, 높은 염화물-대-황산염 질량비 (CSMR)를 갖는 물은 땜납의 갈바닉 부식을 야기하여 음용수 중 높은 납 수준을 생성할 수 있다 (Edwards, et al., JAWWA 99(7):96-109 (July 2007)). 모든 클로라이드 PACl 및 낮은 술페이트 PACS의 사용은, PACS가 부산물인 염화나트륨을 함유하므로 이러한 문제를 악화시킬 수 있다.
본 발명은 염기도가 높으며, 높은 중량 백분율의 술페이트를 갖는 폴리알루미늄 클로로술페이트 (PACS)에 관한 것이다. PACS는 고체 알루미늄 히드록시클로라이드를 황산알루미늄의 수용액에 첨가하거나 또는 고체 건조 황산알루미늄 및 알루미늄 히드록시클로라이드의 혼합물을 물로 희석함으로써 제조된다. 본 발명은 수 처리에서 이들 절차에 의해 형성된 PACS를 사용하는 방법, 뿐만 아니라 건조 알루미늄 히드록시클로라이드 및 황산알루미늄을 별도의 성분으로서 또는 혼합물로서 함유하는 패키지를 포함한다.
본 발명은 높은 중량 백분율의 술페이트, 고염기도 및 저수준의 염화나트륨 및 황산나트륨을 갖는 폴리알루미늄 클로로술페이트 (PACS)의 제조 방법의 개발에 기초한다. 중요하게는, 이러한 방법은 PACS의 제조에 사용되기 직전까지 건조 고체 상태로 유지될 수 있는 2 성분인 황산알루미늄 및 알루미늄 히드록시클로라이드의 사용을 포함한다. 그 결과, 이들 성분은 물을 수송하지 않고 건조 상태로 (혼합 또는 비혼합된 형태로) 선적될 수 있으며, 열에 의해 분해되기가 덜 쉽다. 본 발명의 PACS를 함유하는 수 처리 조성물은 저온의 또는 혼탁한 물 중에서는 효과적으로 작용하며, 넓은 pH 범위에서 효과적이다. 마지막으로, 본 발명의 PACS는 질량비에 대해 높은 술페이트를 가지므로, 이들은 낮은 비율의 PACS보다 음용수 중에서의 높은 납 수준에 덜 기여하게 된다.
본 발명의 제1 측면에서, 본 발명은 용액인 생성물의 경우 0.5 중량% 내지 13 중량% 이상 또는 건조 생성물의 경우 2 중량%-30 중량%의 술페이트 함량, 제1 실시양태의 경우 65%-70% 염기도 또는 제2 실시양태의 경우 58%-62% 염기도를 갖는 PACS를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 이러한 조성물은 1.0 중량% 미만, 바람직하게는 0.5 중량% 미만 또는 0.2 중량% 미만, 가장 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 염화나트륨 및 1.0 중량% 미만, 바람직하게는 0.5 중량% 미만 또는 0.2 중량% 미만, 가장 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 황산나트륨을 갖는 것을 추가의 특징으로 한다. 본 발명의 PACS는 하기 화학식 I을 가지며,
<화학식 I>
Figure pct00001
상기 식에서,
x는 1.78 내지 2.02이고;
y는 0.03 내지 0.45이고;
x+y/2는 1.8 내지 2.1이고;
SO4에 대한 Al의 비는 2 내지 34이고;
Cl에 대한 Al의 비는 0.9 내지 3.0이고;
OH에 대한 Al의 비는 0.5 내지 0.6이고;
염기도는 55 내지 70%이고;
평균 분자량은 95 이상 111 이하이다.
화학식 I의 바람직한 PACS는 하기를 특징으로 할 수 있다:
PACS 1: x = 1.78-1.82; 3-x-2y = 0.35-1.1; y = 0.065-0.45; 및 x+y/2 = 1.83-2.02;
PACS 2: x = 1.95-2.02; 3-x-2y = 0.6-1.0; y = 0.03-0.20; 및 x+y/2 = 1.95-2.1.
또 다른 실시양태에서, 본 발명은, a) 55-83% 염기성 고체 알루미늄 히드록시클로라이드를 황산알루미늄 수용액에 첨가하여 유백색 현탁액을 형성하는 단계; b) 투명 용액을 형성하도록 하기에 충분한 기간 (일반적으로 2-16 시간, 바람직하게는 3 내지 6 시간) 동안 유백색 현탁액을 유지하는 단계를 포함하는, 상기 기재된 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 50℃ 미만 (예, 5-50℃), 바람직하게는 10-40℃, 가장 바람직하게는 약 20-25℃의 온도에서 수행되어야 한다. 상기 방법에 사용된 황산알루미늄 수용액은 또한 염기성 고체 알루미늄 히드록시클로라이드를 첨가한 후에 고체 황산알루미늄을 물 중에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 건조 중량을 기준으로 하여 알루미늄 히드록시클로라이드 대 황산알루미늄의 비는 통상적으로 0.75-20 부의 알루미늄 히드록시클로라이드 대 1 부의 황산알루미늄이어야 한다. 예를 들어, 0.75-20 부의 건조 알루미늄 히드록시클로라이드는 각각 1 부의 건조 황산알루미늄에 첨가될 수 있다. 기타 범위는 각각 1 부의 건조 황산알루미늄에 대해 5.0-10.0 부의 건조 알루미늄 히드록시클로라이드 및 각각 1 부의 건조 황산알루미늄에 대해 10.0-20 부의 건조 알루미늄 히드록시클로라이드를 포함한다. 생성된 투명 용액은 임의로, 그의 온도를 점진적으로 증가시키면서 유백색 현탁액을 혼합시켜 형성된다.
조성물은 또한 a) 고체 황산알루미늄 및 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 혼합물을 물 중에 용해시켜 유백색 현탁액을 형성한 다음, b) 현탁액이 투명 용액을 형성하도록 하기에 충분한 기간 동안 유백색 현탁액을 유지함으로써 제조될 수 있다. 이러한 방법은 바람직하게는 상기 제시된 온도에서 수행되어야 하며, 고체 알루미늄 히드록시클로라이드를 첨가하기 이전에 고체 황산알루미늄을 물 중에 용해시킬 수 있다. 상기 논의된 동일한 비의 알루미늄 히드록시클로라이드 대 황산알루미늄을 사용할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 폐수 처리를 위한 응고제 PACS를 형성하는데 사용될 수 있는 2 성분인 고체 건조 황산알루미늄 및 고체 건조 알루미늄 히드록시클로라이드를 포함하는 패키지, 예를 들어 백 또는 드럼에 관한 것이다. 패키지는 건조 혼합물 (예, 3 미만의 수화수를 갖는 고체 알루미늄 히드록시클로라이드)의 형태로 고체 황산알루미늄 및 고체 알루미늄 히드록시클로라이드를 갖는 단일 용기의 형태를 취할 수 있다. 혼합물 중 고체 황산알루미늄 대 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 비는, 물을 첨가함으로써 하기 화학식 I의 PACS를 포함하는 용액이 형성될 수 있도록 하며,
<화학식 I>
Figure pct00002
상기 식에서,
x는 1.78 내지 2.02이고;
y는 0.03 내지 0.45이고;
x+y/2는 1.8 내지 2.1이고;
SO4에 대한 Al의 비는 2 내지 34이고; Cl에 대한 Al의 비는 0.9 내지 3.0이고; OH에 대한 Al의 비는 0.5 내지 0.6이다.
염기도는 55 내지 70%이고;
평균 분자량은 95 이상 111 이하이고;
용액은 0.1 중량% 미만의 염화나트륨 및 0.1 중량% 미만의 황산나트륨을 포함한다.
패키지 중에 존재하는 건조 혼합물 중 고체 황산알루미늄 및 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 건조 중량에 관하여, 0.75-20 부의 건조 알루미늄 히드록시클로라이드 대 1 부의 건조 황산알루미늄의 비를 사용할 수 있다. 범위의 예로는 1 부의 건조 황산알루미늄에 대해 0.75-5.0 부의 건조 알루미늄 히드록시클로라이드; 각각 1 부의 건조 황산알루미늄에 대해 5.0-10.0 부의 건조 알루미늄 히드록시클로라이드; 및 각각 1 부의 건조 황산알루미늄에 대해 10.0-20.0 부의 건조 알루미늄 히드록시클로라이드를 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 화학식 I의 파라미터가 하기와 같은 PACS 1 또는 2를 함유하는 용액이 형성된다:
PACS 1: x = 1.8-1.9; 3-x-2y = 0.72-0.78; y = 0.18-0.22; 및 x+y/2 = 1.9-2.0;
PACS 2: x = 2.0-2.3; 3-x-2y = 0.6-1.0; y = 0.01-0.10; 및 x+y/2 = 2.0-2.4.
또 다른 측면에서, 본 발명은 상기 기재된 충분량의 PACS를 물에 첨가하여 불순물을 응고 및 응집시키고, 후속적으로 응고 또는 응집된 물질로부터 물을 분리하는 것에 의해, 불순물을 제거하기 위한 수 처리 방법을 포함한다. 필요한 PACS의 양은 관련 기술분야에 공지된 절차를 사용하여 결정될 수 있으며, 분리는 응고 또는 응집된 물질이 침강되도록 하는 것 및/또는 여과 방법을 사용하는 것 등의 표준 방법에 의해 달성될 수 있다.
고체 건조 성분을 출발 물질로 하여, 전체 절차는 고체 황산알루미늄 및 고체 알루미늄 히드록시클로라이드 (상기 논의된 바와 같음)로부터 수용액을 형성한 다음, 이를 폐수에 첨가하여 불순물을 응고시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 바람직한 실시양태에서, 상기 방법은 a) 고체 황산알루미늄을 물 중에 용해시켜 용액을 형성하는 단계; b) 고체 62-83% 염기성 알루미늄 히드록시클로라이드를 단계 a)에서 형성된 황산알루미늄 용액에 혼합하여 PACS를 포함하는 유백색 현탁액을 형성하는 단계; c) 현탁액이 투명 용액을 형성하도록 하기에 충분한 기간 동안 유백색 현탁액을 유지하는 단계; 및 d) 단계 c)의 투명 용액을 폐수에 첨가하여 불순물을 응고 또는 응집시키는 단계를 포함한다.
수 처리 절차에 사용된 PACS는 상기 기재된 특징을 가져야 한다. 구체적으로, PACS는 하기 화학식 I를 가져야만 하며,
<화학식 I>
Figure pct00003
상기 식에서, x는 1.78 이상 2.02 이하이고; y는 0.03 이상 0.45 이하이고; x+y/2는 1.83 이상 2.02 이하이고; 염기도는 55% 내지 70%이다. PACS에 대한 바람직한 분자량은 95 이상 111 이하이다. PACS에서의 원소의 비는 Al:SO4 = 2-34; Al:Cl = 0.9-3.0; 및 Al:OH = 0.5-0.6일 수 있다.
정의
폴리알루미늄 클로라이드 또는 염기성 염화알루미늄: 폴리알루미늄 클로라이드는 알루미늄 클로라이드 히드록시드, AlCl(OH)2, AlCl2(OH) 및 Al2Cl(OH)5의 생성물이다. 대표적인 화학식은 Al2Cl6 - n(OH)n이며, 여기서 n = 1 내지 5.1이다. 이들 생성물의 희석시에 Al13O4(OH)24(H2O)12+7Cl과 같은 중합체 종이 형성되는 것으로 생각된다.
폴리알루미늄 클로로술페이트 또는 염기성 알루미늄 클로로술페이트: 이들 화합물은 화학식 Al(OH)xCl(3-x-2y)(SO4)y에 의해 가장 잘 기재될 수 있으며, 여기서 x = 1 내지 2이고, y는 0 초과 0.5 이하이다. 희석시에 형성되는 중합체 종은 하기와 같이 나타낼 수 있다: Al13O4(OH)24(H2O)12+5Cl+SO4.
퍼센트 염기도: 관련 기술분야에서 통상적으로 사용된 바와 같이, 퍼센트 염기도는 (% OH)(52.91)/(% Al)로서 정의된다. 몰 수준으로, 이는 ((OH)/(Al))/3에 100을 곱함으로서 나타낼 수 있다. 따라서, Al(OH)(H2O)5+2Cl은 33% 염기도를 갖는다. 생성물과 관련하여 본원에 논의된 염기도는 히드록시드 함량을 기준으로 한 화학식 염기도를 반영한다.
건조 황산알루미늄: 이는 결정화되고 수화된 황산알루미늄의 고체 화합물이다. 이는 산화알루미늄 삼수화물, 점토 또는 보크사이트로부터 제조될 수 있다. 통상적으로, 건조 황산알루미늄은 14.3의 수화수를 함유하지만, 6.5 및 18의 수화수도 또한 통상적으로 이용 가능하다. 이러한 생성물은 통상적으로 소량의 수산화알루미늄, 일반적으로 1% 미만의 철 함량 (Fe2O3으로 나타냄), 및 제조업체 및 등급에 의존하여 변경되는 양의 불용물을 갖는다. PAC 생성물 중 불순물을 한정하기 위해 수산화알루미늄으로부터 제조된 황산알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.
황산알루미늄 용액: 이는 약 48.5 중량%의 14.3 수화된 황산알루미늄의 건조 황산알루미늄의 용액이다. 이들은 널리 시판 중이며, 0.5% 정도로 많은 수산화알루미늄 및 1% 정도로 많은 Fe2O3을 함유할 수 있다.
고체 알루미늄 히드록시클로라이드: 이는 화학식 Al2(OH)n(Cl)6 -n-zH2O의 화합물이며, n은 3 이상 5.1 이하이며, z는 0 초과 3 이하이다. 수화수는 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 염기도에 따라 변경되며, 염기도가 증가됨에 따라 수화수는 감소된다. 예를 들어 70% 염기성 화합물은 약 1.2의 수화수을 갖는 반면, 80% 염기성 화합물은 약 0.5의 수화수를 갖는다. 이들 화합물은 염화알루미늄 6수화물을 원하는 염기도로 분해하여 제조될 수 있다.
폴리알루미늄 클로로술페이트
본 발명은 부산물인 염을 본질적으로 갖지 않는 (0.5% 미만, 바람직하게는 0.1% 또는 0.05% 미만) 고황산화 고염기도 폴리알루미늄 클로로술페이트 (PACS) 조성물에 관한 것이다. 이들 조성물은 물 및 폐수로부터 불순물의 제거시에 매우 효율적이다. PACS는 하기 화학식 I를 갖는다.
<화학식 I>
Figure pct00004
상기 식에서, 1.78 ≤ x ≤ 2.02; 0.03 ≤ y<0.45; 1.8 ≤ x+y/2 ≤ 2.1이다. 비는 Al:SO4 = 2 내지 34, Al:Cl = 0.9 내지 3.0; Al:OH = 0.5 내지 0.6인 것이 바람직하다. 염기도는 55 내지 70 중량% (x/3n으로서 정의됨)이어야 하며, 분자량은 바람직하게는 95 이상 111 이하이다. 본 발명의 구체적인 PACS는 Al(OH)1 . 83Cl0 .75(SO4)0.21 및 Al(OH)2.01Cl0.93(SO4)0.03을 포함한다.
PACS의 제조 방법
본 발명은 건식 고체 알루미늄 히드록시클로라이드를 황산알루미늄의 수용액에 혼합하여 폴리알루미늄클로로술페이트를 생성하는 방법을 포함한다. 황산알루미늄은 상업적으로 구입할 수 있거나 또는 관련 기술분야에 널리 공지된 방법을 사용하여 생성될 수 있다. 황산알루미늄은 알루미늄 공급원 (산화알루미늄 삼수화물, 보크사이트 등)을 약 50 중량% 황산의 용액 중에서 소화시켜 제조된다. 용액 중에서 약간 과량의 수산화알루미늄이 존재할 때까지 혼합물을 반응시킨다.
PACS의 제조에 적절한 액체 황산알루미늄의 용액은 이를 약 8.3% 산화알루미늄 함량으로 희석하여 용융된 황산알루미늄 용액으로부터 생성될 수 있다. PACS의 제조에 적절한 건조 황산알루미늄은 용융된 황산알루미늄을 냉각시킨 후, 17% 산화알루미늄의 농도에서 적절한 분쇄 요건으로 분쇄시켜 생성될 수 있다. 이는 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 첨가 전, 물 중 1 내지 70 중량% 당량의 액체 황산알루미늄의 최종 농도로 물로 희석되어야 한다. 물의 양은 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 염기도 및 PACS의 원하는 농도에 의존한다. PACS를 적소에 사용하고자 할 경우, 이는 실제적으로 희석된 상태로 생성될 수 있으나, 선적하고자 할 경우, 용액의 농도는 최대가 되어야 한다. PACS의 용액은 20% 이상 정도로 높은 산화알루미늄을 생성할 수 있다. 제1 실시양태에 의하면, 고체 알루미늄 히드록시클로라이드를 첨가하기 이전에 건조 황산알루미늄은 물 중에서 액체 황산알루미늄의 70-100% 당량으로 희석될 수 있다. 제2 실시양태에 의하면, 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 첨가 이전에 건조 황산알루미늄은 물 중에서 액체 황산알루미늄의 30 내지 70% 당량으로 희석될 수 있다. 제3 실시양태에 의하면, 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 첨가 이전에 건조 황산알루미늄은 물 중에서 액체 황산알루미늄의 4 내지 30% 당량으로 희석될 수 있다.
PACS의 제조에 사용된 고체 알루미늄 히드록시클로라이드는 원하는 염기도가 달성될 때까지 유동층 건조기내에서 염화알루미늄 6수화물을 열적으로 분해시켜 여 생성될 수 있다. 이러한 과정은 하기와 같이 화학적으로 나타내어질 수 있다.
2AlCl3-6H2O → 열 → Al2(OH)nCl(6-n)(H2O) + H2O + nHCl
알루미늄 히드록시클로라이드의 최종 염기도는 바람직하게는 62-83% 염기성이어야 하며, 0 내지 1.5, 바람직하게는 0.5 내지 1.2, 가장 바람직하게는 0.8 내지 1.2의 수화수를 가져야 한다. 이러한 목적을 위해 관련 기술분야에 공지된 임의의 디바이스를 사용하여 용액을 혼합하면서 황산알루미늄 용액에 첨가되어야 한다.
고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 혼합은 대부분 용해될 때까지 그리고 최종 용액이 투명 내지는 약간 혼탁한 외관을 가질 때까지 지속되어야 한다. 대략 실온에서 수행될 때, 이는 통상적으로 3 내지 8 시간 소요될 것이다. 필요할 경우, 용액은 속도를 명확히 하기 위해 온화하게 가열될 수 있으나, 온도는 바람직하게는 50℃를 넘지 않아야 한다. 일반적으로, 대기압에서 반응을 수행하기 위해 10-40℃가 우수한 범위이다.
대안책으로서, 본 발명의 PACS는 황산알루미늄 및 알루미늄 히드록시클로라이드의 건조 고체 혼합물로부터 생성될 수 있다. 알루미늄 히드록시클로라이드는 62-83% 염기도를 가져야만 하며, 예를 들어 황산알루미늄 1 g당 40 g 내지 황산알루미늄 1 g당 2 g의 비로 혼합물에 존재할 수 있다. 황산알루미늄 및 알루미늄 히드록시클로라이드 전부가 용해될 때까지 혼합물은 20% 내지 40% PACS의 최종 농도로 물로 희석되고, 혼합되어야 한다. 기타 파라미터 및 절차 모두는 상기 기재된 바와 동일하다.
상기 기재된 절차는 0.5 중량% 이상 (예, 6-8%)의 술페이트 함량 및 55% 이상 (예, 58-75%)의 염기도를 갖는 PACS를 형성하여야 한다. 가장 통상적으로, PACS 용액은 원수 또는 폐수에 첨가되어 불순물을 응고 및 제거할 것이다. 통상적으로, PACS는 10 내지 100 ㎎/ℓ의 투여량으로 원수에 혼합된다. 물은 일반적으로 신속하게 PACS와 혼합된 후, 수 분 동안 서서히 첨가한다. 그 후, 혼합을 중지하고, 불순물은 PACS에 끌어당겨서 물의 바닥으로 침강되도록 한다. 그 후, 상청액을 여과하고, 나머지 처리 과정을 통하여 진행한다. PACS를 폐수 처리에 사용하여 인 및/또는 불순물을 제거할 수 있다. 이에 사용시, 통상적으로 폐수 1 ℓ당 PACS 50 내지 300 ㎎을 사용한다.
이점
본 발명의 고황산화 PACS는 수 처리 절차에서 응집제로서 매우 효율적이며, 더 낮은 백분율의 술페이트와 함께 PACl 또는 PACS보다 물 중 납 농도를 증가시키는 경향이 적어야 한다. 통상의 고염기도 PACS는 알루민산나트륨을 염기성 알루미늄 클로로술페이트의 용액으로 전단 처리함으로써 제조된다. 이러한 생성물은 온도에 따라 분해되므로, PACS는 전단 처리로부터의 열 및 알칼리성 알루미네이트 및 산성 염기성 알루미늄 클로로술페이트 사이의 중화열에 의해 부분적으로 분해된다. 대조적으로, 본 발명의 생성물은 저온에서 제조되어 열 분해를 방지한다. PACS는 바람직하게는 건조 상태로 선적되어 판매자에 의한 수령후 반응될 수 있는 고체 성분으로부터 제조된다. 이는 선적 비용을 절감시켜야만 하며, 열 및/또는 저장으로 인한 분해를 최소로 하며, 최종 사용자가 더 큰 재고를 유지하도록 한다. 본원에 기재된 PACS는 장기간 동안 안정하며, 저온의 또는 혼탁한 물 중에서 효율적으로 작동하며, 넓은 pH 범위에서 효율적이어야 한다.
실시예
실시예 1
600 ㎖ 비커 내에서 130 g의 시판 중인 액체 황산알루미늄 (8.3% Al2O3)을 202 g의 물로 희석한다. 146 g의 고체 알루미늄 히드록시클로라이드 (42% Al2O3, 71% 염기성) 분말을 첨가한 비커를 자기 교반기 위에서 교반시켰다. 유백색 용액이 맑아진 후 용액을 24 시간 동안 혼합하도록 한다. 용액은 15% Al2O3, 60.5% 염기성 및 6.3% 술페이트의 PACS 용액을 산출하였다.
실시예 2
파인트 병 내에서 350 g의 고체 알루미늄 히드록시클로라이드 (41% Al2O3, 70% 염기성) 분말을 50 g의 건조 명반 (17% Al2O3)과 블렌딩하였다. 이는 38% Al2O3, 66% 염기성 및 6% 술페이트의 건조 PACS를 생성한다. 6 개월 후, 자기 교반기 위에서 교반하면서 600 ㎖ 물을 함유하는 1 리터 비커에 병의 내용물을 첨가하였다. 용액이 24 시간 동안 혼합되도록 하고, 그 후 유백색 용액이 맑게 되었다. 용액은 15.2% Al2O3, 66.1% 염기성 및 2.4% 술페이트의 PACS 용액을 산출하였다.
본원에 인용된 모든 문헌은 참조로 그 전체를 포함된다. 본 발명을 명확하게 기재하지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명 또는 그의 임의의 실시양태의 정신 또는 범주에 영향을 미치지 않으면서 본 발명이 넓고 등가인 범위의 조건, 파라미터 등에서 실시될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

Claims (45)

  1. 폴리알루미늄클로로술페이트 (PACS)를 포함하는 조성물이며, 여기서 상기 PACS는 0.5 중량% 이상의 술페이트 함량 및 50% 이상의 염기도를 갖는 것인, 0.1 중량% 미만의 염화나트륨 및 0.1 중량% 미만의 황산나트륨을 포함하는 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 PACS가 하기 화학식 I를 포함하며,
    <화학식 I>
    Figure pct00005

    상기 식에서,
    1.78 ≤ x ≤ 2.02 및 0.03 ≤ y ≤ 0.45 및 1.8 ≤ x+y/2 ≤ 2.1이고;
    Al:SO4 = 2 내지 34이고;
    Al:Cl = 0.9 내지 1.3이고;
    Al:OH = 0.5 내지 0.6이고;
    % 염기도 = 55 내지 70%이고;
    상기 PACS의 평균 분자량이 95 이상 111 이하인 조성물.
  3. x = 1.78 내지 1.82이고;
    3-x-2y = 0.35 내지 1.1이고;
    y = 0.065 내지 0.45이고;
    x+y/2 = 1.83 내지 2.02인
    제2항의 PACS 화합물.
  4. x = 1.95 내지 2.02이고;
    3-x-2y = 0.6 내지 1.0이고;
    y = 0.03 내지 0.20이고;
    x+y/2 = 1.95 내지 2.1인
    제2항의 PACS 화합물.
  5. a) 물 중에서 알루미늄 히드록시클로라이드 및 황산알루미늄을 혼합하여 수성 유백색 현탁액을 형성하며, 여기서 건조 중량을 기준으로 하여 알루미늄 히드록시클로라이드 대 황산알루미늄의 비가 0.75-20 부의 알루미늄 히드록시클로라이드 대 1 부의 황산알루미늄인 단계; 및
    b) 상기 유백색 현탁액이 투명 내지는 약간 혼탁한 용액을 형성하도록 하기에 충분한 기간 동안 단계 a)의 유백색 현탁액을 유지하는 단계
    를 포함하는, 폴리알루미늄클로로술페이트 (PACS)를 제조하는 방법이며, 여기서 상기 PACS는 0.5 중량% 이상의 술페이트 함량 및 55% 이상의 염기도를 갖고, 상기 조성물은 0.1 중량% 미만의 염화나트륨 및 0.1 중량% 미만의 황산나트륨을 포함하는 것인, 폴리알루미늄클로로술페이트 (PACS)를 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 단계 a)에서, 62-83% 염기성 고체 알루미늄 히드록시클로라이드를 황산알루미늄 수용액에 첨가하여 상기 수성 유백색 현탁액을 형성하는 것인 방법.
  7. 제5항에 있어서, 50℃ 미만의 온도에서 수행하는 것인 방법.
  8. 제5항에 있어서, 10-40℃의 온도에서 수행하는 것인 방법.
  9. 제5항에 있어서, 투명 용액이 얻어질 때까지 온도를 점진적으로 증가시키면서 상기 유백색 현탁액을 혼합함으로써 단계 (b)에서 투명 용액을 형성하는 것인 방법.
  10. a) 고체 황산알루미늄 및 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 혼합물을 물 중에 용해시켜 유백색 현탁액을 형성하는 단계;
    b) 상기 현탁액이 투명 내지는 약간 혼탁한 용액을 형성하도록 하기에 충분한 기간 동안 단계 a)의 유백색 현탁액을 유지하는 단계
    를 포함하는, 폴리알루미늄클로로술페이트 (PACS)를 제조하는 방법이며, 여기서 상기 PACS는 0.5 중량% 이상의 술페이트 함량 및 55% 이상의 염기도를 갖고, 상기 조성물은 0.1 중량% 미만의 염화나트륨 및 0.1 중량% 미만의 황산나트륨을 포함하는 것인, 폴리알루미늄클로로술페이트 (PACS)를 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 50℃ 미만의 온도에서 수행하는 것이며, 건조 중량을 기준으로 하여 알루미늄 히드록시클로라이드 대 황산알루미늄의 비가 0.75-20 부의 알루미늄 히드록시클로라이드 대 1 부의 황산알루미늄인 방법.
  12. 제10항에 있어서, 40℃의 온도에서 수행하는 것인 방법.
  13. 제10항에 있어서, 투명 용액이 얻어질 때까지 온도를 점진적으로 증가시키면서 상기 유백색 현탁액을 혼합함으로써 단계 (b)에서 투명 용액을 형성하는 것인 방법.
  14. 폐수 처리를 위한 응고제를 형성하는데 사용될 수 있는 2성분을 포함하는 패키지이며, 여기서 상기 성분은
    a) 고체 건조 황산알루미늄; 및
    b) 고체 건조 알루미늄 히드록시클로라이드
    인 패키지.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고체 황산알루미늄 및 고체 알루미늄 히드록시클로라이드를 건조 혼합물 형태로 함유하는 단일 용기를 포함하는 패키지.
  16. 제15항에 있어서, 상기 건조 혼합물 중 상기 고체 황산알루미늄 대 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 비가, 물의 첨가시에 하기 화학식 I의 PACS를 포함하는 용액을 형성할 수 있도록 하며,
    <화학식 I>
    Figure pct00006

    상기 식에서,
    1.78 ≤ x ≤ 2.02 및 0.03 ≤ y ≤ 0.45 및 1.8 ≤ x+y/2 ≤ 2.1이고;
    Al:SO4 = 2 내지 34이고;
    Al:Cl = 0.9 내지 3.0이고;
    Al:OH = 0.5 내지 0.6이고;
    % 염기도 = 55 내지 70%이고;
    상기 PACS의 평균 분자량이 95 이상 111 이하이고;
    상기 용액이 0.1 중량% 미만의 염화나트륨 및 0.1 중량% 미만의 황산나트륨을 포함하는 것인 패키지.
  17. 제16항에 있어서, 화학식 I의 상기 PACS에서,
    x = 1.78 내지 1.82이고;
    3-x-2y = 0.35 내지 1.1이고;
    y = 0.065 내지 0.45이고;
    x+y/2 = 1.83 내지 2.02인 패키지.
  18. 제16항에 있어서, 화학식 I의 상기 PACS에서,
    x = 1.95 내지 2.02;
    3-x-2y = 0.6 내지 1.0;
    y = 0.03 내지 0.20;
    x+y/2 = 1.95 내지 2.1인 패키지.
  19. 제15항에 있어서, 건조 중량을 기준으로 하여 상기 건조 혼합물 중 알루미늄 히드록시클로라이드 대 황산알루미늄의 비가 0.75 내지 20 부의 알루미늄 히드록시클로라이드 대 1 부의 황산알루미늄인 패키지.
  20. 제15항에 있어서, 건조 중량을 기준으로 하여 상기 건조 혼합물 중 알루미늄 히드록시클로라이드 대 황산알루미늄의 비가 0.75 내지 10.0 부의 알루미늄 히드록시클로라이드 대 1 부의 황산알루미늄인 패키지.
  21. 제15항에 있어서, 건조 중량을 기준으로 하여 상기 건조 혼합물 중 알루미늄 히드록시클로라이드 대 황산알루미늄의 비가 10.0-20 부의 알루미늄 히드록시클로라이드 대 1 부의 황산알루미늄인 패키지.
  22. 제15항의 패키지로부터 얻은 고체 황산알루미늄 및 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 혼합물을 물 중에 용해시키는 것을 포함하는, 수 처리를 위한 조성물을 제조하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 고체 혼합물을 25% 내지 80%의 최종 농도로 물 중에 용해시키는 것인 방법.
  24. 제1항의 PACS를 물에 첨가하여 불순물을 응고 및 응집시키고, 후속적으로 상기 응고 및 응집된 불순물로부터 물을 분리하는 것을 포함하는, 물을 처리하여 불순물을 제거하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 고체 황산알루미늄 및 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 혼합물을 물 중에 용해시키는 것에 의해 상기 조성물을 제조하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 고체 황산알루미늄 및 고체 알루미늄 히드록시클로라이드의 혼합물이 단일 용기 내에 있는 패키지로부터 상기 고체 황산알루미늄 및 알루미늄 히드록시클로라이드의 혼합물을 얻고, 혼합물을 25% 내지 80%의 최종 농도로 물 중에 용해시키는 것인 방법.
  27. a) 고체 황산알루미늄을 물 중에 용해시켜 용액을 형성하는 단계;
    b) 고체 62-83% 염기성 알루미늄 히드록시클로라이드를 단계 a)에서 형성된 황산알루미늄 용액에 혼합하여 PACS를 포함하는 유백색 현탁액을 형성하는 단계;
    c) 상기 현탁액이 투명 용액을 형성하도록 하기에 충분한 기간 동안 단계 b)의 유백색 현탁액을 유지하는 단계; 및
    d) 단계 c)의 투명 용액을 폐수에 첨가하여 불순물을 응고 및 응집시키는 단계
    를 포함하는, 물을 처리하여 불순물을 제거하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 PACS가 0.5 중량% 이상의 술페이트 함량 및 55% 이상의 염기도를 포함하고, 상기 용액이 0.1 중량% 미만의 염화나트륨 및 0.1 중량% 미만의 황산나트륨을 포함하는 것인 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 PACS가 하기 화학식 I를 포함하며,
    <화학식 I>
    Figure pct00007

    상기 식에서,
    x는 1.78 이상 2.02 이하이고;
    y는 0.03 이상 0.45 이하이고;
    x+y/2는 1.8 이상 2.1 이하이고;
    상기 PACS가 55% 내지 70% 염기도를 갖는 것인 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 PACS가,
    Al:S04 = 2 내지 34이고;
    Al:Cl = 0.9 내지 3.0이고;
    Al:OH = 0.5 내지 0.6인 것
    을 포함하는 것인 방법.
  31. 제1항에 있어서, 폴리알루미늄 클로로술페이트가 건조물인 조성물.
  32. 제1항에 있어서, 55-70% 염기성의 염기도 및 14% 초과의 Al2O3을 갖는 조성물.
  33. 제32항에 있어서, 15% 초과의 Al2O3을 갖는 조성물.
  34. 제33항에 있어서, 16% 초과의 Al2O3을 갖는 조성물.
  35. 제33항에 있어서, 17% 초과의 Al2O3을 갖는 조성물.
  36. 제33항에 있어서, 18% 초과의 Al2O3을 갖는 조성물.
  37. 제1항에 있어서, 55-70% 염기성의 염기도 및 3.0 미만의 Al 대 S04의 비를 갖는 조성물.
  38. a) 1.5 이하의 수화 몰수를 갖는 알루미늄 히드록시클로라이드를 물 중에서 황산알루미늄과 혼합하여 수성 유백색 현탁액을 형성하며, 여기서 건조 중량을 기준으로 하여 알루미늄 히드록시클로라이드 대 황산알루미늄의 비가 0.75-20 부의 알루미늄 히드록시클로라이드 대 1 부의 황산알루미늄인 단계; 및
    b) 상기 유백색 현탁액이 투명 내지는 약간 혼탁한 용액을 형성하도록 하기에 충분한 기간 동안 단계 a)의 유백색 현탁액을 유지하는 단계
    의 방법에 의해 제조되는 폴리알루미늄클로로술페이트 (PACS)를 포함하는 조성물이며,
    여기서 상기 PACS는 0.5 중량% 이상의 술페이트 함량 및 55% 이상의 염기도를 갖는 것인, 0.1 중량% 미만의 염화나트륨 및 0.1 중량% 미만의 황산나트륨을 포함하는, 폴리알루미늄클로로술페이트 (PACS)를 포함하는 조성물.
  39. 제38항에 있어서, 상기 알루미늄 히드록시클로라이드가 1.0 이하의 수화 몰수를 갖는 것인 조성물.
  40. 제5항에 있어서, 상기 알루미늄 히드록시클로라이드가 1.5 이하의 수화 몰수를 갖는 것인 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 알루미늄 히드록시클로라이드가 1.0 이하의 수화 몰수를 갖는 것인 방법.
  42. 제10항에 있어서, 상기 알루미늄 히드록시클로라이드가 1.5 이하의 수화 몰수를 갖는 것인 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 알루미늄 히드록시클로라이드가 1.0 이하의 수화 몰수를 갖는 것인 방법.
  44. 제14항에 있어서, 상기 알루미늄 히드록시클로라이드가 1.5 이하의 수화 몰수를 갖는 것인 패키지.
  45. 제44항에 있어서, 상기 알루미늄 히드록시클로라이드가 1.0 이하의 수화 몰수를 갖는 것인 패키지.
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