[发明专利]聚氯化铝和碱式氯化铝，方法和组成：高碱度和超高碱度产品

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2006年1月6日提交的William E.Pratt和Joseph J.Stevens的题为“提高聚金属卤化物的碱度的方法(Process forIncreasing the Basicity of Polymetal Halides)”的美国序列号60/756,848(代理人案件号186931/US)的优先权。 

该申请还根据35 U.S.C.§119(e)要求2006年10月17日提交的WilliamE.Pratt和Joseph J.Stevens的题为“聚氯化铝和碱式氯化铝，方法和组成：高碱度和超高碱度产品(Polyaluminium chloride and Aluminum Chlorohydrate，Process m≥1。 

发明领域

本发明涉及通过电渗析生产高碱度聚氯化铝和碱式氯化铝的方法。 

发明背景 

聚氯化铝(PAC)是符合以下通式的一类化合物的命名： 

Al_m(OH)_nCl_3m-n

其中0＜n≤3m，m≥1。中和度(即OH与Al的比值)称为碱度。对于聚氯化铝，碱度定义为n/3m。 

聚氯化铝的溶液化学是复杂的。尽管多核铝物质的形成已经研究了超过一个世纪，但是关于铝聚合反应和所得产物的组成仍然有许多争论。一般来说，已经知道这些物质在溶液中形成各种低聚物和聚合物。碱度是确定分子物质的分布的主要因素；低碱度有利于低分子量物质，高碱度有利于高分子量物质。温度和浓度也会影响分子物质的分布，但是预见性较差。 

可以根据生产中所用的制造技术将PAC宽泛地分为三类碱度。碱度约为1％至45％的低碱度PAC通过众所周知的三水合铝(Al₂O₃-3H₂O)与盐酸或氯化铝反应制得。碱度约为45％至65％的高碱度PAC通过两种方法制得。第一种方法称为中和方法，是依靠氯化铝或低碱度PAC与碱反应完成。第二种方法称为氧化方法，是依靠盐酸或氯化铝或低碱度PAC与铝金属反应完成。而碱度约为65％至83％的超高碱度PAC(包括ACH)通过氧化方法制得(即盐酸或氯化铝或低碱度PAC与铝金属反应)。根据制造PAC的这些常规方法，高碱度和超高碱度产品的制造成本高于低碱度产品的制造成本。碱度增加造成成本升高，是由于与其它铝源相比，铝金属的花费较高(在氧化方法中)，并且在中和步骤中浪费的酸和碱的花费较高(见下文)。 

聚氯化铝用于许多应用中，包括催化剂、水处理和止汗药。这些应用中的各应用依靠PAC中和形成不溶性氢氧化铝。尽管碱度在约1％至83％之间的产品具有工业应用性，但是具有更高碱度的产品通常具有更高的应用性。因此，催化剂应用倾向于碱度约83％的PAC，止汗药应用倾向于碱度约为65％至83％的PAC，水处理应用倾向于碱度约为50％至83％的PAC。工业上感兴趣的最高碱度的PAC是碱度约为83％的聚氯化铝，称为碱式氯化铝(ACH)；其化学式为Al₂(OH)₅Cl。 

要满足这些应用对产品的要求，还面临着很多困难。通常，与低浓度产物相比，高浓度(即高Al₂O₃含量)产物是优选的。因此，催化剂应用需要Al₂O₃含量约为23.5％Al₂O₃的产物。止汗药应用通常使用干燥的商品，而产生高Al₂O₃含量的方法是理想的，以最大程度降低蒸发成本。在水处理应用中，与替代产品相比，PAC通常更有效，产生较少的副产物淤浆，沉降更迅速，在冷水中工作效果更好，将水的pH降低到更低的程度。在此应用中，通常倾向于使用低Al₂O₃含量的高碱度PAC产品。这些产品的特性在水处理中是共有的，因为该产品应用能够容忍其它惰性盐的存在，因为这类产品是通过中和方法经济地制备的。 

相对于低碱度产品，通常优选高碱度(或超高碱度)产品。而且，相对于低Al₂O₃含量产品，通常优选高Al₂O₃含量产品。在许多情况中，优选的是具有高Al₂O₃含量的高碱度(或超高碱度)产品。