[发明专利]一种高A113含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法及装置

说明书

技术领域：

本发明属于环保领域，特别涉及一种高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法及装置，适用于各种污染严重的工业废水和生活污水的处理。

背景技术：

在废水处理中，混凝技术是其中得到最为广泛应用的技术之一。混凝剂是混凝技术的关键。按其化学性质可以大致区分为两大类，即无机与有机混凝剂。由于有机高分子絮凝剂存在毒性问题，且价格高昂。无机混凝剂具有无毒(或低毒)、价廉、原料易得等多方面的优点，在混凝技术中占据极其重要的地位，一直来得到广泛的应用。在传统无机盐基础上发展起来的无机高分子絮凝剂，作为一类新型水处理药剂，经历了近四十多年的研制开发逐渐形成了铝系、铁系以及多类复合型品种。但存在着较多的问题，且质量参差不齐，多数产品稳定性较差。聚合铝作为一种新型高效水处理药剂，在国内外已得到迅速发展并成为目前产量最大，应用范围最广的主流水处理药剂。但是无论哪种类型的无机高分子絮凝剂，其主体成分仍然是具有高价态的羟基聚合铝离子。其中起主要决定作用的成分为Al13形态。现行主流聚合铝产品质量参差不齐，Al13的含量仍然很低(仅在15一50％)。常见的以三氯化铝为原料的生产方法主要有以下两种：(1)中和法。在三氯化铝溶液中加入氢氧化钠、石灰、石灰石、碳酸钠等固体碱性物质，不同的加碱量可以得到不同碱化度的聚合铝产品，这种方法的实际生产不易控制，产品质量不够稳定。

(2)电渗析法(日本公开特许昭和49一24353；昭和49一24355)。这种方法利用了水的电解和离子交换膜的选择性透过原理，以三氯化铝为原料制取聚合氯化铝，这种方法工艺复杂，制造的产品质量完全于依赖于离子交换膜的质量。

(3)热分解法日本专利昭和49一43477；德国专利10271311，公开了三氯化铝晶体在加热条件下，发生分解反应，可以生成聚合氯化铝的方法，这种方法的生成设备庞大，分解温度也不宜过高，否则易产生三氧化二铝，所以成品的碱化度一般在50％以下，分解效率也较低。

实验室中以微量滴碱或缓慢加碱方式可制备出高Al13含量的PAC。但使用传统的方式进行反应时，常规的加碱速度往往使反应体系中局部碱浓度过大，由于Al的水解速度极快，在这种条件下所形成的反应产物非目标产物Al13；通过缓慢加碱配合强烈混合以减小局部碱浓度过大，效率太低。微量加碱法可得到Al₁₃含量较高(80％以上)的聚合氯化铝(PAC)，且有较好的可重复性，但该法采用较低浓度的AlCl₃和NaOH溶液和极慢的加碱速度，存在反应时间长(20h以上)，总铝浓度低(≤0.1mol/L)等缺点。由于不同碱化度的PAC所需碱量不同，采取恒定加碱速率的方法合成不同指标的PAC也存在一些不确定影响因素。因此，有必要对该方法进行改进，提高反应速度，缩短反应时间，并提高其总铝浓度。

发明内容

本发明的目的是要克服以微量滴碱或缓慢加碱方式耗时太长、效率低，电渗析法工艺复杂，中和法产品质量不稳定的缺点。提供一种高碱化度、高Al13含量并具有优异絮凝性能的聚合氯化铝合成方法及产品。

一种高Al13含量高浓度的聚合铝水溶液的制备方法，其中按制备产品的要求，将AlCl₃配成浓度为0.5-3mol/L、NaOH配成浓度为0.5-5mol/L的溶液，在AlCl₃溶液中不断加入NaOH进行混合反应，最终AlCl₃与NaOH原料当中NaOH与三氯化铝摩尔比值为0.2-3.5，反应温度为40-100℃，反应时间1-10小时，熟化时间5-24小时。

具体工艺为用泵将AlCl₃溶液从反应釜抽出，在静态混合器和混合阀前注入NaOH溶液，调节混合阀开度，使混合压差0.01-0.1Mpa，使AlCl₃溶液和NaOH充分混合，然后进入超声波混合器，超声波混合器超声强度为0.5-5W/cm2，进一步混合反应后进入带搅拌的反应釜，再将反应釜中的反应产物用泵抽入混合阀前与NaOH溶液混合反应，再进入超声混合器后入反应釜，到了预定反应时间后可从釜底放出，反应后的溶液常温熟化5-24小时即可。