[发明专利]聚合碱式硅硫酸铝

说明书

本发明涉及一系列新款的聚合碱式硅硫酸铝（PASS）及其制备工艺。这些产品用于若干工业部门，例如水处理，纸浆和造纸，或任何可以应用从这样一种聚合物所产生出来的氢氧化铝凝胶系统的场合。

各种含铝化合物常用作污水处理工厂的沉淀剂。使用最广的水处理化学药品之一就是硫酸铝，在商业上大都称之为明矾（这或许是错误的）。这些化合物在水的净化处理中专门用作絮凝和凝结剂。尽管明矾被广泛应用，它还是存在一些缺点，即它的低温性能不好，它的高碱度要求和潜在的高浓度的残余可溶性铝化合物。

近来对碱式聚合硫酸铝的研制提供了一些产品，这些产品克服了硫酸铝上述的大部分问题。然而，当碱式聚合硫酸铝的应用有关的主要问题就是该溶液的稳定性。这种问题在于碱式聚合硫酸铝的水溶液在它形成后仅经短时间就逐渐形成金属盐的沉淀或者变浑浊或部分地胶凝。在出现这种情况时，在大多数应用场合这些溶液常常可能不再能用或者效果很差。因此，除非按某种方式使它们稳定，否则碱式聚合硫酸铝溶液必须在制备后极短时间内使用。这显然是一种严重的缺陷，因为大多数工业部门需要这样的化学药品，即这种化学药品在长时间内是稳定的，以便它们可以按照适当的数量加以贮存并且当需要时可以使用。

制备聚合硫酸铝溶液的传统方法通常是用氢氧根部分中和硫酸铝的方法进行。这些氢氧根来自石灰、苛性钠、纯碱、氢氧化铵或其他碱性物质，pH值大约从3.5至4.3，典型的pH值为3.8，因为氢氧化铝在3.8pH以下不沉淀。

也可以加入象磷酸盐或氯化物那样的稳定剂，以便部分地取代硫酸根，或者可以单独地加入诸如庚糖酸钠、柠檬酸、山梨糖醇、柠檬酸钠、酒石酸钠、葡萄糖酸钠以及类似的有机络合剂以稳定铝盐水溶液。在加拿大专利1123306，1203364，1203664和1203665中以及美国专利4284611和4536384中发表过这种稳定和中和技术。

当使用在已有技术中所述工艺时，人们常常会遇到一种重要的副产物损耗问题。象硫酸钙、硫酸钠和硫酸铵这样化合物浓度在20%至30%（按重量计）将作为副产物而出现。损失的确切的百分比将取决于所生成溶液的碱度和所使用的碱性材料的种类。此外，当使用石灰作为碱性材料时还会出现混合和可能发生过滤问题。最后，当硫酸钠作为一种副产物形成时，还可能出现结晶问题。

在1975年7月出版的英国专利UK1399598中公开了另一种制造一种完全溶解于盐酸的复合碱式金属铝硅酸盐材料。当这种方法也使用强剪切混合时，这种工艺和产物就与本发明不同，仅在于两个组分，即碱性硅酸钠和酸性硫酸铝被混合（第1页第59行到第62行），这是在高度稀释的情况下，（第2页第35行至第37行）进行，以便形成一种稳定的分散状态而不是溶液（第2页第82行至第84行），这最好是在将这种产物注入待处理水之前制备（第3页，第97行到107行）。

在贮存象聚合硫酸铝这样的铝基产物时所碰的最重要的问题之一就是在制备所要求的产物后的2至30天内有相当数量的氢氧化铝沉淀，不管它是加了稳定剂还是没有加。尽管导致氢氧化铝沉淀的水解率是随制备的方法和温度以及稳定剂的选择而变化，但是在大多数情况下这是主要问题。

因此，人们非常希望得到一种适于作水处理剂并能长期保存而不会出现明显的效能损耗的铝基产物。

根据本发明提供了一种碱式多核羟基硅硫酸铝复合物（PASS），具有如下平均组成：

Al_A（OH）_B（SO₄）_C（SiO_X）_D（H₂O）_E其中

A为1.0;

B为从0.75至2.0;

C为从0.30至1.12;

D为从0.005至0.1;

X大于2.0但小于或等于4.0，以便3＝B+2C+2D（X-2）;以及当产品为水溶液状态时E大于4。

这种复合物的水溶液状态的碱度通常分布在25-66%的范围内，更常见的是在40-60%的范围内。

另外，在本发明的范围之内，还包括本发明复合物（PASS）的制备工艺方法。这种方法包括使硫酸铝与碱金属硅酸盐和碱金属铝酸盐在水溶液中并在强烈剪切混合条件下相互反应以及回收所要求的这种产品。进一步讲，本发明还包括按照使悬浮或溶解的固体在一种水溶液系统中或絮凝或凝结或沉淀的方法使用这种产品。