一种无结垢聚氯化铝的制备方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地，涉及一种无结垢聚氯化铝的制备方法。

背景技术

国内资源综合利用行业大量采用两步法生产聚合氯化铝，其生产中的常规方法是，在10-100立方的间歇反应釜中，一定量配比的盐酸+氢氧化铝污泥，在90℃条件下反应生成带有酸度的氯化铝再加入铝酸钙粉，蒸汽加热并在90-95℃搅拌保温0.5-1小时后，进行压滤，制得成品聚氯化铝，并压滤出未反应完全或不发生反应的含铝的次生危废残渣。该工艺存在的问题是，一、需要大量消耗蒸汽来进行物料加热，促进氯化铝聚合；二、间歇生产，无法提高生产效率；三、聚氯化铝液体产品中有易结晶的钙盐，在压滤后进入产品中，特别是氢氧化铝污泥中带入硫酸根的情况下，产品在存贮和使用过程中，因产品降温等因素在存贮容器或管道壁、阀门等处形成钙盐的结晶，易堵塞管道或卡住阀门，需要定期拆解管道或进入存贮容器中进行清理，增加了人工成本。

现有技术公开了一种免加热生产聚氯化铝的方法，具体步骤如下：(1)将傅克反应氯化铝废液、含铝盐酸、工业盐酸、水依次加入保温反应釜中，配制成混合酸，使得混合酸Al

发明内容

本发明的目的是克服现有聚合氯化铝生产工艺无法解决聚氯化铝产品结晶问题的缺陷和不足，提供一种无结垢聚氯化铝的制备方法，采用高速分散的连续法生产工艺，通过加入PAA来抑制硫酸钙的结晶，既解决了生产的间歇性问题，也解决了产品存在的结晶问题。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1.将氢氧化铝污泥与盐酸反应得到氯化铝液体；

S2.在氯化铝液体中加入PAA，以1450-2900r/min的转速高速分散；

S3.控制1450-5000r/min的分散速率，分批次加入铝酸钙粉，使反应溶液的盐基度控制在50±5，三氧化二铝的含量控制在8～10％，聚合反应后固液分离得到无结垢聚氯化铝，

其中，S2中PAA的加入量大于等于氯化铝液体质量的0.05％。

其中，需要说明的是：

盐基度：引起聚氯化铝形态多变的基本成分是OH离子，衡量聚氯化铝中OH离子的指标叫盐基度(Basicity，缩写为B)，又叫做碱化度，羟铝比。通常将盐基度定义为聚氯化铝分子中OH与Al的当量百分比(〔OH〕/〔Al〕×100(％))的三分之一。

PAA聚丙烯酸，分子式为[C

S3中铝酸钙粉分批次加入的目的是为了使每一批加入的铝酸钙能及时与反应掉，以免因为加入太快而造成铝酸钙粉在液体中聚团而造成对设备的磨损和伤害。同时在加入铝酸钙粉时，会因为其中的碱性物质与酸性物质发生放热反应而逐步提高其中的温度，高速分散的过程也会因为机械能转化成热能而使混合液体逐步提高温度，因此均需要协同控制。

本发明的无结垢聚氯化铝的制备方法是利用氢氧化铝污泥制备聚氯化铝，氢氧化铝污泥中含有硫酸根，在加入铝酸钙粉后容易产生硫酸钙结晶，本发明通过本发明通过高速分散法免加热的工艺方法，解决了铝酸钙粉生产聚氯化铝中常见的能耗大，工艺难以连续生产的问题，同时因为PAA的存在又抑制了结晶的形成，即使少量形成的结晶也处于疏松状，无法在管道或容器内壁附着，从而解决了聚氯化铝产品存在的结晶问题。

聚合氯化铝成品液可以利用卧螺离心机，进行固液分离，控制为3000r/min左右的转速。

在具体实施方式中，优选地，S1中氢氧化铝污泥与盐酸的质量比为2～2.5:1。

其中，需要说明的是，为了使氢氧化铝污泥能更好的与酸发生反应，使污泥完全反应，步骤S1中加入盐酸也可优选采用分批次投加。

盐酸的加入是为了使氢氧化铝污泥完全被盐酸溶解转化成氯化铝，污泥的加入量与氢氧化铝污泥中的三氧化二铝含量有关，三氧化二铝含量高的污泥则投加比降低，比例不对，可能造成污泥中的铝无法完全反应掉或酸度太高，造成盐基度太低。

在具体实施方式中，优选控制S1中氯化铝液体的液体温度≥60℃。

铝酸钙粉在60℃以上，会加快反应速度而减少铝酸钙粉本身造成的结块，同时因为在此温度以上，放出的热量都用于激发体系的反应速度，加快铝酸钙粉中铝溶出，且因为在60-80℃的环境下，硫酸钙晶须晶核的生成是较慢的，因此综合考虑控制其温度在60℃以上。

进一步优选地，S1中氯化铝液体的液体温度为60～80℃。

在具体实施方式中，优选S1中氯化铝液体的盐酸酸度控制在1-2.5％。

控制酸度的主要原因是，加入铝酸钙粉后，其中的氧化钙在中和掉大部分酸之后，有多余的OH

优选地，S2中PAA的加入量为氯化铝液体质量的0.05～0.1％。

优选地，S3中铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的7～10％。

铝酸钙粉的加入量，一是可以调节产品的铝含量，二是铝酸钙粉中的氧化钙可以在反应中提供氢氧化钙，从而提供盐基度所需的OH

在具体实施方式中，铝酸钙粉分批次加入氯化铝液体中，优选分四次加入。

优选地，S3中聚合反应温度为60～80℃，反应时间1～2h。

温度区间避开结垢的主要成份硫酸钙晶须的最适宜生成温度范围，同时在这个温度范围内，聚氯化铝可以进行聚合。

本发明的聚合反应温度优选为60～80℃，相对于90℃以上的高聚合温度，低温聚合不仅可以节约能源，且PPA在低温聚合条件下更有利于抑制产品中钙盐结晶。

优选地，所述氢氧化铝污泥的硫酸根质量含量为3.77～4.05％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的无结垢聚氯化铝的制备方法采用高速分散法无需蒸汽加热制备聚合氯化铝，且在低温聚合工艺下加入了PAA，解决了聚氯化铝产品中钙盐结晶的问题。

附图说明

图1为对比例1的硫酸钙晶须光学显微镜照片

图2为对比例2的PAC中未加入PAA垢样SEM图。

图3为对比例2的PAC中未加入PAA垢样实物图。

图4为实施例5PAC中加入PAA后垢样SEM图。

图5为实施例5PAC中加入PAA后垢样实物图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。

其中，本发明所采用的氢氧化铝污泥的成分具体见下表1：

表1

铝泥的成份表中硫酸根含量与结垢性能相关。

其中，氢氧化铝污泥1～6分别用于实施例1～6，氢氧化铝污泥7用于对比例。

实施例1

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1：取氢氧化铝污泥和盐酸为原料、原料中氢氧化铝污泥和盐酸的质量比2：1，在常温下反应得到氯化铝液体，氯化铝液体的液体温度控制60℃，氯化铝液体的盐酸酸度控制在2％；

S2：反应完成后，取制得的氯化铝液体，加入PAA，PAA的加入量为氯化铝液体质量的0.05％，进入反应釜进行初级高速分散，控制为2000r/min的分散速率；

S3：在二三四五级反应釜中，依次分四批加入定量的铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的10％，控制为5000r/min的分散速率，使反应溶液的盐基度控制在50，三氧化二铝的含量控制在10％，在60℃下反应2h后，液体泵入卧螺离心机，进行固液分离，完成全部生产过程，得到无结垢聚氯化铝。

实施例2

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1：取氢氧化铝污泥和盐酸为原料、原料中氢氧化铝污泥和盐酸的质量比2：1，在常温下反应得到氯化铝液体，氯化铝液体的液体温度控制60℃，氯化铝液体的盐酸酸度控制在2％；

S2：反应完成后，取制得的氯化铝液体，加入PAA，PAA的加入量为氯化铝液体质量的0.1％，进入反应釜进行初级高速分散，控制为2000r/min的分散速率；

S3：在二三四五级反应釜中，依次分四批加入定量的铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的10％，控制为5000r/min的分散速率，使反应溶液的盐基度控制在50，三氧化二铝的含量控制在10％，在60℃下反应2h后，液体泵入卧螺离心机，进行固液分离，完成全部生产过程，得到无结垢聚氯化铝。

实施例3

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1：取氢氧化铝污泥和盐酸为原料、原料中氢氧化铝污泥和盐酸的质量比2：1，在常温下反应得到氯化铝液体，氯化铝液体的液体温度控制60℃，氯化铝液体的盐酸酸度控制在2％；

S2：反应完成后，取制得的氯化铝液体，加入PAA，PAA的加入量为氯化铝液体质量的0.05％，进入反应釜进行初级高速分散，控制为2000r/min的分散速率；

S3：在二三四五级反应釜中，依次分四批加入定量的铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的10％，控制为5000r/min的分散速率，使反应溶液的盐基度控制在50，三氧化二铝的含量控制在10％，在80℃下反应2h后，液体泵入卧螺离心机，进行固液分离，完成全部生产过程，得到无结垢聚氯化铝。

实施例4

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1：取氢氧化铝污泥和盐酸为原料、原料中氢氧化铝污泥和盐酸的质量比2：1，在常温下反应得到氯化铝液体，氯化铝液体的液体温度控制60℃，氯化铝液体的盐酸酸度控制在1％；

S2：反应完成后，取制得的氯化铝液体，加入PAA，PAA的加入量为氯化铝液体质量的0.05％，进入反应釜进行初级高速分散，控制为2000r/min的分散速率；

S3：在二三四五级反应釜中，依次分四批加入定量的铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的10％，控制为5000r/min的分散速率，使反应溶液的盐基度控制在50，三氧化二铝的含量控制在10％，在60℃下反应2h后，液体泵入卧螺离心机，进行固液分离，完成全部生产过程，得到无结垢聚氯化铝。

实施例5

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1：取氢氧化铝污泥和盐酸为原料、原料中氢氧化铝污泥和盐酸的质量比2：1，在常温下反应得到氯化铝液体，氯化铝液体的液体温度控制60℃，氯化铝液体的盐酸酸度控制在2％；

S2：反应完成后，取制得的氯化铝液体，加入PAA，PAA的加入量为氯化铝液体质量的0.05％，进入反应釜进行初级高速分散，控制为2000r/min的分散速率；

S3：在二三四五级反应釜中，依次分四批加入定量的铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的7％，控制为5000r/min的分散速率，使反应溶液的盐基度控制在50，三氧化二铝的含量控制在10％，在60℃下反应2h后，液体泵入卧螺离心机，进行固液分离，完成全部生产过程，得到无结垢聚氯化铝。

实施例6

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1：取氢氧化铝污泥和盐酸为原料、原料中氢氧化铝污泥和盐酸的质量比2：1，在常温下反应得到氯化铝液体，氯化铝液体的液体温度控制60℃，氯化铝液体的盐酸酸度控制在2％；

S2：反应完成后，取制得的氯化铝液体，加入PAA，PAA的加入量为氯化铝液体质量的0.05％，进入反应釜进行初级高速分散，控制为1450r/min的分散速率；

S3：在二三四五级反应釜中，依次分四批加入定量的铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的10％，控制为1450r/min的分散速率，使反应溶液的盐基度控制在50，三氧化二铝的含量控制在10％，在60℃下反应2h后，液体泵入卧螺离心机，进行固液分离，完成全部生产过程，得到无结垢聚氯化铝。

实施例7

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1：取氢氧化铝污泥和盐酸为原料、原料中氢氧化铝污泥和盐酸的质量比2：1，在常温下反应得到氯化铝液体，氯化铝液体的液体温度控制60℃，氯化铝液体的盐酸酸度控制在2％；

S2：反应完成后，取制得的氯化铝液体，加入PAA，PAA的加入量为氯化铝液体质量的0.2％，进入反应釜进行初级高速分散，控制为2000r/min的分散速率；

S3：在二三四五级反应釜中，依次分四批加入定量的铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的10％，控制为5000r/min的分散速率，使反应溶液的盐基度控制在50，三氧化二铝的含量控制在10％，在60℃下反应2h后，液体泵入卧螺离心机，进行固液分离，完成全部生产过程，得到无结垢聚氯化铝。

对比例1

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1：取氢氧化铝污泥和盐酸为原料、原料中氢氧化铝污泥和盐酸的质量比2：1，在常温下反应得到氯化铝液体，氯化铝液体的液体温度控制60℃，氯化铝液体的盐酸酸度控制在2％；

S2：反应完成后，取制得的氯化铝液体加入反应釜进行初级高速分散，控制为2000r/min的分散速率；

S3：在二三四五级反应釜中，依次分四批加入定量的铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的10％，控制为5000r/min的分散速率，使反应溶液的盐基度控制在50，三氧化二铝的含量控制在10％，在60℃下反应2h后，液体泵入卧螺离心机，进行固液分离，完成全部生产过程，得到无结垢聚氯化铝。

对比例2

一种无结垢聚氯化铝的制备方法，包括如下步骤：

S1：取氢氧化铝污泥和盐酸为原料、原料中氢氧化铝污泥和盐酸的质量比2：1，在常温下反应得到氯化铝液体，氯化铝液体的液体温度控制60℃，氯化铝液体的盐酸酸度控制在2％；

S2：反应完成后，取制得的氯化铝液体，加入PAA，PAA的加入量为氯化铝液体质量的0.03％，进入反应釜进行初级高速分散，控制为2000r/min的分散速率；

S3：在二三四五级反应釜中，依次分四批加入定量的铝酸钙粉，铝酸钙粉的加入量为氯化铝液体质量的10％，控制为5000r/min的分散速率，使反应溶液的盐基度控制在50，三氧化二铝的含量控制在10％，在60℃下反应2h后，液体泵入卧螺离心机，进行固液分离，完成全部生产过程，得到无结垢聚氯化铝。

结果检测

对上述实施例和对比例的制成的聚氯化铝，各取一升样品，放置七天，观察容器壁所产生的结垢情况并将结垢烘干至衡重，用万分之一天平称量结垢重量。

表1 1升产品净置7天后的结垢外观与结垢重量称重表

从表1可以看出，在使用PAA后，对于结垢的情况会大有好转，其结垢的外观呈现出灰黄色的泥浆状，接触即脱落。未用PAA的产品，在容器壁形成大量白色难溶的晶状物质，且附着在容器壁上难脱落。说明PAA在高速分散工艺的聚氯化铝中可以达到很好的阻垢分散效果，达到无结垢的目的。

而对比例1中未加入PAA，显然产生了白色晶体状的硫酸钙晶须，其光学照片如图1所示。整体的PAC中未加入PAA垢样的SEM图及实物图分别如图2和图3所示。

对比例为2中PAA的加入量过低，其出现了灰黄色与白色晶状体混杂的现象，显然也产生了硫酸钙晶须，出现了大量结垢现象，结垢质量在1.7543g，远大于本发明的结垢质量。

图4为实施例5PAC中加入PAA后垢样SEM图，图5为PAC中加入PAA后垢样实物图，其他实施例的垢样SEM图和实物图与实施例5相同。

对比实施例和对比例2可以看出，未加入PAA的垢层结晶成针状，致密度高，与容器壁与存放池壁的结晶形貌相似。而加入PAA的垢层则表现出形状无规则，表面粗糙疏松易脱落，说明了PAA的加入对结垢起到了晶格畸变作用，且在管壁结垢的量大大减少。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。