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聚磷氯化铝的生产方法

在现代的用水和废水处理技术中,混凝过程占有十分重要的地位,一般认为混凝是混合、凝聚、絮凝等几种作用先后综合进行的过程,其主要作用是把水中呈分散状态的微粒杂质聚集成为较粗粒的絮凝体,从而便于利用沉淀、过滤或其他方法把它们分离出去,混凝过程中所投加的主要药剂称为混凝剂。混凝过程在生活饮用水和各种工业用水的除浊、除色处理中,是不可缺少的环节,另外在软化、除铁、锰、除臭味、除藻类、除细菌、病毒、除硅等处理中也经常采用。近年来在生活污水、工业废水处理中的应用也日益广泛。混凝过程达到高效能的关键在于恰当地选择和投加性能优良的混凝剂。
铝盐是最常用及应用最广泛的无机金属盐混凝剂,例如硫酸铝作为混凝剂已有很久的历史,在水处理实践中,随着人们对铝盐混凝作用机理以及在水中行为的认识加深,逐步发展形成预制的聚合铝混凝剂。聚合铝类制品比普通铝盐有更高的凝聚能力和净水作用,在七十年代开始用于水处理技术中。为了使混凝效能进一步提高,研究者们曾用H2SO4、H3HO4、H2SiO3等酸的多价阴离子活化碱式铝盐而制得高效复合絮凝剂,但用酸活化易使pH下降,不易控制,若用碱反调pH值则使制品中盐含量增加。pH值降低将影响制得溶液的稳定性。
一种制造聚磷氯化铝的新方法,克服上述复合混凝剂的不足之处,使其制品具有更高的混凝效能,长期稳定性好等优点。
本法的主要特点是在聚合氯化铝中直接引入磷酸盐多价阴离子,其通式为[A14(OH)2nCl7-2n P04]m或(Alz(OH)n Cl4-n HPO4]m,其中,n=2-4,m≤5。制作方法包括如下步骤:
1.将聚合氯化铝溶液进行浓度、碱化度调整;
2.将磷酸盐溶液加入所说的调整好的聚合氯化铝溶液中搅拌使其进行反应;
3.将第二步骤中的反应物料保温熟化后,得到聚磷氯化铝溶液。
若需要固化制品时可在上述第三步骤之后增加固化步骤,即可得到聚磷氯化铝固体制品。
本法制得水溶性聚磷氯化铝混凝剂,在其形态结构中增加了新的比聚合氯化铝电荷更高、分子量更大的若干多核络合物,其长期稳定性较好,适用于用水与废水的净化处理,其功效优于普通聚合氯化铝,在使用过程中不引起处理后水中含磷的增加,具有广阔的开发应用前景。
所用的聚合氯化铝的制造方法较多,例如:1.用含铝矿石盐酸溶解;2.金属铝以盐酸分解;3.氢氧化铝酸溶;4.废铝灰盐酸溶解法。对聚合氯化铝的制造方法并无特殊要求,但用以制造聚磷氯化铝的聚合氯化铝溶液必须是:(1)新制液;②透明无杂质。采用废铝灰盐酸溶解制造聚合氯化铝,因固液分离困难,此法制作之聚合氯化铝不宜继续用作制造聚磷氯化铝之用。
通常磷酸根与铝离子反应很容易生成水不溶的磷酸铝沉淀,为避免生成此种沉淀,聚合氯化铝之浓度不宜超过3M,碱化度在OH/Al约1-2范围内;磷酸盐溶液浓度在0.1-0.4M范围内,而且应使聚合氯化铝与磷酸盐溶液在40℃以下充分混合均匀才能开始升温反应,P/Al为磷酸根与总铝之摩尔比不宜超过0.25。
当聚合氯化铝之碱化度太低,OH/Al<1时,需加碱或相应方法调整其碱化度,使之达到OH/Al>1,当聚合氯化铝中含有少量铁络合物时,不影响聚磷氯化铝的制作及制品的品质。
在聚合氯化铝溶液中加入磷酸盐溶液并搅拌均匀后,使反应物料在温度为50-120℃下反应2-8小时后成为透明液体,再经8-24小时的保温熟化,熟化温度40-100℃,便可制得聚磷氯化铝溶液,此工艺简单易行,无需特殊的混合与反应设备,反应后不需要固液分离。若要制成固体制品,其固化手段可直接采用聚合氯化铝生产之固化手段。
这样得到的聚磷氯化铝为透明溶液状,可耐长期贮存而保持稳定,亦即本发明制品在-5℃,3个月,在常温,一年置放仍稳定,在更长时间预计仍可保持稳定。
聚磷氯化铝溶液之pH值较之聚合氯化铝稍有降低,但不致影响溶液的稳定性。随P/Al比增大,pH值稍有下降,制品的pH值和其浓度、聚合氯化铝的碱化度有关,合格制品之pH值在3.6-5.0范围,按1重量/体积%稀释测定值(以下均同此)比重在1.040-1.200g/ml范围。
当聚合氯化铝之碱化度较高,P/Al比较大时,处理不当则容易出现不可逆的白色沉淀。因此,为避免此种情况发生,要求严格协调各反应条件,比如适当降低反应物浓度,降低混合温度等。在用化学品为原料以及金属铝为原料制作聚磷氯化铝时均未出现不可逆的磷酸铝沉淀,而保持稳定溶液状态。
本法制品为一定浓度的溶液或粉末或颗粒状,没有副产品产生。
对聚磷氯化铝,除与聚合氯化铝相同的指标外,提出碱磷化度(Bp)用以表征制品络合形态的统计概念,其计算式Bp=B*(3-L)(P/Al),B*为碱化度,碱磷化度Bp又是与聚合氯化铝比较絮凝效能的基准。
聚磷氯化铝制作实施例。
实施例I
用化学纯试剂制作聚磷氯化铝
新制聚合氯化铝溶液:浓度按Al计,1.5M;碱化度:OH/Al,1.5。
磷酸氢二钠溶液:浓度0.4M。
使用冷凝回流装置以保持反应物浓度不变,按P/Al:0.1制作聚磷氯化铝,新制聚合氯化铝溶液72.7毫升冷却后,在激烈搅拌下加入28.3毫升磷酸氢二钠溶液,充分混匀,此时,溶液中有颗粒物出现,升温至80℃以上反应数小时后制得透明聚磷氯化铝溶液,此制品之pH值为4.60,比重为1.133g/ml,浓度按Al计为1.09M,碱磷化度Bp为1.7。干燥固化为淡绿色颗粒物。
实施例2
用金属铝为原料制作聚磷氯化铝
用金属铝以盐酸分解制得聚合氯化铝溶液为淡棕黄色溶液,浓度按Al计:2.0M。
碱化度OH/Al:1.59。
磷酸氢二钠溶液浓度:0.4M。
按P/Al:0.1制得淡棕黄色的聚磷氯化铝透明溶液,制品之pH为4.40,比重为1.171g/ml,浓度按Al计为1.33M,碱磷化度Bp为1.66。干燥固化为黄色颗粒物。
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