专利名称：高效净水剂的生产方法及其产品聚硫氯化铁铝的制作方法
技术领域：
本发明涉及无机高效净水剂的生产方法和用于生活用水、工业用水、工业废水等净化处理及油水分离用的高效净水剂聚硫氯化铁铝产品。
众所周知，人民生活、工业生产、环境保护等领域都离不开净水剂。传统的净水剂有明矾、硫酸铝、氯化铝、氯化铁、硫酸铝等。日本于六十年代率先开始工业化生产应用无机高效净水剂聚氯化铝(pAC)、聚硫氯化铝(pAC-S)，但这些产品的生产原料多为金属铝、氢氧化铝、铝灰等，因原料昂贵，成本高，难以普及推广;以铝土矿为原料，采用凝胶法或中和法调整盐基度的生产方法存在着设备投资大、生产过程繁杂，或浪费盐酸、碱，不仅成本高，而且质量差等方面的问题，如李润生著《水处理新药剂碱式氯化铝》，中国建筑工业出版社，1981年9月。近几年来，大多数净水剂生产厂都改用铝土矿(尤其是三水铝石型铝土矿)与盐酸反应溶出后加活性铝酸钙调整盐基度的方法(以下简称铝酸钙调整法)，生产高效净水剂聚氯化铝(pAC)或聚氯化铁铝(pAFC，俗称复合聚氯化铝)。该方法虽然生产工艺比较简单，成本较低，已被广大厂家所采用。但是，其产品质量较差，主要表现为产品的有效成份-氧化铝含量过低，杂质过多，使用效果欠佳。用该方法生产的聚氯化铝固体产品的氧化铝含量都低于27%，复合聚氯化铝固体产品的氧化铝含量都低于25%。因此，提高高效净水剂的氧化铝含量成为“铝酸钙调整法”生产高效净水剂急需解决的重要问题。本人认为“铝酸钙调整法”生产的高效净水剂，其氧化铝含量偏低的主要原因是由于铝酸钙中含有28～35%氧化钙。当加入铝酸钙进行聚合反应过程中，有大量的钙离子转移到产品中造成的。专利申请号90106151.4公开的高效混凝剂及其生产方法，同样存在上述之不足。
另一方面，现代需要净化的水源广泛，水质复杂多样，必须有多种效能的净水剂才能满足水处理要求。铁系高效净水剂目前只有聚合硫酸铁，而聚硫氯化铁尚未问世。但聚合硫酸铁产品稳定性差，贮存期短，腐蚀性大，使用时还需加助剂，用量大，成本高，目前也难以普及推行使用。
本发明的目的是为克服上述技术之不足，提供一种成本较低而且氧化铝含量较高的高效净水剂的生产方法和一种含有无机高分子聚合物聚硫氯化铝和聚硫氯化铁组分的高效净水剂(称之为聚硫氯化铁铝)。
本发明的技术解决方案是一种高效净水剂的生产方法，是将铝土矿、盐酸、硫酸、活性铝酸钙、水为基本原料按一定比例分段加入反应器中，经加热溶出、聚合、熟化后，分离去渣，即得高效净水剂液体产品，再经干燥，即得高效净水剂固体产品，选用中铁型或高铁型的铝土矿，即得本发明产品聚硫氯化铁铝。
本发明的高效净水剂的生产方法，其特殊之处在于高效净水剂的基本原料配方组分范围(按重量计)为铝土矿(粉料)40-60份活性铝酸钙(粉料)40-50份盐酸(折合工业纯计)70-100份硫酸(折合工业纯计)10-30份水60-100份本发明的高效净水剂的生产方法中，所述的铝土矿可以是经过600～850℃焙烧的一水型铝土矿熟料，也可以是三水铝石型铝土矿生料。
本发明的高效净水剂的生产方法中，所述的活性铝酸钙是由铝土矿粉料与氧化钙或碳酸钙粉料按高铝水泥的配方烧结制成。
本发明的高效净水剂的生产方法，其特征在于
1、计量备料根据上述配方进行计量、备料;
2、溶出依次加入水、盐酸、硫酸、铝土矿粉料于带有搅拌器和有酸雾回收装置的耐酸反应罐或工业搪瓷反应罐中，开动搅拌、加热反应，控制罐内压力为0～0.2MPa，温度100～125℃，反应1～2.5小时为宜;
3、聚合加入活性铝酸钙粉料，优选办法是先投加其配方计量的50～70%，同时补充水，控制反应物密度为1.21-1.26，温度、压力条件按溶出条件控制，聚合反应1.5-2小时后，再加入其余的活性铝酸钙粉料，并补充水，使反应物密度为1.21～1.25，温度60～100℃，在常压下再聚合反应2～4小时，然后停止搅拌，切断热源;
4、熟化分离经4～10小时自然熟化后，进行渣液分离，即得合格的液体产品(液相部分);
5、干燥液体产品经滚筒干燥机烘干或喷雾干燥器干燥，即得合格的固体产品。
按照本发明的生产方法，所生产的高效净水剂都含有聚氯化铝〔Al2(OH)nCl6-n〕m，并可随铝土矿及活性铝酸钙中氧化铁含量的高低而含有9%以下的三氧化二铁，也可随硫酸配量的多少而含有15%以下的硫酸根离子。
本发明提供的一种高效净水剂聚硫氯化铁铝，其特征在于1、液体产品含有9～11%Al2O3、1～3%Fe2O3、7～9%(OH)-、7～8.3%Cl-、2～5%(SO4)＝;
2、固体产品含有28～33%Al2O3、3～9%Fe2O3、20～26%(OH)-、21～25%Cl-、6～15%(SO4)＝。
本发明提供的高效净水剂聚硫氯化铁铝，其特征在于由无机高分子聚合物聚硫氯化铝和聚硫氯化铁组成。其组成式为〔Al4(OH)2n(SO4)kCl12-2n-2k〕m·x〔Fe4(OH)2n(SO4)kCl12-2n-2k〕m
式中1＜n≤5，1＜m＜10，0＜k＜1，0＜x＜0.2。
聚硫氯化铁铝代号为pAFC-S。
本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果近几年来，我国大多数净水剂生产厂都已改用“铝酸钙调整法”生产高效净水剂，因该方法具有投资省，工艺简单，原料来源广，成本较低等优点，已大有取代其他方法之势。但也存在着产品氧化铝含量偏低，物耗较高，使用效果欠佳的问题，这是当前迫切需要解决的问题。
本发明的技术解决办法，是在“铝酸钙调整法”的基础上，再配以适量的硫酸，并对工艺流程进行了适当改进。配以适量硫酸有以下几方面优点第一、盐酸和硫酸的混合酸比单盐酸的酸性强，用该混合酸与铝土矿反应可提高铝土矿的氧化铝溶出率，使第一段溶出液中的氧化铝浓度增高，可节约铝土矿和铝酸钙的用量;
其次，由于铝酸钙中含有28～35%氧化钙，当加入铝酸钙进行化学反应时，钙与氯结合生成可溶性氯化钙混和于液体产品中，造成产品中杂质(钙等)含量增加，产品中氧化铝含量相对降低，浪费了大量盐酸。引入硫酸后，硫酸根离子与钙离子结合生成硫酸钙沉淀，从而达到清除产品中的钙和提高产品氧化铝含量的效果。
第三、硫酸根离子是生产无机高效净水剂的聚合促进剂。引入硫酸根离子既能促进高效净水剂的聚合反应，又能增大产品聚合度，提高盐基度，使得产品具有更好的使用效果，见李润生著《水处理新药剂碱式氯化铝》第55～59页。
第四、当前，大多数地区工业硫酸与工业盐酸的价格相近，而工业硫酸的当量数是工业盐酸的当量数的2.35倍，用硫酸代替盐酸，可节约因与原料中的钙发生反应而消耗的酸量，从而又节约了酸耗成本。
由此可见，本发明的生产方法，既保留了“铝酸钙调整法”所具备的优点，进一步降低成本，而且又解决了该方法存在的产品氧化铝含量偏低，物耗较高，使用效果欠佳的实际问题。
本发明达到的积极效果有1、按照本发明高效净水剂的生产方法所生产的各种高效净水剂，其固体产品的主要有效成份-氧化铝含量都能达到30%以上，而产品的基本原料消耗成本较“铝酸钙调整法”可降低150～350元/吨(因各地区原料到厂价格不同而异)。若与其他生产方法比较，其成本降低额更多。
2、本发明的高效净水剂的生产方法，可生产出多种高效净水剂，并且产品的使用效果都比“铝酸钙调整法”的产品更好。尤其是生产含有硫酸根离子的产品，其使用效果更为显著。
3、本发明的高效净水剂聚硫氯化铁铝(pAFC-S)产品，是在高效净水剂聚硫氯化铝的基础上，又聚合了高效净水剂聚硫氯化铁(该产品尚未问世)，使本发明产品集合了铝系和铁系多种无机高效净水剂的优点于一体。该产品不仅具有盐基度高、聚合度大、有效成份含量高的优势，而且克服了铁系高效净水剂的酸度高、腐蚀性大的缺点。该产品与复合聚氯化铝(pAFC)或聚硫氯化铝相比，具有投加量少，剩余浊度低，絮凝体大，沉降速度快，尤是净化处理低温、低浊水仍有显著的效果。
4、聚硫氯化铁铝产品的用途广，主要用于生活用水、工业用水、工业废水(如造纸废水、印染漂染废水，啤酒废水等)的净化处理及石油行业的油水分离等。
实施例一本例说明本发明的高效净水剂聚硫氯化铁铝产品及其生产方法。其原料配方是三水铝石型铝土矿(细于80目，含46%Al2O3、15%Fe2O3)53份活性铝酸钙(粉料，含50%Al2O3，30%CaO)45份盐酸(含31%HCl)80份硫酸(含98%H2SO4) 20份水80份1、计量备料根据上述原料配方比例，分别备妥三水铝石型铝土矿粉料53Kg，盐酸(工业纯)80Kg，硫酸20Kg，水80Kg。
2、溶出依次加入水、盐酸、硫酸、铝土矿粉于搪瓷反应罐中，同时开动搅拌器，通入蒸汽加热，控制罐内压力为0.05～0.1MPa，温度115～120℃，反应2小时。
3、聚合先直接加入活性铝酸钙粉料27kg，同时补充水使反应溶液密度为1.24，温度、压力条件同上，待聚合反应2小时后，再加入其余的活性铝酸钙粉料18Kg，补充水使反应物密度为1.24，调节温度为80～90℃，在常压下再聚合反应3小时，然后停止搅拌，切断热源。
4、熟化分离再经自然熟化8小时后，过滤去渣，即得具有下列指标的液体产品320Kg。
外观橙黄色，原液pH＝3，Al2O39.89%，Fe2O31.62%，Cl-7.45%，SO＝44.0%，盐基度78.5%。
5、干燥上述液体产品经滚筒干燥机烘干，控制滚筒内压0.4MPa，转速2转/分，即可得到具有下列指标的聚硫氯化铁铝固体产品102Kg外观橙黄色粉未，Al2O331%，Fe2O35.0%，Cl-22.9%，SO＝412.1%，盐基度78.8%。
实施例二本例以三水铝石型铝土矿生料为原料，说明本发明的高效净水剂之一聚氯化铁铝的生产方法1、计量备料根据配方比例，分别备妥水70Kg，盐酸(31%)80Kg，硫酸(98%)13Kg，三水铝石型铝土矿粉(含Al2O346%，Fe2O315%)47Kg，活性铝酸钙粉48Kg。
2、溶出依次加入水、盐酸、硫酸、铝土矿粉于搪瓷反应罐中，同时开动搅拌，通入蒸汽加热，在常压条件下，控制温度110～115℃，反应2小时。
3、聚合先直接加入活性铝酸钙粉33Kg，同时补充水使反应物的密度为1.22，温度110～115℃，常压反应2小时后再加入其余的活性铝酸钙粉25Kg，补充水使反应物的密度为1.22，调节温度为90℃，在常压下聚合反应3小时，然后停止搅拌，切断热源。
4、熟化分离再经自然熟化10小时后，过滤去渣即得具有下列指标的液体产品310Kg外观橙黄色，原液pH＝3，Al2O39.85%，Fe2O31.5%，盐基度80.2%。
5、干燥上述液体产品经滚筒干燥机烘干(条件同例一)，即得到具有下列指标的聚氯化铁铝固体产品100Kg外观橙黄色粉末，Al2O330.6%，Fe2O34.62%，盐基度 81%。
实施例三本例以一水型铝土矿熟料为原料，说明本发明的高效净水剂的生产方法，其原料配方是一水型铝土矿熟料粉(含55%Al2O3，1.5% Fe2O3)55份活性铝酸钙粉(含50%Al2O3，30%CaO)45份盐酸(含31%HCl)80份硫酸(98%H2SO4) 20份水75份
1、计量备料根据上述原料配方比例，分别备妥一水型铝土矿熟料粉(含55%Al2O3，1.5%Fe2O3)55Kg，活性铝酸钙粉(含50%Al2O3，30%CaO)45Kg，盐酸80Kg，硫酸20Kg，水75Kg。
2、溶出依次加入水、盐酸、硫酸、铝土矿粉于搪瓷反应罐中，同时开动搅拌，通入蒸汽加热，控制罐内压力0.10～0.2MPa，温度115～125℃，反应2小时。
3、聚合先直接加入活性铝酸钙粉料30Kg，同时补充水使反应物密度为1.23，控制罐内压力0.1MPa，温度115～120℃，待聚合反应1.5小时后，再加入其余活性铝酸钙粉料15Kg，补充水使反应物密度为1.23，调节温度为70～90℃，在常压下再聚合反应3小时，然后停止搅拌，切断热源。
4、熟化分离再经自然熟化8小时后，过滤去渣，即得具有下列指标的液体产品340Kg外观淡黄色液体，pH＝3.2，Al2O310.6%，SO＝43.8%，盐基度 80%，Fe2O30.35%。
5、干燥将上述液体产品经滚筒干燥机烘干，控制滚筒内压0.4MPa，转速2转/分，即可得到具有下列指标的高效净水剂固体产品110Kg外观淡黄色粉末状，Al2O332.8%，SO＝411.7%，盐基度80.5%，Fe2O31.02%。
权利要求
1.一种高效净水剂的生产方法，是以铝土矿、盐酸、硫酸、活性铝酸钙、水为原料，经加热溶出、聚合、熟化、分离即可，其特征在于高效净水剂的基本原料配方组分范围(按重量计)为铝土矿(粉料) 40-60份活性铝酸钙(粉料) 40-50份盐酸(折合工业纯) 70-100份硫酸(折合工业纯) 10-30份水60-100份
2.根据权利要求1所述的高效净水剂的生产方法，其特征在于所述的铝土矿可以是经过600℃至850℃焙烧的一水型铝土矿熟料，也可以是三水铝石型铝土矿生料。
3.根据权利要求1所述的高效净水剂的生产方法，其特征在于所述的活性铝酸钙是以铝土矿(粉料)与氧化钙或碳酸钙(粉料)按高铝水泥的配方烧结制成。
4.根据权利要求1所述的高效净水剂的生产方法，其特征在于1)、计量备料根据上述配方进行计量、备料;2)、溶出依次加入水、盐酸、硫酸、铝土矿粉料于带有搅拌器和有酸雾回收装置的耐酸反应罐或工业搪瓷反应罐中，开动搅拌，加热反应，控制罐内压力为0～0.2MPa，温度100～125℃，反应1～2.5小时为宜;3)、聚合加入活性铝酸钙粉料，优选办法是先加入其配方计量的50～70%，同时补充水，控制反应物密度为1.21～1.26，温度、压力条件按溶出条件控制，聚合反应1.5～2小时后，再加入其余的活性铝酸钙粉料，并补充水，使反应物密度为1.21～1.25为宜，温度60～100℃，在常压下再聚合反应2～4小时，然后停止搅拌，切断热源;4)、熟化分离经4～10小时自然熟化后，进行渣液分离，即得合格的液体产品(液相部分);5)、干燥液体产品经滚筒干燥机或喷雾干燥器干燥，即得到合格的固体产品。
5.根据权利要求1所述的高效净水剂的生产方法，其特征在于所述的高效净水剂含有聚氯化铝〔Al2(OH)nCl6-n〕m，并可随铝土矿及活性铝酸钙中氧化铁含量的高低而含有9%以下的三氧化二铁，也可随硫酸配量的多少而含有15%以下的硫酸根离子。
6.一种高效净水剂权利要求1所述的高效净水剂的生产方法的产品-聚硫氯化铁铝，其特征在于1)、液体产品含有9～11%Al2O3、1～3%Fe2O3、7～9%(OH)-、7～8.3%Cl-、2～5%(SO4)＝;2)、固体产品含有28～33%Al2O3，3～9%Fe2O3、21～26%(OH)-、21～25%Cl-、6～15%(SO4)＝。
7.根据权利要求6所述的高效净水剂聚硫氯化铁铝，其特征在于由无机高分子聚合物聚硫氯化铝和聚硫氯化铁组成。其组成式为〔Al4(OH)2n(SO4)kCl12-2n-2k〕m·r〔Fe4(OH)2n(SO4)kCl12-2n-2k〕m式中1＜n＜5，1＜m＜10，0＜k＜1，0＜x＜0.2。
全文摘要
本发明涉及无机高效净水剂的生产方法及其产品聚硫氯化铁铝，其特征是以铝土矿、活性铝酸钙、盐酸、硫酸、水为原料经加热分段溶出、聚合、熟化、分离即得液体产品，若再经干燥即得固体产品，其优点是工艺简单，成本低，固体产品的氧化铝含量可稳定在30％以上，使用效果较好，聚硫氯化铁铝是由无机高分子聚合物聚硫氯化铝和聚硫氯化铁组成，它集合了各种无机高效净水剂的优点于一体，具有盐基度高、聚合度大、有效成分含量高的优势，使用效果更为显著。
文档编号C02F1/52GK1086195SQ9211250
公开日1994年5月4日 申请日期1992年10月24日 优先权日1992年10月24日
发明者林传庆 申请人:林传庆