本发明涉及水处理添加剂技术领域，具体涉及到一种利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法。
背景技术：
铝灰的主要成分为
氧化铝、氮化铝、金属铝、盐类以及其它组分，经无害化处理后，可作为铝系净水剂的原料，如生产聚合氯化铝。
传统利用铝灰生产聚合氯化铝，是将铝灰与工业盐酸按照一定比例，通常是1：2，混合搅拌一定时间，然后加水稀释，陈化一定时间后，放出上清液，即为液体聚合氯化铝，经滚筒干燥或喷雾干燥，即为固体聚合氯化铝。由于铝灰中含有大量钙、镁、铁等杂质元素，因此通过传统方式生产的聚合氯化铝杂质多，颜色和浑浊度不稳定，难以生产出高纯无色透明的聚合氯化铝。
使用铝灰生产聚铝的改进工艺，是将铝灰与工业盐酸按一定比例混合，搅拌反应一定时间，通过一板框过滤器过滤，滤液为三氯化铝、氯化氢、水和氯化铁、氯化亚铁、氯化镁等杂质的混合物。将滤液加热至一定温度，再按比例加入铝酸钙粉，调整体系中氧化铝含量和盐基度，再经陈化，取上清液，即为液体聚铝。加入铝酸钙粉后的初品经滚筒干燥机干燥，即为低品质的固体聚铝，其水不溶物含量高。陈化后取上清液，经喷雾干燥，为高品质固体聚铝，水不溶物含量低，易溶于水。经改进后的工艺，只是减少了聚铝产品中，不溶铝灰的含量，并未解决产品颜色、纯度的问题。
一般生产高纯无色透明聚合氯化铝，是采用工业级
氢氧化铝为原料，添加一定比例的工业合成盐酸，且盐酸必须含铁低于0.01％，在一加压反应釜内，加热加压反应一定时间，放出陈化一定时间，即为成品聚铝。该工艺对原辅料要求高，且反应条件要求高温高压，生产成本高，产品多应用于饮用水处理。
现有技术公开了一种无色透明聚氯化铝的制备方法，将一定量的氢氧化铝、盐酸、水加入反应池混合，在100-110℃下反应2-3小时，其中，盐酸的浓度为25-35wt％；将一定量的含钙化合物加入上述反应产物中，并反应0.5-1小时，其中，含钙化合物选自氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙以及磷酸氢钙中一种或多种；将上述产物再50-80℃温度范围内加入一定量的铝酸钙，在90-100℃下反应2-4小时，并压滤。该工艺仍然采用氢氧化铝、工业盐酸，使用的铝酸钙是通过碳酸钙或氢氧化钙与氢氧化铝高温反应制得的，其对原辅料品质要求高，成本仍偏高。同时，该发明仅从原辅料品质来把控产品品质，未提供因原辅料带入的铁、钙等杂质的去除方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，可以生产出高纯无色透明液体聚铝，解决产品质量问题，可选择生产含钙产品和无钙产品，后续使用喷雾干燥机，可生产高纯固体聚合氯化铝。
为达上述目的，本发明提供了一种利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，包括以下步骤：
(1)铝灰酸浸
将工业盐酸或副产盐酸与铝灰进行搅拌反应，反应结束后进行固液分离；其中，反应温度为50-70℃，反应时间为1-2h；
(2)脱色
将步骤(1)分离得到的液体加入催化剂进行第一次搅拌，搅拌完成后加入脱色剂进行第二次搅拌，反应结束后，过滤，得到酸浸液；其中，两次搅拌时间均为0.5-5h；
(3)合成
将步骤(2)得到的酸浸液加热至50-80℃后加入盐基度调节剂，于80-110℃条件下反应0.5-5h，过滤得到混合液；
(4)吸附
在步骤(3)得到的混合液中，加入混合液质量0.1-1％的吸附剂，于20-60℃下搅拌0.5-5h，过滤，制得。
采用上述方案的有益效果是：首先将原料工业盐酸或副产盐酸与半成品铝灰进行搅拌后过滤，在酸浸液中就含有三氯化铝、氯化氢、水和铁等杂质，而酸浸液由于含有铁离子和其它有色杂质，随着三价铁和二价铁含量的不同，呈现从淡绿色、橙黄色、红褐色等不同颜色，因此需要加入催化剂将铁离子全部转化为三价铁，再加入脱色剂，除去溶液颜色。再加入含钙的或者不含钙的盐基度调节剂，即可得到聚铝溶液，若使用含钙盐基度调节剂，可通过加入化学除杂剂除钙，最后通过吸附剂吸附后，即可得到无色透明的高纯聚铝溶液。
进一步地，步骤(1)中工业盐酸或副产盐酸与半成品铝灰的质量比为：2：1-4：1。
采用上述方案的有益效果是：铝灰与盐酸反应自身发热，不需外加热源。
进一步地，步骤(2)中催化剂为次氯酸钠、氯酸钠、双氧水中的一种或多种，催化剂的添加量为酸浸液质量的0.01-5％。
进一步地，步骤(2)中的脱色剂为金属铝屑、废铝材、金属铝粉中的一种或多种，脱色剂的用量为酸浸液质量的0.1-5％。
进一步地，步骤(3)中调节剂为钙离子盐基度调节剂或者钠离子盐基度调节剂，钙离子盐基度调节剂为铝酸钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙中的一种或几种，钙离子盐基度调节剂添加量为酸浸液质量的1-20％，添加方式为直接添加或与水按体积比1：0.5-2混合后添加。
采用上述方案的有益效果是：盐基度指标是衡量聚氯化铝效果的重要指标之一，在水处理中具有一定的盐基度才可以达到好的絮凝效果，前期制得的混合液含有的是低盐基度初产品，因此需要加入盐基度调节剂适当的调整盐基度。其中通过选择盐基度调节剂的种类或者加入化学除杂剂可以控制最终得到的聚氯化铝产品是否含钙。
进一步地，钠离子盐基度调节剂为碳酸钠或碳酸氢钠，添加量为酸浸液质量的5-20％。
进一步地，步骤(4)中吸附剂为活性炭或硅藻土。
进一步地，步骤(4)还可以包括在步骤(3)得到的混合液中先加入混合液质量1-30％的除杂剂，搅拌反应0.5-5h后过滤，再加入吸附剂。
进一步地，除杂剂的种类为硫酸钠或硫酸钾。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、降低了高纯无色透明聚铝的生产成本，用铝灰、副产盐酸替代工业氢氧化铝、工业合成盐酸，利用铝灰与盐酸反应自身发热，不需外加热源等；
2、提高了产品品质，提高了工艺的稳定性，通过添加金属铝除铁脱色，即扩大了工艺原辅料的范围，又保证了在生产中能除去原辅料混入的杂质铁；
3、提高了产品的灵活性，既可以生产含钙的无色透明聚铝，也可以使用硫酸盐除钙或者选择合成时盐基度调节剂种类，生产无钙的无色透明聚铝；
4、该工艺无高温高压，提高了操作安全性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，在实施例中使用的均为半封闭耐腐反应釜。上方安装圆形盖子，盖子与反应釜壁顶端相距100-200mm固定，所留间距，可以进入大量新鲜空气，对产生的氢气进行稀释，保持在安全浓度范围内。盖子面上开有两个500的孔，连接通风管道，先连接一段pp塑料管，再连接阻燃玻璃钢管，然后连接到一文丘里，再连接两级喷淋塔，再通过风机，连接到排气筒。盖子上另开有800的进料孔和600的观察孔。向釜中加入定量的工业盐酸或副产盐酸，使用
给料机，定量的缓慢加入半成品铝灰。该给料机，为一具有操作平台的输送皮带，皮带上方安装有密封罩，皮带顶端安装有挡料板，皮带输送速度通过变频器调节。
实施例1
(1)向酸浸反应釜中加入15吨副产盐酸(氯化氢含量20-30％)，缓慢加入铝灰5吨，加料时间3小时。进料后，继续反应1小时，反应温度为50℃。将混合物料泵入暗流式板框，进行固液分离。分离出的液体为三氯化铝、氯化氢、水和铁等杂质的混合溶液，17吨。
(2)将17吨酸浸液加入脱色反应釜中，加入0.01吨氯酸钠，搅拌反应1小时。再加入0.02吨废铝屑，搅拌反应1小时。通过板框过滤，得无色透明酸浸液16.5吨。
(3)将16.5吨无色透明酸浸液加入合成反应釜中，蒸汽加热至60℃，再缓慢加入1.4吨氧化钙，加料时间2小时，加料后搅拌反应1小时，通过板框过滤，得聚铝溶液17.5吨。
(4)将17.5吨聚铝溶液加入吸附反应釜中，余温50℃，加入0.06吨活性炭，搅拌反应1小时，通过板框过滤，得无色透明聚铝溶液。
实施例2
(1)向酸浸反应釜中加入20吨工业盐酸，缓慢加入铝灰6.5吨，加料时间4.5小时。进料后，继续反应2小时，反应温度为60℃。将混合物料泵入暗流式板框，进行固液分离。分离出的液体为三氯化铝、氯化氢、水和铁等杂质的混合溶液，23.5吨。
(2)将23.5吨酸浸液加入脱色反应釜中，加入0.07吨次氯酸钠，搅拌反应2小时。再加入0.05吨废铝材，搅拌反应2小时。通过板框过滤，得无色透明酸浸液23吨。
(3)将23吨无色透明酸浸液加入合成反应釜中，蒸汽加热至80℃，再缓慢加入4吨碳酸钙，加料时间4小时，加料后搅拌反应2小时，通过板框过滤，得聚铝溶液26.5吨。
(4)将26.5吨聚铝溶液加入除杂反应釜中，余温60℃，加入5.5吨硫酸钠，搅拌反应1小时，通过板框过滤，得除钙后得聚铝溶液26吨和硫酸钙固体6吨。将所得聚铝溶液加入吸附反应釜中，余温30℃，加入0.1吨活性炭，搅拌反应2小时，通过板框过滤，得无钙无色透明聚铝溶液。
实施例3
(1)向酸浸反应釜中加入10吨工业盐酸，缓慢加入铝灰3.5吨，加料时间2.5小时。进料后，继续反应1小时，反应温度为70℃。将混合物料泵入暗流式板框，进行固液分离。分离出的液体为三氯化铝、氯化氢、水和铁等杂质的混合溶液12吨。
(2)将12吨酸浸液加入脱色反应釜中，加入0.08吨双氧水，搅拌反应3小时。再加入0.02吨金属铝粉，搅拌反应3小时。通过板框过滤，得无色透明酸浸液11.5吨。
(3)将11.5吨无色透明酸浸液加入合成反应釜中，蒸汽加热至80℃，再缓慢加入1.8吨碳酸钠，加料时间3小时，加料后搅拌反应1小时。再加入0.05吨活性炭，0.01吨硅藻土，搅拌反应1小时，通过板框过滤，得无钙无色透明聚铝溶液12.5吨。
对比例
(1)向酸浸反应釜中加入18吨工业盐酸，缓慢加入铝灰6.1吨，加料时间4小时。进料后，继续反应2小时。将混合物料泵入暗流式板框，进行固液分离。分离出的液体为三氯化铝、氯化氢、水和铁等杂质的混合溶液21.5吨。
(2)将21.5吨酸浸液加入合成反应釜中，蒸汽加热至80℃，再缓慢加入1.2吨铝酸钙，加料时间1小时，再加入1.5吨工业石灰氧化钙，加料时间2小时，加料后搅拌反应2小时。通过板框过滤，得黄褐色浑浊聚铝溶液22.5吨。
对实施例1-3以及对比例制得的聚铝溶液进行取样分析，得到的数据见表1：
表1聚铝溶液数据分析
由表1可知：通过本工艺流程制备出的聚氯化铝形状均为无色透明液体，色度为3-5，而对比例中的聚氯化铝为黄褐色浑浊液体，色度高达500。铁离子和钙离子的含量均远小于0.001％(除含钙聚氯化铝外)，浊度也远小于对比例的数值。本发明通过以铝灰、副产盐酸替代工业氢氧化铝和工业合成盐酸，大幅降低成本，并且通过产品的脱色、除杂和吸附，使得无色透明聚铝在生产中品质可控，可采用廉价的原料生产无色透明无钙高纯度聚合氯化铝溶液。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
技术特征：
1.一种利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铝灰酸浸
将工业盐酸或副产盐酸与半成品铝灰进行搅拌反应，反应结束后进行固液分离；其中，反应温度为50-70℃，反应时间为1-2h；
(2)脱色
将步骤(1)分离得到的液体加入催化剂进行第一次搅拌，搅拌完成后加入脱色剂进行第二次搅拌，反应结束后，过滤，得到酸浸液；其中，两次搅拌时间均为0.5-5h；
(3)合成
将步骤(2)得到的酸浸液加热至50-80℃后加入盐基度调节剂，于80-110℃条件下反应0.5-5h，过滤得到混合液；
(4)吸附
在步骤(3)得到的混合液中，加入混合液质量0.1-1％的吸附剂，于20-60℃下搅拌0.5-5h，过滤，制得。
2.如权利要求1所述的利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，其特征在于，所述步骤(1)中工业盐酸或副产盐酸与半成品铝灰的质量比为：2:1-4:1。
3.如权利要求1所述的利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，其特征在于，步骤(2)所述的催化剂为次氯酸钠、氯酸钠、双氧水中的一种或多种，催化剂的添加量为酸浸液质量的0.01-5％。
4.如权利要求1所述的利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，其特征在于，步骤(2)所述的脱色剂为金属铝屑、废铝材、金属铝粉中的一种或多种，脱色剂的用量为酸浸液质量的0.1-5％。
5.如权利要求1所述的利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，其特征在于，步骤(3)所述的调节剂为钙离子盐基度调节剂或者钠离子盐基度调节剂，所述钙离子盐基度调节剂为铝酸钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙中的一种或几种，所述钙离子盐基度调节剂添加量为酸浸液质量的1-20％，添加方法为直接添加或与水按体积比1：0.5-2混合后添加。
6.如权利要求5所述的利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，其特征在于，所述钠离子盐基度调节剂为碳酸钠或碳酸氢钠，添加量为酸浸液质量的5-20％。
7.如权利要求1所述的利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，其特征在于，步骤(4)所述的吸附剂为活性炭或硅藻土。
8.如权利要求1所述的利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，其特征在于，所述步骤(4)还可以包括在步骤(3)得到的混合液中先加入混合液质量1-30％的除杂剂，搅拌反应0.5-5h后过滤，再加入吸附剂。
9.如权利要求8所述的利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，其特征在于，所述除杂剂的种类为硫酸钠或硫酸钾。
10.根据权利要求1-9任一项所述的利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法制备得到的高纯无色透明聚氯化铝。
技术总结
本发明公开了一种利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法，包括以下步骤：(1)将铝灰与工业盐酸或副产盐酸混合过滤；(2)将过滤的酸浸液与催化剂和脱色剂混合后过滤；(3)将步骤(2)所得酸浸液与盐基度调节剂混合，得聚铝溶液；(4)使用吸附剂吸附聚铝溶液，得到高纯无色透明聚铝溶液。本工艺通过产品的脱色、除杂和吸附，使得无色透明聚铝在生产中品质可控，且可采用廉价的原料生产无色透明无钙高纯度聚合氯化铝溶液。
技术研发人员：张志刚;田咏梅;龙泽斌
受保护的技术使用者：四川科龙达环保股份有限公司
技术研发日：2020.12.23
技术公布日：2021.03.19
声明：
“利用铝灰生产高纯无色透明聚氯化铝的方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：四川科龙达环保股份有限公司
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