一种无残渣盐基度可控的聚合氯化铝制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无残渣盐基度可控的聚合氯化铝的制备方法，利用浓盐酸、氢氧化铝和氯化盐为原料，其中氯化盐作为调节剂，通过控制氯化盐的加入量来实现对聚合氯化铝盐基度的调控。本发明专利技术的制备方法既克服了现有的以氢氧化铝为原料的制备工艺中无法对聚合氯化铝盐基度进行调控的问题，又克服了以粘土矿，铝矾土和铝酸钙粉会产生酸性固体废弃物的技术缺陷。

Preparation method of polyaluminium chloride with no residue and basicity control

The invention discloses a preparation method of polyaluminium chloride with controllable base without residue. Concentrated hydrochloric acid, aluminium hydroxide and chloride salt are used as raw materials, in which chloride salt is used as regulator to control the base degree of polyaluminium chloride by controlling the addition of chloride salt. The preparation method of the invention not only overcomes the problem that the basicity of polyaluminium chloride can not be controlled in the existing preparation process using aluminium hydroxide as raw material, but also overcomes the technical defect that clay ore, bauxite and calcium aluminate powder can produce acidic solid waste.

【技术实现步骤摘要】
一种无残渣盐基度可控的聚合氯化铝制备方法
本专利技术属于无机材料
，具体涉及一种无残渣盐基度可控的聚合氯化铝的制备方法。
技术介绍
聚合氯化铝(PAC)是一种常用的水处理剂，化学通式为Al(OH)nCl3-n，其中，当0<n<3时，聚合氯化铝能在水中形成絮凝体，且表面含有大量正电荷能够吸附悬浮在水中表面带负电荷的悬浮粒子，具有很强的电中和能力、强烈的吸附能力以及优良的絮凝能力，是一种高效快速的絮凝剂。然而，PAC的絮凝能力与其盐基度密切相关，一般而言要求水处理剂的PAC的盐基度必须大于40％。盐基度是聚合氯化铝生产的一个重要指标，其定义为：聚合氯化铝中氢氧根离子与铝离子的质量百分比，即盐基度公式为〔OH—〕/〔Al3+〕×100％。聚合氯化铝是一种介于三氯化铝和氢氧化铝之间的一种碱式铝盐的聚合物，聚合氯化铝中OH—的多少，决定了聚合氯化铝的形态，分子结构中随着OH—的增加，聚氯化铝的盐基度增大。在目前的工业生产中，一定程度的提高聚合氯化铝盐基度，可以提高生产和使用的效率。而PAC盐基度主要受合成工艺的影响，目前PAC的生产工艺因原料不同可分为：金属铝溶解法、氢氧化铝制备法、铝酸钙粉及铝矾土矿制备法等。在上述这些方法中，氢氧化铝法和金属铝溶解法在制备过程中虽不产生固体废弃物，但是制备出的产品盐基度较低，其盐基度始终在40％左右徘徊，且无法实现对聚合氯化铝的盐基度进行调控；而使用铝酸钙和铝矾土制备工艺可获得高盐基度的PAC，但是在制备过程中会产生对环境严重污染的酸渣，对环境是不利的。因此，开发一种盐基度可控且生产过程中无残渣的聚合氯化铝的生产工艺具有非常重要的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种盐基度可控且无固体残渣的聚合氯化铝的制备方法，以解决现有的制备方法中无法对聚合氯化铝盐基度进行调控及制备过程中容易产生酸性固体废弃物的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种无残渣盐基度可控的聚合氯化铝的制备方法，包括如下制备步骤：(1)确定浓盐酸的摩尔份：向浓盐酸中加入氢氧化铝，制备聚合氯化铝，所述氢氧化铝与浓盐酸的质量体积比为1:2，并测出聚合氯化铝的实际盐基度，根据实际盐基度公式17(3-n)/27算出n值，n即为浓盐酸的摩尔份；(2)确定氯化盐的摩尔份：设定所需制备的聚合氯化铝的目标盐基度，根据目标盐基度公式17(3-n+4m)/27(1+2m)，将步骤(1)算出的n值带入目标盐基度公式即可计算出m值，m即为氯化盐的摩尔份；(3)制备聚合氯化铝：按质量摩尔比1kg：nmol：mmol准备氢氧化铝、浓盐酸和氯化盐，其中氯化盐需加入去离子水搅拌使其完全溶解以得到氯化盐溶液；向反应釜中先加入浓盐酸，再加入上述的氯化盐溶液，最后在不断搅拌状态下，向反应釜中缓慢加入氢氧化铝，继续搅拌15-20min，将反应釜置于200℃-300℃的油浴锅反应10-15h，待反应完全后冷却、抽滤得到淡黄色透明产品，即为聚合氯化铝产品。进一步，本专利技术在步骤(1)中所述浓盐酸的浓度为30-36％，这主要是由于浓盐酸是各大工业生产中最为常见的副产物，价格低廉；其次浓盐酸中氯离子含量高，根据化学平衡原理，氯离子含量的增加，更有利于反应向聚合氯化铝方向移动，从而提高聚合氯化铝的生成率，使得氢氧化铝反应完全，无氢氧化铝残渣剩余。进一步，本专利技术在步骤(2)中所述的氯化盐为氯化钙或者氯化镁，这主要是由于一般用于工业用途的聚合氯化铝产品中会掺杂少量的钙离子，而氯化镁易吸潮，极易溶于水，性能稳定，是一种常见的工业盐，也可以提供氯离子来实现对聚合氯化铝盐基度的调控。此外，本专利技术为了调和盐基度加入的是氯化盐溶液而非固体氯化盐，氯化盐以溶液的形式加入是为了弥补因浓盐酸量的减少而带来的反应体系液相体积的降低，最大程度保证最终聚合氯化铝产品清澈透明黏稠，满足工业需要。进一步，本专利技术中各物料加入反应釜的顺序不能随意更改，必须先加入浓盐酸，再加入氯化盐，最后缓慢加入氢氧化铝固体；一方面，在不断搅拌状态下加入氢氧化铝固体，才能在最大程度上保证固液两相接触充分，反应完全；另一方面，由于制备聚合氯化铝的反应时间较长，在这么长的反应时间内，更需要固液两相尽可能处于全混流状态，以便获得纯度高的聚合氯化铝产品，无剩余残渣。采用本专利技术的制备方法合成的聚合氯化铝产品有两大特点：一是盐基度可调控；二是产品无残渣。本专利技术通过调控氯化盐的加入量来实现对聚合氯化铝盐基度的调控，这主要是由于氯化盐的加入与浓盐酸之间存在着氯离子摩尔量的数值平衡关系，即加入的氯化盐溶液中氯离子摩尔量等同于同等氯离子摩尔量换算过来所对应的应减少的浓盐酸体积，氯化盐的加入，使得整体反应体系中氯离子并没有因浓盐酸量的减少而降低，由于浓盐酸用量减少，反应体系中氢离子降低，则与之发生中和反应的氢氧根离子也减少，最终使得聚合氯化铝产品中氢氧根离子含量上升，而根据盐基度公式可知，产品中盐基度升高。同时，根据化学反应平衡原理，由于氯化盐的加入，使得反应向生成聚合氯化铝方向进行，进而使得氢氧化铝反应更加完全，从而无氢氧化铝残渣剩余。本专利技术的反应机理为：高盐基度聚合氯化铝通常利用盐酸和氢氧化铝为原料合成，其合成方程式为：Al(OH)3+nHCl＝AlCln(OH)3-n+nH2O(n＜3)；①但是该制备方法无法实现聚合氯化铝盐基度的调控，且得到的聚合氯化铝产品的盐基度较低，为提高盐基度可在获得的聚合氯化铝中加入铝酸钙粉，其反应方程式如下：AlCln(OH)3-n+mCa(AlO2)2+4mH+＝Al1+2mCln-2m(OH)3-n+4m+mCaCl2(n＞2m)；②从上式可以看出，高盐基度聚合氯化铝中含有一定量的氯化钙，而产品的盐基度与氯化钙存在一定对应关系。基于此，本专利技术首先根据方程式①的方法制备聚合氯化铝，并测出此时聚合氯化铝的实际盐基度，再根据方程式①可以得到〔OH—〕与〔Al3+〕的摩尔比，即(3-n)/1，由于盐基度定义是聚合氯化铝中氢氧根离子与铝离子的质量百分比，由此可以将上述摩尔比转换为质量比，从而得到盐基度公式，即实际盐基度公式为17(3-n)/27，并基于实际测量的盐基度算出n的值，其中，n为浓盐酸的摩尔份；接着设定所需制备的聚合氯化铝的目标盐基度，再次根据方程式②可以得到〔OH—〕与〔Al3+〕的摩尔比，即(3-n+4m)/(1+2m)，由于盐基度定义是聚合氯化铝中氢氧根离子与铝离子的质量百分比，由此可以将上述摩尔比转换为质量比，从而得到盐基度公式，即实际盐基度公式为：17(3-n+4m)/27(1+2m)，将上述的n值带入公式即可计算出m值，其中，m为氯化盐的摩尔份；最后按照比例在体系中加入浓盐酸和氯化盐，就可得到相应盐基度的聚合氯化铝产品。与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术利用浓盐酸、氢氧化铝和氯化盐(氯化钙或者氯化镁)为原料，研究出了一种盐基度可调且无固体残渣的聚合氯化铝的制备工艺，克服了现有的以氢氧化铝为原料的制备工艺中无法对聚合氯化铝盐基度进行调控的问题，同时克服了以粘土矿，铝矾土和铝酸钙粉会产生酸性固体废弃物的技术缺陷。2、本专利技术通过调控氯化盐的加入量来实现对聚合氯化铝盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无残渣盐基度可控的聚合氯化铝的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：（1）确定浓盐酸的摩尔份：向浓盐酸中加入氢氧化铝，制备聚合氯化铝，所述氢氧化铝与浓盐酸的质量体积比为1:2，并测出聚合氯化铝的实际盐基度，根据实际盐基度公式17（3‑n）/27算出n值，n即为浓盐酸的摩尔份；（2）确定氯化盐的摩尔份：设定所需制备的聚合氯化铝的目标盐基度，根据目标盐基度公式17（3‑n+4m）/27（1+2m），将步骤（1）算出的n值带入目标盐基度公式即可计算出m值，m即为氯化盐的摩尔份；（3）制备聚合氯化铝：按质量摩尔比1 kg：n mol：m mol准备氢氧化铝、浓盐酸和氯化盐，其中氯化盐需加入去离子水搅拌使其完全溶解以得到氯化盐溶液；向反应釜中先加入浓盐酸，再加入上述的氯化盐溶液，最后在不断搅拌状态下，向反应釜中缓慢加入氢氧化铝，继续搅拌15‑20 min，将反应釜置于200℃‑300℃的油浴锅反应10‑15 h，待反应完全后冷却、抽滤得到淡黄色透明产品，即为聚合氯化铝产品。

【技术特征摘要】
1.一种无残渣盐基度可控的聚合氯化铝的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：（1）确定浓盐酸的摩尔份：向浓盐酸中加入氢氧化铝，制备聚合氯化铝，所述氢氧化铝与浓盐酸的质量体积比为1:2，并测出聚合氯化铝的实际盐基度，根据实际盐基度公式17（3-n）/27算出n值，n即为浓盐酸的摩尔份；（2）确定氯化盐的摩尔份：设定所需制备的聚合氯化铝的目标盐基度，根据目标盐基度公式17（3-n+4m）/27（1+2m），将步骤（1）算出的n值带入目标盐基度公式即可计算出m值，m即为氯化盐的摩尔份；（3）制备聚合氯化铝：按质量摩尔比1kg：nmol：mmol准备氢氧化铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丹，邹伟，颜杰，杨虎，李斌，郑汶江，郑志明，龙凤，
申请(专利权)人：四川理工学院，中昊晨光化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51