CN105060438A - 一种高效低重金属液体聚合氯化铝铁复合混凝剂及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效低重金属液体聚合氯化铝铁复合混凝剂，其特点在于：原料包括铝酸钙粉、质量浓度为32％的盐酸、水、铝矾土、质量浓度为10％的氯化铁水溶液或固体氢氧化铁。本发明的聚合氯化铝铁复合混凝剂的混凝效果较聚合氯化铝有明显改善：除剩余浊度、色度降低外，还具有絮体形成快、吸附性能高、泥渣过滤脱水性能好等特点；特别是在处理高浊度水、低温低浊度水时，处理效果比明矾、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、三氯化铁效果要好。
Description
技术领域
本发明属于无机高分子混凝剂制备技术领域，具体涉及一种液体聚合氯化铝铁复合混凝剂及其生产方法。
背景技术
聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，简称为聚铝，英文缩写为PAC，是由氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂；有吸附、凝聚、沉淀等性能；具有水解速度较快，吸附能力较强，形成矾花明显，出水浊度低，脱水性能好等优点。但是，聚合氯化铝稳定性差，单独使用的话有投量大效果不太明显、矾花不是太密实、沉降速度慢、有残余铝等问题，国外研究表明(国外对饮用水早已禁用聚铝处理)聚合氯化铝对各种动物甚至人体都有毒性效应，会导致铝中毒后产生各种脑血管疾病；此外，聚合氯化铝对低浊度的水处理效果不明显；且聚合氯化铝生产所用原料为铝矾土、铝酸钙粉、盐酸等，这些原料纯度不够的话，很容易带入重金属，从而引起重金属超标，对人体和生物造成危害。只要把聚合氯化铝所存在的这些问题解决了，聚合氯化铝才会更好地发挥出它应有的水处理效果。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种高效低重金属液体聚合氯化铝铁复合混凝剂及其生产方法。
本发明的高效低重金属液体聚合氯化铝铁复合混凝剂，其特点在于：
各原料按质量份的构成为：铝酸钙粉90份、质量浓度为32％的盐酸180份、水250份、铝矾土5份、质量浓度为10％的氯化铁水溶液36份；
或各原料按质量份的构成为：铝酸钙粉90份、质量浓度为32％的盐酸188份、水250份、铝矾土5份、固体氢氧化铁2.4份。
优选的，原料还包括质量浓度为20％的硫化钠水溶液0.15份。
本发明的液体聚合氯化铝铁是在聚合氯化铝的基础上复合了铁盐。铁盐的加入可相应地使被处理水中残余铝量减少，更利于人体的健康；铁盐的加入也加大了聚合氯化铝的分子量，使其吸附、凝聚、沉淀等性能都有明显提高，矾花大而密、沉降速度快；铁盐的参与，能使聚合氯化铝中的重金属快速沉降而被有效分离去除，解决了聚合氯化铝容易重金属超标的难题。同时，铁盐的参与还可以有效去除被处理水的色度。本发明的液体聚合氯化铝铁可以广泛用于饮用水、自来水、工业废水、污水等方面的水处理，解决了聚合氯化铝只能用于工业废水、污水处理上的限制，使用范围宽。此外，硫化钠助剂的选择性加入，可以更有效地去除聚合氯化铝中的重金属。
本发明还公开了上述液体聚合氯化铝铁复合混凝剂的生产方法，其是按如下步骤进行：
按配比向装有水的烧瓶中缓慢加入质量浓度为32％的盐酸并搅拌均匀，加热至70～85℃，边搅拌边缓慢加入铝酸钙粉，然后搅拌反应2h，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；再边搅拌边缓慢加入铝矾土，然后搅拌反应0.5h，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；最后再加入氯化铁水溶液或固体氢氧化铁，反应2-3小时，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；过滤所得反应液，去除沉淀，所得上清液即为产品液体聚合氯化铝铁复合混凝剂。
当所用原料还包括硫化钠助剂时，是按如下步骤进行：
按配比向装有水的烧瓶中缓慢加入质量浓度为32％的盐酸并搅拌均匀，加热至70～85℃，边搅拌边缓慢加入铝酸钙粉，然后搅拌反应2h，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；再边搅拌边缓慢加入铝矾土，然后搅拌反应0.5h，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；最后再加入氯化铁水溶液或固体氢氧化铁，再加入质量浓度为20％的硫化钠水溶液，反应2-3小时，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；过滤所得反应液，去除沉淀，所得上清液即为产品液体聚合氯化铝铁复合混凝剂。
本发明制备方法的反应原理是：
铝酸钙的主要成分为含量在50％以上的氧化铝(Al2O3)和含量在15％-20％的氧化钙(CaO)，其与盐酸按式(1)、(2)反应：
Al2O3+6HCl＝2AlCl3+3H2O(1)；
CaO+2HCl＝CaCl2+H2O(2)；
铝矾土的主要成分为含量在40％以上的氧化铝(Al2O3)、含量在4％左右的氧化铁(Fe2O3)和二氧化硅(SiO2)，铝矾土与盐酸按式(3)、(4)反应：
Al2O3+6HCl＝2AlCl3+3H2O(3)；
Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O(4)；
其中SiO2不和HCl反应可以在反应完成后沉淀过滤出。
最后再加入铁盐后，通过水解、氢氧根离子的架桥作用、多价阴离子的聚合作用，最终形成聚合氯化铝铁。
关于聚合氯化铝铁的生产方法，以前也有相关专家用盐酸和铝矾土为主要原料在70℃下反应2.5小时，然后加入一定量的含铁盐和铝酸钙粉调整盐基度反应1小时，将反应液过滤后即得聚合氯化铝铁。本发明配比中是以铝酸钙粉和盐酸为主要原料，而不是以含较多的不溶物二氧化硅的铝矾土和盐酸为主，渣滓少。
本发明还可以通过调节铁盐的加入量来调节聚合氯化铝铁中氧化铁的指标，通过调节铝酸钙粉和盐酸的用量，以调节波美度和pH，从而调节有效成分氧化铝的含量和盐基度，满足不同客户的不同需求。
本发明的制备方法中无需加入双氧水、氯酸钾等氧化剂进行氧化，反应步骤减化，生产更方便。
本发明的有益效果体现在：
本发明的聚合氯化铝铁复合混凝剂的混凝效果较聚合氯化铝有明显改善：除剩余浊度、色度降低外，还具有絮体形成快、吸附性能高、泥渣过滤脱水性能好等特点；特别是在处理高浊度水、低温低浊度水时，处理效果比明矾、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、三氯化铁效果要好。其中对于低温低浊度水的净化处理效果特别明显，可不加碱性助剂或其它助凝剂，具有其它混凝剂无法比拟的效果；本发明的聚合氯化铝铁中重金属含量很低，且由于铁盐的加入使得被处理后的水中残余铝相对较低，完全符合GB5749-2006对饮用水中残余铝量的要求。这就使得本发明的聚合氯化铝铁不仅可以用于工业废水、污水等方面的水处理，而且可以广泛用于饮用水、自来水的水处理。解决了聚合氯化铝只能用于工业废水、污水处理上的限制，使用范围宽。
具体实施例
实施例1
本实施例按如下步骤生产液体聚合氯化铝铁复合混凝剂：
(1)往装有250g水的500mL四口圆底烧瓶(其中一个小口保持敞开)中缓慢加入180g质量浓度为32％盐酸，搅拌均匀；
(2)通过加热套加热至80℃；
(3)边搅拌边缓慢加入铝酸钙粉90g，然后搅拌反应2h，此反应为放热反应，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(4)边搅拌边缓慢加入铝矾土5g，然后搅拌反应0.5h，此反应为放热反应，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(5)最后再加入质量浓度为10％的氯化铁水溶液36g，反应2-3小时，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(6)过滤反应液，去除沉淀，所得上清液即为产品液体聚合氯化铝铁复合混凝剂，命名为产品1。
经测试，产品1的各项指标如表1所示，都符合甚至优于GB15892-2009标准。
实施例2
(1)往装有250g水的500mL四口圆底烧瓶(其中一个小口保持敞开)中缓慢加入180g质量浓度为32％盐酸，搅拌均匀；
(2)通过加热套加热至80℃；
(3)边搅拌边缓慢加入铝酸钙粉90g，然后搅拌反应2h，此反应为放热反应，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(4)边搅拌边缓慢加入铝矾土5g，然后搅拌反应0.5h，此反应为放热反应，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(5)最后再加入质量浓度为10％的氯化铁水溶液36g和质量浓度为20％的硫化钠水溶液0.15g，反应2-3小时，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(6)过滤反应液，去除沉淀，所得上清液即为产品液体聚合氯化铝铁复合混凝剂，命名为产品2。
经测试，产品2的各项指标如表1所示，都符合甚至优于GB15892-2009标准。
实施例3
本实施例按如下步骤生产液体聚合氯化铝铁复合混凝剂：
(1)往装有250g水的500mL四口圆底烧瓶(其中一个小口保持敞开)中缓慢加入188g质量浓度为32％盐酸，搅拌均匀；
(2)通过加热套加热至80℃；
(3)边搅拌边缓慢加入铝酸钙粉90g，然后搅拌反应2h，此反应为放热反应，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(4)边搅拌边缓慢加入铝矾土5g，然后搅拌反应0.5h，此反应为放热反应，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(5)最后再加入固体氢氧化铁2.4g，反应2-3小时，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(6)过滤反应液，去除沉淀，所得上清液即为产品液体聚合氯化铝铁复合混凝剂，命名为产品3。
经测试，产品3的各项指标如表1所示，都符合甚至优于GB15892-2009标准。
实施例4
本实施例按如下步骤生产液体聚合氯化铝铁复合混凝剂：
(1)往装有250g水的500mL四口圆底烧瓶(其中一个小口保持敞开)中缓慢加入188g质量浓度为32％盐酸，搅拌均匀；
(2)通过加热套加热至80℃；
(3)边搅拌边缓慢加入铝酸钙粉90g，然后搅拌反应2h，此反应为放热反应，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(4)边搅拌边缓慢加入铝矾土5g，然后搅拌反应0.5h，此反应为放热反应，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(5)最后再加入固体氢氧化铁2.4g和质量浓度为20％的硫化钠水溶液0.15g，反应2-3小时，在反应过程中控制反应温度不高于90℃；
(6)过滤反应液，去除沉淀，所得上清液即为产品液体聚合氯化铝铁复合混凝剂，命名为产品4。
经测试，产品4的各项指标如表1所示，都符合甚至优于GB15892-2009标准。
表1
实施例5
为进行对比，本实施例采用现有发明专利CN200810183880.5所公开的方法生产聚合氯化铝铁，并命名为产品5。
将本发明生产的的聚合氯化铝铁和现有发明专利CN200810183880.5生产的聚合氯化铝铁及聚合氯化铝用于生活饮用水的混凝处理，再加入适量的聚丙烯酰胺进行絮凝，加入次氯酸钠进行消毒所得净水效果(在氧化铝含量相同的条件下)测试，以每千吨水投加量为20千克，水温为8℃、浑浊度为98NTU的巢湖水为测试对象，测试结果对比如表2。
表2
Claims (4)
1.一种高效低重金属液体聚合氯化铝铁复合混凝剂，其特征在于：
各原料按质量份的构成为：铝酸钙粉90份、质量浓度为32％的盐酸180份、水250份、铝矾土5份、质量浓度为10％的氯化铁水溶液36份；
或各原料按质量份的构成为：铝酸钙粉90份、质量浓度为32％的盐酸188份、水250份、铝矾土5份、固体氢氧化铁2.4份。
2.根据权利要求1所述的高效低重金属液体聚合氯化铝铁复合混凝剂，其特征在于：原料还包括质量浓度为20％的硫化钠水溶液0.15份。
3.一种权利要求1所述的高效低重金属液体聚合氯化铝铁复合混凝剂的生产方法，其特征在于按如下步骤进行：
按配比向装有水的烧瓶中缓慢加入质量浓度为32％的盐酸并搅拌均匀，加热至70～85℃，边搅拌边缓慢加入铝酸钙粉，然后搅拌反应2h，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；再边搅拌边缓慢加入铝矾土，然后搅拌反应0.5h，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；最后再加入氯化铁水溶液或固体氢氧化铁，反应2-3小时，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；过滤所得反应液，去除沉淀，所得上清液即为产品液体聚合氯化铝铁复合混凝剂。
4.一种权利要求2所述的高效低重金属液体聚合氯化铝铁复合混凝剂的生产方法，其特征在于按如下步骤进行：
按配比向装有水的烧瓶中缓慢加入质量浓度为32％的盐酸并搅拌均匀，加热至70～85℃，边搅拌边缓慢加入铝酸钙粉，然后搅拌反应2h，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；再边搅拌边缓慢加入铝矾土，然后搅拌反应0.5h，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；最后加入氯化铁水溶液或固体氢氧化铁，再加入质量浓度为20％的硫化钠水溶液，反应2-3小时，在反应过程中控制反应温度在75～90℃；过滤所得反应液，去除沉淀，所得上清液即为产品液体聚合氯化铝铁复合混凝剂。
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